当人们用眼睛直接看太阳，即使只看短短的一刹那，就会觉得眼睛受到很大刺激，很长时间内眼前一片昏暗，很难恢复。这是因为眼睛中有个水晶体，能起聚光镜的作用，直接用眼睛看太阳，太阳光的热能被它聚集在眼底的视网膜上，觉得刺眼。假如看的时间长一些，就会视烧伤网膜而失去视力。
当发生日食时，大部分时间是偏食，只有一部分太阳被月亮挡住，剩下的部分仍能发出光和热，所以直接用眼睛看，时间长了，同样会烧伤眼睛。
有没有什么简单的方法观测日食呢？
一般可将一块玻璃涂上墨汁，或将玻璃放在烟火上面熏黑，然后放在眼睛前面看。墨层的厚度要均匀，使眼睛能透过它看到的太阳成为古铜色。因为涂墨的玻璃能大量吸收太阳光中的热能，使聚集在视网膜上的太阳光不能烧伤视网膜。这样既能看清楚，又不刺眼。
还可以用一盆水，加上墨汁，观看映在水中的太阳。但因为水反射光线的本领比较大，所以也不能看得太久，时间长了，仍会损害眼睛，要看看停停。
那么，是不是任何时候都不能直接用眼睛看日食呢？不是的，在特殊的条件下可以。
一种是发生在日出或日没时的日食，这种现象称为“带食而出”或“带食而没”，这时太阳光因为被厚厚的地球大气层“削弱”，可以用眼睛直接观看。
另一种是日全食阶段，此时月亮挡住了整个太阳，只剩下外围暗淡的日冕，可以用眼睛直接观测。但是，日全食发生的次数很少，而且真正全食阶段最长的也仅有7分40秒，而日食在发生、发展的整个过程中，前后达两三个小时，绝大部分时间内仍是偏食，需要用前面介绍的方法进行观察。
地球的“防护带”是怎样形成的
人类生活在空气中，吸的是空气，呼的也是空气。地球周围的大气层又被称为地球的“防护带”，太空中撞向地球的物体，大多数在与大气的摩擦中被烧毁，从而保护了地球。
那么，空气究竟是怎样形成的呢？对此，至今还没有一个完美的解释，科学家一直在努力探索。
一般认为：当地球则由星际物质凝聚成疏松一团时，大气不但已铺在地球表面，还渗在地球里面。那时，氢是空气中最多的成分，约占气体的90％。另外还有一些水汽、甲烷、氨、氦和一些惰性气体，但几乎找不到二氧化碳、氧和氮。
后来，在地心引力的作用下，疏松的地球团收缩变小。收缩时，压缩了地球里面的空气，使地球温度猛烈升高，地球内部的空气，也大量飞散到太空中。但地球收缩到一定程度后，速度变慢，而且强烈收缩时产生的热量，也渐渐失散，地球便渐渐冷却，地壳凝固起来。此时，最后被挤出地壳空气的一部分，被地心引力拉住，围在地球表面，就形成了大气层。当时大气层很薄，大气成分与现在大气层的成分也大不相同，仍是水汽、氢、氦、氨、惰性气体等。然后，水汽冷凝成水，地壳上开始有了水体。
地壳凝固之后，在很长时间内，因为放射性元素的作用，地球内部又不断发热，造成地层大调整，使地壳某些地方，发生位置移动和断层，岩石和地壳中的水，在高温中许多又继续释放出来，使江河湖海中的水量增加。岩石或地层中的一些气体，也大量跑出来，包括二氧化碳在内，充实了稀薄的大气层。
此时，大气上层已有许多水蒸气，它们一部分受到太阳光的照射，分解成氧和氢。分解出来的氧，一部分和甲烷中的氢结合，使甲烷中的碳分离出来，分离出的碳又同织结合为二氧化碳；一部分和氨中的氢结合，使氨中的氮分离出来。
于是，大气层的主要成分就变成了水汽、氮、二氧化碳和氧。不过，那时的二氧化碳比现在多，氧则比现在少。
根据同位素测定，地球已有50多亿年的历史。大约距今18亿～19亿年前，水里面已渐渐有生物生成。7亿—8亿年前，陆地上开始出现植物，那时大气中二氧化碳含量比较多，非常利于植物的光合作用，使植物繁茂起来。在进行光合作用时，大量植物吸收大气中丰富的二氧化碳，并放出氧，使大气中氧的含量大大增多。所以大约5亿年前，动物在地球上增加很快，动物的呼吸，又使大气中的氧部分转为二氧化碳。
地球的动植物增多后，在排泄和腐烂时，一部分蛋白质直接分解出氮，另一部分变为氮和铵盐。这些氨和铵盐，通过脱氧细菌和硝化细菌的作用，有一些也变为氮气，进入大气。因为氮气不太活泼，在正常温度下不容易与其他元素化合，所以大气中的氮就越积越多，最后达到现在大气中氮的含量。
当时，地面附近的大气成分就与现在相似：氮约占78％，氧约占21％，氩约占1％，其他的微量气体总和还不到1％。
大气的形成，不是孤立形成的，既与地球的形成、地壳的形成有关，又与动植物的出现有关。
这种解释，只是现在科学界较普遍的一种。更切合实际的大气层的形成理论，还需进一步的探索。
地球的“防护带”有多厚
随着高度的增加，地球周围的大气层越往上空气密度越稀薄，并逐渐向星际空间过渡。整个大气层可以分为几个层：对流层、平流层、中间层、热层、电离层和磁力层。
人生活在空气的海洋里，但与人类关系最密切的，是大气层最底下的一层，称为对流层，它是从地面到10～12千米以内的这层空气。在对流层内，下面的热空气不断上升，上面的冷空气不断跑下来补充，来来往往，不停对流着。
在对流层内，水汽最集中，尘埃多，受地面的影响也最大，主要天气现象，如云、雨、雪、雹等都发生在对流层内。
在对流层上面，直到约50千米高的这一层，称为平流层。平流层内要比对流层内的空气稀薄得多，这里的水汽和尘埃的含量也非常稀少，所以很少有天气现象。在距地面大约25千米的地方是臭氧较密集区。
从平流层以上，直到80千米这一层，称为中间层，这里的温度随高度升高而降低。
从中间层以上，到约500千米的这一层，称为热层，这里的温度很高，昼夜变化很大。
从地面往上约50千米开始，到约1000千米高的这一层，也称为电离层。在太阳光（主要是紫外线）照射下，电离层内的气体分子被电离为自由电子和带电的正离子。其中在距地面80～500千米的区域内，电离密度较高。电离层中常出现美丽的极光。
离地面500千米以上的称为外大气层，又称磁力层，它是大气层向星际空间过渡的区域，是大气的最外层，外面没有明显的边界。在一般情况下；外大气层的上部界限在地磁极附近较低，而在近磁赤道上空面向太阳的一侧，大约有65000千米高，换句话说，大约有9～10个地球半径高。
在外大气层里，空气极其稀薄。声音是靠空气来传播的。在外大气层里，因为空气异常稀薄，即使在人的耳朵旁边开大炮，也难以听到什么声音。
为什么云有各种不同的颜色
天空中的云有高有低，低的只有几十米，高的则达到1万多米。
云的形成有很多原因，主要是因为潮湿空气的上升。在上升过程中，因为外界气压随高度升高而降低，而体积逐渐膨胀。空气在膨胀过程中要消耗自己的热量。于是，空气就边上升，边降温。
空气含水汽的能力有一定限度，在一定气温下，与单位体积空气的最大限度含水量相应的水汽压，称为饱和水汽压。随着气温的降低，饱和水汽压减小。所以空气在上升过程中，气温降低了，饱和水汽压就不断减小，当上升空气的饱和水汽压降到实有的水汽压以下时，就会凝结出一部分小水滴，形成云。天空中的云，有漫布全天的层状云，孤立散处的积状云，和波状云等。
雷雨时拥塞天空的积雨云，或者很厚的层状云，太阳和月亮的光线很难透射出来。看来就很黑；稍微薄一点的波状云和层状云，看来是灰色的，尤其是波状云，在云块的边缘部分，色彩更为灰白；至于很薄的云，光线容易透过，尤其是由冰晶组成的薄云，在阳光的照耀下，云丝显得特别明亮，带有丝状光泽，即使天上有这种层状云，在太阳和月亮光下，地面的物体仍然会映出影子。由冰晶组成的云层有时薄得几乎看不出来，但只要在日月附近发现有一个或几个大光环，仍可断定有云，这种云称为“薄幕卷层云”。
积状云，孤立散处，因为云体比较厚实，向阳的一面，光线几乎全部反射出来，所以看来是白色的；而在背光的一面和它的底部，光线不容易透射出来，看来就比较灰黑。
当日出和日没时，因为太阳光线是穿过很厚的大气层，斜射过来的，空气的分子、水汽和杂质，使光线的短波部分被大量散射，但红、橙色的长波部分，却被散射得不多，所以照射到大气下层时，长波光，尤其是红光占绝对的多数，此时不仅日出、日没方向的天空呈现红色，甚至连被它照亮的云层边缘和底部也变成了红色。
因为云体的组成有的是冰晶，有的是水滴，有的是两者混杂在一起，所以当日月光线通过时，还会出现各种美丽的光环或虹彩。
太阳为什么会激起壮丽的极光
极光是一种美丽的自然现象，有各种不同的形状和颜色，有的像圆弧，有的极光像帐幕，有的呈射线状，有的呈带状；有的紫红色，有的橙红色；有的颜色深，有的颜色淡。有时候天空中五彩缤纷，非常美丽。
自古以来，极光就引起人们的注意。据中国从公元前30～公元1975年的不全面记载，极光多达53次。
随着科学的进步，人们知道了极光是由高空稀薄大气层中带电微粒引起的。在80～1200千米的高空大气层中，空气非常稀薄，极光就发生在那里。太阳这个庞大炽热的球体，表面和内部各种化学元素的核反应在进行着，产生强大的带电微粒流，并发射出来，以极大的速度射向周围空间。当带电微粒流射入地球外围稀薄的高空大气层时，便与稀薄气体的分子猛烈冲撞起来，就产生了发光现象，这就是极光。
1957年3月2日夜晚7点钟左右，在中国东北边境黑龙江的呼玛城和漠河一带，出现了几十年少见的极光：一团灿烂殷红的霞光突然升腾起来，刹那间就变成了一条弧形光带，上部从黑龙江以北伸向南方的天空，在夜空停留了45分钟。
同年9月29日到30日的夜晚，中国北纬40°以北的广大地区，也出现了少见的瑰丽的极光，北方的天空被映红了。
极光为什么会是五彩的呢？因为空气由氮、氧、氖、氦等气体组成。在带电微粒流的影响下，各种不同的气体发出的光也不相同，所以就有各种不同颜色和形状的极光。并不是所有的地方都能看到瑰丽的极光，因为极光大多出现在南北两极附近，很少出现在赤道地区。这是为什么呢？
地球像一块巨大的磁石，它的磁极就在南北两极附近。大家知道，因为受了地磁场的影响，指南针总是指着南北方向。地磁场同样会影响到从太阳射来的带电微粒流，使之以螺旋形的运动方式趋近于地磁南北两极。所以极光大多出现在南北两极附近的上空。在北极发生的叫北极光，在南极发生的叫南极光。
太阳活动周期大约是11年左右，在活动高潮期间，太阳上经常出现巨大的旋涡，即太阳黑子，太阳表面物质还会发生巨大爆发，产生强大的带电粒子流，这种粒子流达到地球大气层时，有时会激起壮丽的极光。
所以极光出现的次数多少，常同太阳活动强弱有关，在太阳活动的高潮期间，极光出现次数也多。