讓人凝神屏氣的日全食
2009-08-28 12:34:38網(wǎng)絡(luò )資源
沒(méi)有哪一種天象能像日食那樣對于世俗文化具有這么大的沖擊力。尤其是當日全食發(fā)生的時(shí)候，白晝在頃刻間變成黑夜的場(chǎng)景更是讓人不禁顫栗�！对�(shī)經(jīng)·小雅·十月之交》中寫(xiě)道：“十月之交，朔月辛卯。日有食之，亦孔之丑。”意思是說(shuō)，十月初一辛卯日，天上有日食發(fā)生，這是不祥的征兆。在中國古代，日食被當成是上天的警告，格外受到帝王的重視。因此也就有了《尚書(shū)·胤征》中所記載的夏朝御用天文學(xué)家羲和酗酒誤事未預報日食而被殺頭的故事。
時(shí)間到了近、現代，日食已經(jīng)完全沒(méi)有了古時(shí)候政治上的象征意義。對于普通大眾和科學(xué)家而言，它的“娛樂(lè )”意義和科學(xué)意義倒是有增無(wú)減。今年的7月這一自然界最壯觀(guān)的景象就會(huì )出現在神州大地之上。
年度日全食大戲
2009年7月22日將出現近20年來(lái)持續時(shí)間最長(cháng)的日全食，最長(cháng)持續時(shí)間6分39秒。如果要找比這更長(cháng)的，那就要回到1991年7月11日的墨西哥日全食，當時(shí)最長(cháng)持續了6分53秒。
在此次日食中，月球的影子首先會(huì )降臨在印度的西部。日全食帶會(huì )穿過(guò)尼泊爾、孟加拉國、不丹以及緬甸。20分鐘之后，月影就會(huì )進(jìn)入中國境內。首當其沖的是成都、重慶，然后取道武漢、合肥，接著(zhù)途經(jīng)蘇州、杭州，最后從上海出境。月影在中國境內的行程大約歷時(shí)25分鐘，其日食帶中心線(xiàn)會(huì )從上海的南邊經(jīng)過(guò)，這意味著(zhù)在那里可以看到長(cháng)達5分56秒的日全食。之后日全食帶會(huì )經(jīng)過(guò)日本的一些島嶼，最后在太平洋上出現持續時(shí)間最長(cháng)達6分39秒的日全食。
不過(guò)，觀(guān)看日全食也需要“靠天吃飯”。如果有云的遮擋，那么效果就會(huì )大打折扣。氣象資料顯示，我國大部分地區7月的云量大約是50%-60%。雖然存在變數，但總體尚可。
在日全食發(fā)生的過(guò)程中，月球會(huì )逐漸地遮擋太陽(yáng)。在日全食發(fā)生前那一刻，也就是太陽(yáng)即將被月亮擋住的那一瞬間，日面的邊緣會(huì )出現一串猶如珍珠一般奪目的亮點(diǎn)。這就是只有在日全食時(shí)才能看到的倍利珠，它是由于陽(yáng)光透過(guò)月球表面有起伏不平的山峰所造成的，整個(gè)過(guò)程只持續1到2秒。
緊接著(zhù)太陽(yáng)整個(gè)會(huì )被月亮遮擋，日全食正式開(kāi)演。天空變得昏暗，恒星出現，在太陽(yáng)附近還能看到難得一見(jiàn)的水星。地面溫度會(huì )有一定下降，一些鳥(niǎo)兒甚至還會(huì )回巢。這時(shí)太陽(yáng)周?chē)鷷?huì )出現一個(gè)淡紅色的光圈，這就是它的色球層。如果運氣好，還能看到從太陽(yáng)表面伸出的長(cháng)達幾萬(wàn)千米的粉紅色日珥。在太陽(yáng)的外圍還能看到巨大的白色羽毛狀日冕。這些平日里只有使用特殊天文儀器才能看到的景像，在日全食時(shí)都可以盡收眼底。這也正是那些現代“夸父”不遠萬(wàn)里追逐日全食的原因。
特別提醒：在除日全食以外的任何階段使用沒(méi)有專(zhuān)業(yè)減光措施的望遠鏡觀(guān)看太陽(yáng)都有可能會(huì )造成永久性失明��！
愉快的巧合
在觀(guān)賞這一壯麗景象的同時(shí)，不禁要問(wèn)為什么會(huì )發(fā)生日全食？這一切都要歸功于太陽(yáng)和月亮的“大小”正好契合。太陽(yáng)的直徑大約是月亮的400倍，而太陽(yáng)到地球的距離也正好是月亮的400倍。這兩者“此消彼長(cháng)”就使得太陽(yáng)和月亮在天空中看上去具有同樣的大小。對于太陽(yáng)系的其他行星而言，不是衛星太小無(wú)法遮擋住整個(gè)太陽(yáng)，就是衛星太大可以擋住好幾個(gè)太陽(yáng)。難道這純屬巧合？
絕大部分天文學(xué)家的觀(guān)點(diǎn)是肯定的。但這些數字背后也許還隱藏著(zhù)不為人知的一些“天機”。月球是相當“與眾不同”的。通常情況下行星的衛星是通過(guò)兩種方式形成的。在太陽(yáng)系形成的初期，行星會(huì )通過(guò)引力把物質(zhì)吸積到自己的周?chē)�，形成一個(gè)扁平的物質(zhì)盤(pán)。在其中會(huì )孕育出衛星，這些衛星一般個(gè)頭較大，且靠近行星。木星的四顆“伽利略”衛星就是這一類(lèi)“同源”形成的范例。另一種形成衛星的方式是引力俘獲。當有小天體從行星附近經(jīng)過(guò)的時(shí)候，由于受到氣體阻尼或者其他作用的影響這些原本繞太陽(yáng)運動(dòng)的小天體轉而就會(huì )被行星的引力“囚禁”住。這樣形成的衛星通常比較小，且距離行星較遠�；鹦堑膬深w衛星火衛一和火衛二就被認為是由此而形成的，火星因此也成為了太陽(yáng)系中唯一擁有兩顆天然衛星的類(lèi)地行星。
在日全食開(kāi)始和結束的瞬間在日面邊緣所出現的倍利珠。
但是由于月亮相對于地球來(lái)說(shuō)實(shí)在太大了，因此既無(wú)法通過(guò)同源的方式也無(wú)法通過(guò)俘獲的方式形成。行星科學(xué)家們相信月球的形成只有一種解釋?zhuān)蔷褪桥鲎�。在太�?yáng)系的最初1億年里，小天體在太陽(yáng)系里橫行，其中一個(gè)火星大小的天體撞上了地球。這一碰撞徹底改變了地球，由此撞擊出的大量物質(zhì)最終形成了個(gè)頭偏大的月球。
更重要的是，這么大的月亮對于地球上的生命來(lái)說(shuō)是一種恩惠。由于來(lái)自其他天體的引力作用，地球在繞其自轉軸轉動(dòng)的同時(shí)地軸也會(huì )發(fā)生擺動(dòng)。月球無(wú)形的引力可以抑制住這種擺動(dòng)，防止地球自轉出現不穩定性以及由此造成的災難性氣候變化。這對于地球上的生命來(lái)說(shuō)則是至關(guān)重要的。
由于是在撞擊中形成的，再加上潮汐的作用，月亮正在以每年3.8厘米的速度漸漸地遠離地球。于是恐龍看到的日食和我們的截然不同。2億年前月亮要比現在看上去大得多，可以“輕而易舉”地遮擋住整個(gè)太陽(yáng)。而對于幾億年之后的地球居民來(lái)說(shuō)，由于月球已經(jīng)變得太“小”，因此不會(huì )再有日全食發(fā)生。
我們看起來(lái)很幸運正好位于兩者之間：形成于撞擊的月球正在遠離，與此同時(shí)它又惠及著(zhù)地球上的生命。也許正是這一愉快的巧合才使我們有幸能站在這里目睹日全食的發(fā)生。
伴我們前行的日全食
除了使得地球能生生不息之外，月球遮擋太陽(yáng)的這短短幾分鐘對于科學(xué)家而言還是天賜良機。氦元素就有借此發(fā)現的。對于地球上的天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，由于大氣對陽(yáng)光強烈的散射作用，因此只有在日全食發(fā)生和結束的片刻才能看到太陽(yáng)的色球層和日冕。1868年法國天文學(xué)家讓森在印度發(fā)生日全食之際拍攝了太陽(yáng)色球層的光譜。其中出現了一條明亮的黃色譜線(xiàn)。經(jīng)過(guò)詳細地認證，英國天文學(xué)家洛克耶排除了這條譜線(xiàn)來(lái)自已知元素的可能，并且將產(chǎn)生這一譜線(xiàn)的元素命名為“氦”。到了1895年化學(xué)家才在地球上也找到了氦。就此氦成為了第一個(gè)也是目前唯一一個(gè)首先在地球以外發(fā)現的元素。
此外，在1868年和1869年的日全食過(guò)程中，天文學(xué)家還第一次觀(guān)測到了日冕的譜線(xiàn)。大約25年之后就像氦的命名一樣，產(chǎn)生這一綠色譜線(xiàn)的元素被命名成了“氪”。在這之后，又陸續在日冕中發(fā)現了不同的譜線(xiàn)，證認這些譜線(xiàn)就成為了天文學(xué)家的重要課題。1939年瑞典天文學(xué)家愛(ài)德蘭發(fā)現，氪的譜線(xiàn)其實(shí)是來(lái)自被高度電離的鐵原子（鐵原子26個(gè)核外電子被剝離了13個(gè)）。問(wèn)題看似終于被解決了，其實(shí)卻帶來(lái)了一個(gè)更大的麻煩。要產(chǎn)生高度電離的鐵原子就必須要達到上百萬(wàn)度的高溫。日冕位于太陽(yáng)大氣的頂層，而其底層大氣（光球層）的平均溫度卻大約只有5500攝氏度。對于這一溫度由內而外不降反升的現象雖然已經(jīng)有了一些新的解釋?zhuān)匀皇?1世紀的天體物理學(xué)需要解決的一大課題。
地面上只有在日全食時(shí)才能見(jiàn)到的巨大太陽(yáng)日冕。
不過(guò)要是說(shuō)名氣，上面的這些日全食恐怕還是無(wú)法和1919年的那次相提并論。這次日全食造就愛(ài)丁頓和戴森，更成就了愛(ài)因斯坦。1916年愛(ài)因斯坦發(fā)表了他的廣義相對論，他由此解釋并且預言了一些天文現象。首先是水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)。在廣義相對論中水星的近日點(diǎn)（水星最靠近太陽(yáng)的一點(diǎn)）會(huì )比在牛頓力學(xué)下每世紀多進(jìn)動(dòng)43個(gè)角秒。這一現象早在廣義相對論發(fā)表之前就已經(jīng)被天文學(xué)家觀(guān)測到了，因此并不能做為令人信服的檢驗。其次，愛(ài)因斯坦預言，當光掠過(guò)太陽(yáng)時(shí)，由于太陽(yáng)造成的時(shí)空彎曲會(huì )導致的光線(xiàn)發(fā)生偏折。但這一預言只有在日全食的時(shí)候才能被檢測。1919年以愛(ài)丁頓和戴森為首的英國皇家天文學(xué)會(huì )遠征隊對當年發(fā)生在非洲的日全食進(jìn)行了觀(guān)測，證實(shí)了愛(ài)因斯坦的預言。
其實(shí)這并不是故事的全部。早在1914年就有人想在俄羅斯境內發(fā)生日全食的時(shí)候來(lái)檢驗愛(ài)因斯坦的廣義相對論，但是由于第一次世界大戰的爆發(fā)而沒(méi)有成行。巧的是，當時(shí)愛(ài)因斯坦的預言和后來(lái)的差了2倍。如果當時(shí)的日全食遠征隊成功地進(jìn)行了觀(guān)測，那么愛(ài)因斯坦后來(lái)修改過(guò)的計算結果也許就會(huì )被視為“補丁”而非原創(chuàng )性的工作。但不管怎樣，愛(ài)因斯坦事后曾經(jīng)被問(wèn)及，如果他的預言被證明是錯的，他會(huì )怎么想？他著(zhù)名的回答是，“我會(huì )為上帝感到抱歉；廣義相對論是對的。”
總之，千百年來(lái)日全食伴隨著(zhù)人類(lèi)一路走來(lái)，它能化干戈為玉帛，也能使人命喪黃泉。它能讓人為它不遠萬(wàn)里去尋求答案，也能顛覆人類(lèi)的已有觀(guān)念。不同的觀(guān)眾興許會(huì )看到不同的日全食。7月22日讓我們一起來(lái)享受這份大自然的恩賜、這份讓人凝神屏氣的美與謎。
