日食不能用肉眼直視，為什麼？
― 太陽即使缺了九成，剩下的光強度並沒有改變
日食時，天空會稍微變暗，看太陽時也不覺得那麼刺眼。但是，細細殘留的太陽光，強度和平常的太陽完全一樣。眼睛裡的水晶體會把這道光集中在一點，而視網膜受傷時卻不會發出任何痛覺。
今天是部分日食的日子。明明是白天，外頭卻像黃昏一樣稍微暗了下來。
抬頭一看，平常睜不開眼的太陽，感覺好像可以直視了。手邊還有一副深色太陽眼鏡。
「這麼暗，看一下應該沒關係吧」。當你這麼想的那一刻，正是最危險的瞬間。
危險的理由只有兩個
月亮遮住的只是太陽的「面積」。殘留成細細月牙形的那一部分，發出的亮度和平常的太陽完全相同。
眼睛就像放大鏡一樣，會把太陽光集中到視網膜上的一個小點。視網膜沒有痛覺神經，所以即使受傷了也察覺不到。
這兩點加在一起，就會出現「感覺變暗了，但眼睛深處卻持續受到強光照射」的落差。接下來依序來看看。
缺了一角的太陽，為什麼讓人感覺「變暗」了？
請試著移動圖1的滑桿，讓太陽缺一角看看。上方色條表示「到達地面的光總量」，太陽缺得越多，色條就越短。這就是天空感覺變暗的原因。
可是，下方的色條完全不會改變。因為月亮只是在太陽前方「蓋上一個蓋子」，並沒有讓剩下部分的光變弱。
映在視網膜上的太陽影像也是一樣。只是從滿月般的圓形影像，變成細細的月牙形影像而已。月牙部分所受到的光強度，和缺角之前完全相同。被灼傷的不是視網膜的「整個面」，而是光照射到的每一個「點」。
更麻煩的是，天空變暗時，瞳孔為了吸收更多光線會張得更大。不僅刺眼感降低、變得容易直視，進入眼睛的光反而增加。日食正好具備了比平常更容易讓人長時間直視太陽的條件。
光在眼睛裡最終能被集中到什麼程度？
眼睛前方有一個叫水晶體的透鏡。請看圖2。從瞳孔進入的太陽光，會被這個透鏡彎折，在眼睛深處的視網膜上結成一個小小的太陽影像。
瞳孔的直徑大約3毫米，視網膜上形成的太陽影像大約0.16毫米。直徑縮小成約19分之1，面積則是其平方，約350分之1。也就是說，外部日光被濃縮成單位面積約350倍強度的光，持續照射在視網膜的小點上。這就跟用放大鏡燒黑紙的遊戲一樣的原理，正在眼睛裡發生。
視網膜的細胞，據認為持續受到偏藍色的強光照射時，會經由化學反應逐漸受損。在被熱燒傷之前，光本身就已經破壞了細胞。而且視網膜沒有痛覺神經。看的時候什麼都不會感覺到，往往要等到數小時後到隔天，才會因為「想看的正中央變模糊」「直線變扭曲」等症狀才察覺。
最簡單的方法是「針孔成像」。在厚紙上開一個小孔，背對太陽把光投影到地面，就能看到缺角太陽的形狀。樹蔭下的光點也會發生同樣的現象，日食那天，地面上所有光點都會變成月牙形。詳細說明請見〈樹蔭下的光點，為什麼全都是圓形？〉。
那麼，該怎麼做才好？
- 太陽不論缺多少，都不要用眼睛直視即使缺了九成，剩下的光強度也不會改變。
- 要看的話，請用日食專用眼鏡，或投影到地面上看太陽眼鏡、墊板、黑色膠片都不能替代。
- 雙筒望鏡或望遠鏡，沒有專用濾鏡絕不可對著太陽因為會進一步集中光線，一瞬間就會傷眼。
視網膜受傷時不會發出痛覺。看完日食後，如果感覺想看的地方正中央變暗、線條扭曲，請立刻就醫看眼科。日食專用眼鏡若有刮痕或破孔，也請不要使用。戴著專用眼鏡再去看雙筒望鏡或相機觀景窗也很危險。
總結
日食時即使天空變暗，殘留的太陽光強度仍和平常一樣。眼睛的水晶體會把這道光集中在視網膜的一個小點上，單位面積的強度會達到外部日光的數百倍。視網膜不會發出痛覺，所以就算受傷了，當下也察覺不到。
月亮遮住的，只是太陽的面積。
剩下的光強度，一點也沒有減少。
同樣是太陽與月亮的排列，月亮進入地球影子裡的則是月食。〈皆既月食時，月亮為什麼不會消失而呈現紅色？〉也請一併參考。有雲時仍會抵達地面的光，則在〈陰天也會曬黑，為什麼？〉中說明。
- 用牙籤在厚紙正中央開一個直徑1〜2毫米的圓孔。
- 背對太陽站立，把穿過厚紙的光，投影到大約1公尺外的白紙上。不要直視太陽本身。
- 投影出的小圓就是太陽的影像。厚紙與白紙距離越遠，影像越大、越暗。
影像變大就變暗，是因為同樣的光量散布在更大的面積上。眼睛裡的情形正好相反，光是被集中到0.16毫米的一個點。日食那天做這個實驗，就能看到圓形逐漸缺成月牙形。
想了解更多 ― 術語、公式與教科書的對應從國中理化到大學專業科目，會明確標示屬於哪個程度的內容
- 國中國中理化課程範圍
- 高中高中「物理」「生物」課程範圍
- 高中＋高中進階內容，或教科書專欄層級的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（光學、眼科學、光生物學）的內容
- 研究即使在大學也還不算「定論」、研究者目前正在調查中的內容
國中術語：這個現象是有名字的
- 凸透鏡與焦點：能把平行光集中在一點的透鏡。眼睛的水晶體與角膜合起來，就是作為凸透鏡在運作。
- 視網膜：眼睛深處排列著感光細胞的薄膜。用相機來比喻，相當於影像感測器。
- 日食視網膜症（日光視網膜症）：因直視太陽而導致視網膜中心部位受損的疾病。會讓想看的地方正中央變得難以看清。
國中高中用公式驗證：視網膜上的光會被濃縮成幾倍？
求出太陽影像的大小，並估算瞳孔進入的光集中到這個小影像後、單位面積的強度。這裡忽略眼睛內部的光吸收與散射，只是一個大致的估算。
| 用符號表示 | E網 ＝ E × ( D ÷ d )² 、 d ＝ f × θ |
| 用文字表示 | 視網膜上的光強度 ＝ 外部日光強度 ×（瞳孔直徑 ÷ 影像直徑）的平方。影像直徑 ＝ 眼睛的焦距 × 太陽的視角大小（角度） |
| 公式的來源 | 通過瞳孔的光量，在影像上也是相同的（光能量守恆）。同樣的量集中到較小的面積，強度就會依面積比、也就是直徑比的平方放大。而影像大小則由透鏡成像的關係決定 |
| 符號 | 意義與單位 |
| E | 到達地面的日光強度（瓦每平方公尺） |
| D | 瞳孔直徑（毫米） |
| d | 視網膜上形成的太陽影像直徑（毫米） |
| f | 眼睛的焦距（毫米） |
| θ | 太陽的視直徑（弧度，角度單位） |
| 晴天時地面日光強度 | 約1000 瓦每平方公尺 |
| 明亮處瞳孔直徑 | 約3 mm（暗處可張大到約7 mm） |
| 眼睛焦距 | 約17 mm |
| 太陽視直徑 | 約0.53度 ＝ 約0.0093 弧度 |
| 日食專用眼鏡的透光率 | 據稱約十萬分之一 |
| 視網膜上太陽影像的直徑 | 17 × 0.0093 ≒ 0.16 mm |
| 瞳孔直徑與影像直徑之比 | 3 ÷ 0.16 ≒ 18.8 |
| 面積比（直徑比的平方） | 18.8 × 18.8 ≒ 353 |
| 視網膜上的光強度 | 1000 × 353 ＝ 353000 瓦每平方公尺 |
| 戴日食專用眼鏡時 | 353000 ÷ 100000 ≒ 3.5 瓦每平方公尺 |
| 透光率1成的深色太陽眼鏡時 | 353000 × 0.1 ≒ 35300 瓦每平方公尺 |
用裸眼看，視網膜的一點會受到外部日光約350倍強度的光照射。即使戴深色太陽眼鏡也約35倍，仍遠比在室外曬太陽強得多。若是專用眼鏡，則可降到外部日光的數百分之一。而即使是遮住99%的日食，殘留月牙影像所受到的光強度，依然維持在353000這個數值。
高中高中＋不是因為熱，而是「光的化學反應」造成損傷
高中依照透鏡公式（成像公式），遠方物體的影像會成在焦距的位置，大小則由「焦距 × 視角大小」決定。上面d的公式正是這個關係。光的粒子（光子）每一個的能量，波長越短就越大，藍光、紫光破壞分子的能力也越強。
高中＋日光視網膜症的主要原因，被認為不是溫度上升造成的燒傷，而是藍光造成的光化學性損傷。視網膜的溫度上升據稱僅止於數度左右，但強烈的藍光會在細胞中產生活性氧，傷害視細胞及其後方的色素上皮細胞。因此不能說「不覺得熱就沒事」。
大學光學密度與日食眼鏡的規格
濾鏡能把光削弱到什麼程度，是用光學密度（透光率取常用對數再加負號的值）來表示。日食觀測用濾鏡由國際標準ISO 12312-2訂定基準，可見光的透光率要求降到光學密度約5，也就是約十萬分之一左右。看不見的紫外線與紅外線，也必須一併降到標準內。在眼科學上，日光視網膜症被視為中心凹（視網膜中心、視力最敏銳的部位）的損傷，可用光學同調斷層掃描（OCT）確認其層狀結構的紊亂。
📖 安全觀測方法與日食眼鏡規格的詳細說明：NASA Science「Eclipse Viewing Safety」
研究目前還不清楚的事
- 看幾秒鐘會受傷。 開始受損的時間，會因瞳孔大小、年齡、水晶體透明度、當天空氣的澄澈程度而有很大差異，目前無法訂出每個人的安全時間。
- 能恢復到什麼程度。 有人數個月內視力就恢復，也有人中心的小暗點會終身留存。是什麼因素決定能否恢復，目前還不清楚細節。
- 小孩是否更容易受傷。 小孩的水晶體透明度較高，能透過較多藍光，因此被認為更容易受損。不過能顯示差異程度的資料仍有限。
也就是說，本文的內容也只是「目前已知範圍內的說明」。正因為還有不清楚的部分，才更不該自己劃出一條「稍微看一下應該沒關係」的界線。
與教科書的對應（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文對應位置 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化一年「光的性質（凸透鏡）」、理化三年「月亮與金星的樣貌」 | 眼睛的透鏡把光集中於一點／日食的原理 |
| 高中 | 物理「透鏡與成像」、生物「視覺器官（視網膜與視細胞）」 | 影像大小的公式／視網膜的作用 |
| 高中＋ | 物理「光子的能量」 | 藍光造成的光化學性損傷 |
| 大學 | 光學・眼科學（光學密度、中心凹損傷） | 日食眼鏡的規格與日光視網膜症的診斷 |
| 研究 | 光生物學・眼科學 | 安全時間的個人差異與影響恢復的因素 |
| ― | 與生活的關聯 | 日食當天的觀測方法，與對孩子的提醒方式 |
- NASA Science「Eclipse Viewing Safety」
- NASA Science「Sun: Facts」
- 國立天文台（国立天文台）「日食觀測注意事項」（關於日食觀測方法的解說）
- ISO 12312-2:2015「Eye and face protection — Sunglasses and related eyewear — Part 2: Filters for direct observation of the sun」
- 日本眼科學會（日本眼科学会）「眼睛的疾病」（日光視網膜症・黃斑部疾病的解說）
※本文為一般大眾的科學解說。文中數值僅為幫助理解原理的估算值。日食觀測請遵循國立天文台、地方政府、學校等機構公布的方法進行。若感覺眼睛異常，請勿自行判斷，應立即就醫看眼科。