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，日食究竟能否引起天再旦的感觉？什么样的日食能引起这种感觉？这就需要对此类现象从多方面考虑。
除了对日食天光做理论性研究外，刘次沅同时感到做一次多地点的实际观测日出前后日食所造成的天光变化，将有利于加深对这条天象记录的理解和研究。或许，实际观测便是解决这一问题的前提条件和重要环节。那么在什么时间、什么地点进行实际观测呢？难道真的还会有“天再旦”的现象出现？带着这些问题，刘次沅怀着侥幸心理开始利用计算机进行天文推算。或许是上苍的恩赐，计算结果表明，在日出前发生的日食，20世纪内在东亚大陆惟一的一次机会是1997年3月9日，日出前能够看到全食的地区在中国新疆北部与哈萨克斯坦、蒙古及俄罗斯交界处。结果还表明，20世纪末之前的另外4次日食，其相应位置都在大洋中，陆地无法观察。按照夏商周断代工程原定要在1999年底完成的计划，发生于1997年3月9日的日全食，就是天赐的最好也是仅有的一次机会了。机不可失，时不再来，刘次沅经过反复权衡，决定约其好友、西北大学文博学院教授兼西北大学历史博物馆馆长，对历史、考古、天文学颇有研究的周晓陆一起赴新疆进行布点观测。后因经费紧张，决定由周一人赴新疆观察，刘在天文台留守。
1997年3月1日，周晓陆肩负着“天再旦”实际观测的学术使命，赶赴新疆乌鲁木齐，并通过各种渠道和新疆各地的科协、教委、中学、气象台等单位联系，请他们在预定的阿勒泰、富蕴、塔城、克拉玛依、博乐、霍城、伊宁、石河子、奎屯、阿克苏等北南一线近20个地点，联络、组织群众和天文爱好者进行实际观测。当这一切安排妥当后，周晓陆于3月7日自乌鲁木齐亲赴新疆北部的塔城市，与塔城地区教委教研室主任、地理学家徐精华汇合，共同商讨、组织观测的具体事宜。
根据刘次沅、周晓陆的推算，对考察“天再旦”现象，塔城的地理位置与日食表现，对于日出前10分钟以上所发生日食食甚的条件，明显区别于北邻的阿勒泰地区，这里正处于能否发生“天再旦”的临界线上。故此，周晓陆才亲赴塔城组织观测。
在塔城地委和塔城市政府的协助下，“天再旦”天象观测中心设在塔城最高的一座建筑物——银翔大厦顶端平台，这座建筑物共13层约45米高，而当地海拔高度约为500米，其纬度远远高于北京、兰州、西安、南京等城市。因没有大工业污染，天象观测条件极尽人意。可以说，此次观测活动占尽了天时、地利、人和等各种条件。但是早春的塔城正是西风带气旋活动频繁的时期，气象条件极不稳定，这个现状又不免让周晓陆等观测人员多了一份担心。事实证明，到了3月8日，天气突变，小雨夹雪笼罩了整个塔城，使每一位观测人员心中都蒙上了一层阴影。按天气状况分析，如果雨雪不停，第二天，也就是3月9日黎明的观测效果将受到很大影响。就在大家为如此糟糕的天气忧心忡忡时，一个意想不到的奇迹发生了。到了3月8日北京时间23时，雨雪突然停歇，天空渐渐由阴转晴。到了3月9日凌晨4点，阴霾散尽，万里苍穹露出了清晰的面容。此刻，海尔—波普彗星正横斜于东北天际，其离子尾与尘埃尾皆明晰可辨；猎户座、仙女座、飞马座、天鹅座恰似一盏盏耀眼的银灯，横挂在西南天际，火星的光亮灿烂夺目。已云集于银翔大厦顶端平台、由多民族组成的观测人员，在格外明亮的北极星、北斗星的映照之下，面对无垠的苍穹和刺目的星光，久悬的心怦然落下，一时欢声雷动。
据周晓陆的观察记录：从3月9日晨7点25分开始，东方天际露出了淡淡的青玉痕，到8点左右，阵风从对面吹来，观测人员普遍感到寒气袭人。此时东边天际开始发亮并吐出鱼肚白。自8点10分始，观测人员已经能在熹微的光亮中彼此可以辨认面目了。设在银翔大厦观测中心、塔城市二工乡烈士陵园观测点、塔城市一中操场观测点等处的观测人员，开始用照相机、摄像机拍摄不断变化的天象。
第八章 天时、地利、人和（16）
8点10分之后，天空开始由晴转少云，东方的地平线云量增大，由暗红色渐渐转变成淡淡的铁红色，并从低处慢慢浸染到云层顶端。此时，东风达到了4—5级，明亮的星星逐渐隐没于晨曦之中。8点20分左右，曾耀眼夺目的海尔—波普彗星也隐去了，晨曦的光越来越明亮。8点30分左右，东方地平线之下，太阳的光线喷射而出，如同根根赤柱和条条红色的丝缕冲向天顶，大块大块的鱼鳞状、瓦片状的云层，由鲜红转为橘红色。正当注目着东方地平线与天顶的人们感到眼前的朝霞似乎十分腼腆，远未达到应有的热烈与炽亮之时，天空又明显地开始变暗了。
8点35分，黎明时的朝晖竟转换成夕阳沉没的晚霞，太阳射出的光线渐渐收敛，刚才橘红色的云裙变成血红色，接着又慢慢深染为铁灰色。天顶淡淡的红意也在逐渐消褪，稍现白色的西边天际也暗了下来。8点38分，已隐没的海尔—波普彗星忽然再现于东北天际，并呈喷射状以匕首般的光芒刺破天穹。彗星的高度呈40度左右，周围许多亮星相伴出行。观测者在寒风凛冽的清晨，面对持续了2分多钟的彗星突刺，不免产生了一种惶惑、恐怖的感觉。
从8点45分起，东方天际的云霞又渐渐由红转黄，天顶由暗变亮，所有的星星都隐没于朝晖之中。8点53分，太阳带食跃出，在约60公里之外的地平线上，映衬出起伏的山峦优美的曲线。太阳的左下方，带着明显被掩的月影，恰似一弯红亮的新月散发出金色的光芒，凹凸不平的山影轮廓在光照中若隐若现，宛如海面上漂浮的海市蜃楼。9点35分，残缺的太阳已全部复圆，温暖的阳光普照大地，整个塔城和周边山野田畴在阳光的照耀中分外壮观美丽。——至此，“天再旦”的天象观测圆满结束。特别值得庆幸和回味的是，就在众人撤离观测现场之后，塔城地区天气再度由晴转阴，接着天幕合拢，下起了纷纷扬扬的鹅毛大雪，整个塔城浸染在白色苍茫的世界之中。
苍天有情，苍天有性，苍天诸公以绝妙的安排和盛情，使观测人员在两次雨雪之间短暂的空隙中，对近3000年来的一个天象公案予以破解。这一切不能不令人欣喜异常，叹为举世奇观。
“天再旦”在新疆观测获得圆满成功的消息，随着一道道电波传往西安、北京和世界各地，当时有300多家中外媒体对这一成果作了报道，在海内外引起了巨大反响。
之后，刘次沅与返回西安的周晓陆收到了新疆天山南北各个观测点发送来的观测汇报。经过整理分析，获得了极具价值的天文观测资料。而刘次沅在陕西临潼的观测是：薄云但不影响太阳成像。食甚前几乎可以直视太阳，食甚前后大约5分钟时间，在楼上向北室内，明显感到光线变暗。测光显示天光减弱l／2。
根据各地观测结果，刘次沅、周晓陆进一步研究认为：当年刘朝阳的推测是很有道理的，以日出前后的日食天象（再结合如地貌、气象等因素），来破解“天再旦”这段历史记载，可能是“最巧妙也是最佳的方法”。
通过在塔城的观测可知，“天再旦”现象以食甚0．97，食甚时与日出时约14分钟的时差，造成了黎明时分突然产生了“落日余辉，晚霞绚烂”，然后再度天亮的感觉。日出前后发生日食（大食甚偏食、全食），以往几乎没有报道，而此次的观测者却亲身感受了。除直接观测者之外，据周晓陆调查的情况，其他人以及各种动物几乎没有反应，绝不像太阳升出之后日食（全食、环食）的景象。如果没有预报，没有带着任务专门观测，这种发生在早晨的天文事件可能不会为人们所知。
中国历代有史官观察并记录天象的传统。商代甲骨卜辞证实，这一传统当时已经形成，商代卜辞中已经确认了日月食记录。综合各方面的情况，刘次沅认为，在周初时，王者身边就有史官（巫卜）随侍，注意观察天象和气象，并进行卜祭与记载。自然，他们对日月食、风云之类的现象是熟悉的（当时或许不能预报日月食）。就天色突然变暗这一现象而言，食分很大的日食、沙尘暴、很浓厚的乌云、遮天蔽日的蝗虫等现象都可能引起。对于一个专事观察天象的史官，因计时报时的需要，看到了东方旦一再暮一再旦的景象，但并未看到日食或带食而出（商周时代日月食现象人们已不陌生），于是，这位天官带着不解与迷惑，忠实地记下了“天再旦”这3个字。或许，对于阴云掩盖或山岭遮蔽的日食，“天再旦”便是一种最合理的解释。这一点，在阿勒泰所进行的实地观察中已作出了最好的明证。正如刘次沅所言，“对于一个注意观察天空而又未得到日食预报的人，这一现象的确是震撼人心的”。
第八章 天时、地利、人和（17）
历代天象记录，极少有人言及观测地点，因为这些记录来自史官。而史官随侍王的左右，其地点自然是在京城。据今本《竹书纪年》记载，周王朝诸王，自穆王以下居大郑宫。因为当时天子不在京城，所以史官在记下天象以后，特别注明地点在“郑”，这个特殊的记录，使后来的研究者增加了对该事件的可信度。
由以上分析，刘次沅认为，“天再旦”的记载是西周懿王的史官在随王居住郑地时，早晨例行观察天象（尤其是东边日出方向）时发现的。当时“天再旦”现象不是很强烈，普通人即使发现，也不会引起太大的震动。但是对于每天专职观察日出的史官来讲，这样明显的异象，足以引起他的惊恐，继而报告天子，载诸史册了。
根据刘次沅的解释和计算，可以确知文献中记载的“懿王元年天