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摘要：几何光学是物理学科中以光线为基础，研究光的传播和成像规律的一个重要的实用性分支学科，而日食和月食则是两种很重要的天文奇观，利用几何光学中关于本影和半影的内容可以解释日月食的成因。
关键词：几何光学；日月食；成因
一、本影、半影、伪本影
在几何光学中我们知道，由于光在同一种均匀介质中是沿直线传播的，所以当光射出后遇到不透明的障碍物时，就会在障碍物的后面会形成影子区域，如果光源不是点光源，而是体积比较大的发光体，在障碍物的后面会形成本影、半影、伪本影三种不同的区域。
如图，A、B分别是光源和障碍物，从光源的上下边界点向障碍物的上下边界点引四条特殊的光线，将会在障碍物的后面形成1，2，3三种不同的阴影区域。其中：区域1完全不能接受到一点光线，所以该区域是全黑的，被称为本影区；区域2中任何一个位置，都只能接受到一部分光源发出的光线，呈半明半暗状态，被称为半影区；而区域3中的任意一个位置，能接收到光源外侧一个环形区域发出的光，这部分看起来像本影，实则为半影，最为特殊，因而被称为伪本影区。
二、日食，月食
1 日食
日食是一种太阳，月球，地球运行引起的星相，总是发生在农历初一。如果图中的光源A是太阳，障碍物B是月球，就可能出现日食现象。这时地球上的观察者进入本影区，来自太阳的全部光线都不能进入人的眼睛，太阳在我们的眼中会消失，我们将看到日全食。而观察者处于半影区时，只有来自太阳部分区域的光能进入人的眼睛，观察者能看到太阳的一部分，出现的就是日偏食。当观察者处于最特殊的伪本影区时，可以接收到太阳外侧一个圆环区域的光，可以看到一个美丽的光环，这就是日环食。
随着月亮的公转和地球的自转，月球的影子将会在地面上扫过一大片区域。其中本影或伪本影扫出的地带非常狭窄，其宽度通常只有几十至几百公里，长度却可达几千至上万公里，分别称为全食带和环食带，处在这个区域内的观察者，就会看到，日全食或日环食。对于在地球上某一特定区域的人们来说，要约300年才能见到一次日全食而日环食则要等上400年。而在全食带或环食带两边的地区，只有月亮半影扫过，也就只能看到日偏食了。由于月亮自西向东运动，月影也是自西向东移动，因此总是西部地区比东部先看到日食，而另一结果就是当日食发生时太阳是从西侧被月球遮挡的。
2 月食
月食也是一种类似于日食的星相，出现在农历每月的十五、十六。如果图中的光源A是太阳，障碍物B是地球，就可能出现月食现象。而月食并非发光体，人之所以能看到月亮是因为月球能反射来自太阳的光线。如果月球全部处于本影区，完全不能接收来自太阳的光线，那观察者就不能看到月球，此时出现的是月全食。而月球处于1，2区的交界处，处于1区的部分有无光照射，处于2区虽然是半影区，但是月球处于此区的部分可以接收到太阳光，所以在地球上的观察者看来，我们可以看到部分月球，出现月偏食。而要出现月环食的话，月球该在什么位置呢?这就需要月球的边缘部分能接收到太阳光，而中间部分则接收不到太阳光，此时的月球只能在a点附近，中心部分处在本影区，而边缘部分处在半影区。但实际情况是日地距离远大于月地距离(月亮离地球的平均距离仅约38万公里，大致是日地平均距离1.5亿公里的400分之一)，月球不能够处于a点附近，因而不能够出现月环食。前面的两种月食有一个共同点就是，都需要月球处于地球的的本影区，所以被统称为本影月食。
还有一种很特殊的现象，若月球仅仅是进入地球的半影区，天文学上把这一现象称为半影月食，这时虽然由于地球的遮挡，部分太阳光到达不了月球，导致亮度的减弱，但这种减弱肉眼是觉察不到的。而即使是月偏食和月全食，处在阴影区域的部分月球或者整个月球也并非全黑，而是为红锕色。这个现象也可以用几何光学的知识做解释，原因是太阳光经过地球大气层会发生折射，使光线向内侧偏折，太阳光本身是复色光，里面每种单色光的折射率不一样，偏折程度不一样，通过折射太阳光能够被分解为七色光，这就是几何光学中的色散现象。而其中红光偏折程度最大，能够射到月球上，所以月食时月球呈现红铜色。
相比于日食我们更容易看到月食，但事实上一年中日食发生的次数比月食发生的次数多。这是因为月食发生时，背向太阳的那半个地球上的人都可以看到月食，而在日食发生时，只有处于一个狭长区域内的人才能看到日食。
月有阴晴圆缺，说的是另一种天象——月相变化，那月相变化里的月亏与月食有何区别呢?这是因为月球本身并不会发光，能够被我们所见是因为可以反射太阳光，而月球本身是一个球体，只有球的一半可以被太阳照射而反射太阳光，其背阴面是不能反射光的，所以我们只能看到被太阳照射的一面。由于月地之间的相对运动，观察者从不同的角度上看月球的明亮部分，就可能是一个圆或者椭圆、半圆，甚至是月牙形，这就是月亏的成因。如果说月食是由于地球遮住太阳所造成的，那么月亏则是因为我们只能看到月球上被太阳照亮的那一半所造成的，其阴影部分是月球本身的阴暗面。
关键词：几何光学；日月食；成因
一、本影、半影、伪本影
在几何光学中我们知道，由于光在同一种均匀介质中是沿直线传播的，所以当光射出后遇到不透明的障碍物时，就会在障碍物的后面会形成影子区域，如果光源不是点光源，而是体积比较大的发光体，在障碍物的后面会形成本影、半影、伪本影三种不同的区域。
如图，A、B分别是光源和障碍物，从光源的上下边界点向障碍物的上下边界点引四条特殊的光线，将会在障碍物的后面形成1，2，3三种不同的阴影区域。其中：区域1完全不能接受到一点光线，所以该区域是全黑的，被称为本影区；区域2中任何一个位置，都只能接受到一部分光源发出的光线，呈半明半暗状态，被称为半影区；而区域3中的任意一个位置，能接收到光源外侧一个环形区域发出的光，这部分看起来像本影，实则为半影，最为特殊，因而被称为伪本影区。
二、日食，月食
1 日食
日食是一种太阳，月球，地球运行引起的星相，总是发生在农历初一。如果图中的光源A是太阳，障碍物B是月球，就可能出现日食现象。这时地球上的观察者进入本影区，来自太阳的全部光线都不能进入人的眼睛，太阳在我们的眼中会消失，我们将看到日全食。而观察者处于半影区时，只有来自太阳部分区域的光能进入人的眼睛，观察者能看到太阳的一部分，出现的就是日偏食。当观察者处于最特殊的伪本影区时，可以接收到太阳外侧一个圆环区域的光，可以看到一个美丽的光环，这就是日环食。
随着月亮的公转和地球的自转，月球的影子将会在地面上扫过一大片区域。其中本影或伪本影扫出的地带非常狭窄，其宽度通常只有几十至几百公里，长度却可达几千至上万公里，分别称为全食带和环食带，处在这个区域内的观察者，就会看到，日全食或日环食。对于在地球上某一特定区域的人们来说，要约300年才能见到一次日全食而日环食则要等上400年。而在全食带或环食带两边的地区，只有月亮半影扫过，也就只能看到日偏食了。由于月亮自西向东运动，月影也是自西向东移动，因此总是西部地区比东部先看到日食，而另一结果就是当日食发生时太阳是从西侧被月球遮挡的。
2 月食
月食也是一种类似于日食的星相，出现在农历每月的十五、十六。如果图中的光源A是太阳，障碍物B是地球，就可能出现月食现象。而月食并非发光体，人之所以能看到月亮是因为月球能反射来自太阳的光线。如果月球全部处于本影区，完全不能接收来自太阳的光线，那观察者就不能看到月球，此时出现的是月全食。而月球处于1，2区的交界处，处于1区的部分有无光照射，处于2区虽然是半影区，但是月球处于此区的部分可以接收到太阳光，所以在地球上的观察者看来，我们可以看到部分月球，出现月偏食。而要出现月环食的话，月球该在什么位置呢?这就需要月球的边缘部分能接收到太阳光，而中间部分则接收不到太阳光，此时的月球只能在a点附近，中心部分处在本影区，而边缘部分处在半影区。但实际情况是日地距离远大于月地距离(月亮离地球的平均距离仅约38万公里，大致是日地平均距离1.5亿公里的400分之一)，月球不能够处于a点附近，因而不能够出现月环食。前面的两种月食有一个共同点就是，都需要月球处于地球的的本影区，所以被统称为本影月食。
还有一种很特殊的现象，若月球仅仅是进入地球的半影区，天文学上把这一现象称为半影月食，这时虽然由于地球的遮挡，部分太阳光到达不了月球，导致亮度的减弱，但这种减弱肉眼是觉察不到的。而即使是月偏食和月全食，处在阴影区域的部分月球或者整个月球也并非全黑，而是为红锕色。这个现象也可以用几何光学的知识做解释，原因是太阳光经过地球大气层会发生折射，使光线向内侧偏折，太阳光本身是复色光，里面每种单色光的折射率不一样，偏折程度不一样，通过折射太阳光能够被分解为七色光，这就是几何光学中的色散现象。而其中红光偏折程度最大，能够射到月球上，所以月食时月球呈现红铜色。
相比于日食我们更容易看到月食，但事实上一年中日食发生的次数比月食发生的次数多。这是因为月食发生时，背向太阳的那半个地球上的人都可以看到月食，而在日食发生时，只有处于一个狭长区域内的人才能看到日食。
月有阴晴圆缺，说的是另一种天象——月相变化，那月相变化里的月亏与月食有何区别呢?这是因为月球本身并不会发光，能够被我们所见是因为可以反射太阳光，而月球本身是一个球体，只有球的一半可以被太阳照射而反射太阳光，其背阴面是不能反射光的，所以我们只能看到被太阳照射的一面。由于月地之间的相对运动，观察者从不同的角度上看月球的明亮部分，就可能是一个圆或者椭圆、半圆，甚至是月牙形，这就是月亏的成因。如果说月食是由于地球遮住太阳所造成的，那么月亏则是因为我们只能看到月球上被太阳照亮的那一半所造成的，其阴影部分是月球本身的阴暗面。