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“拯救”太阳

2015-07-23小妖

科学家 2015年3期
关键词:拯救日冕日全食

小妖

公元前6世纪,在爱琴海东岸(今土耳其的安纳托利亚高原上)居住着米迪斯和吕底亚两大部落。后因不明原因,原本和睦的部落,要用战争来解决纷争。古希腊天文学家泰勒斯十分痛恨战争,决定利用一次难得的日全食来消除战祸。泰勒斯利用自己的天文知识,推算出公元前585年5月28日当地将发生日全食。

于是,泰勒斯公开宣布,上天对这场战争十分厌恶,将以“吞食”太阳来警示人们。若双方不肯休战,到时将大难临头。

但是两部落的人们坚信上天会庇佑,并未将此事放在心上。

5月28日,正当交战双方打得难分难解的时候,日全食发生了,太阳被一点一点地吞食,黄昏降临……

目睹了此番景象的交战双方,最终不敢违抗上天的意愿而停止交战。

日食阻止了一场流血事件的发生,但是几千年来,人们对于日食的情感更多的还是恐惧。

迷惑

日食作为一种天文现象,着实给古代的人们带来了巨大的困扰,让他们足足迷惑了几千年。不论是在国内还是国外,人们都用尽一切办法“拯救”太阳。

在古代中国,人们认为这个吞掉太阳的大怪物是一只天狗;在古代印度,人们认为这个大怪物是一个魔鬼。古代斯堪的纳维亚人部族认为日食是天狼食日;在古埃及,人们说日食的发生是因为一只想在天庭称霸的秃鹰企图夺走太阳神的光芒。于是,每当日食发生时,人们就焦急地用燃放鞭炮、敲锣打鼓等办法驱赶怪物,来拯救生活中离不开的太阳。

在公元前2300多年前我国就已经有了当时最先进的天文观象台。根据《尚书》的记载,早在公元前1948年就有人观测到了日食。《诗经》中更是详细记载了发生在公元前776年9月6日的日食:“十月之交,朔日辛卯,日有食之。”

不仅如此,我国历来十分重视日食的预报,相传夏代一位天文官因沉湎酒色漏报日食而被砍头,朝廷以此来警示玩忽职守者。

我国有世界上最早、最完整、最丰富的日食记录。在古代夏、商、周时期因历史久远,缺乏精确的文字记录,因此难以精确地断代,而日食天象就像是一座相当精确的历史时钟,可以帮助确定一些历史事件的时间。

如今,随着科技的发展,观测日食不仅仅是为了研究,而是受到了越来越多的天文和摄影爱好者的追捧,人们以能拍到高质量且构图精美的日全食照片为傲。

根据预报,“2015年全球唯一一次日全食将发生在3月20日,全食阶段持续时间最长为2分钟左右。但受地理位置和日食发生时间等因素影响,我国部分地区公众只能看到一次日偏食。”

观测日食不仅是为了满足人们对天文现象的好奇心,科学家们称想要了解太阳,通过日食是再好不过的了。

溯源

地球围着太阳转,月亮绕着地球转。当月亮、地球和太阳三者走到一条直线附近时,日食就可能发生。因为月亮和地球都是不发光的球体,在太阳的照耀下,月亮和地球被照亮,而后面则出现了它们的影子。当月亮转到太阳和地球中间,太阳、月亮和地球几乎处于一条直线上时,长长的月影就落在了地球上。在月亮影子里的人们看起来,太阳被月亮遮住了,日食就出现了。

由于地球相对于月亮的影子有相对的移动,月亮相对于地球的影子也有相对的移动,因此日食发生时太阳是一点一点被“食”掉的,而所谓的“食”也就是指一个天体被另一个天体或其黑影全部或部分掩遮的天文景象。

月亮的影子有本影、半影和伪本影之分,它们分别对应着不同的日食情形。本影是一个会聚的圆锥,投向它的阳光全部被月亮挡住,位于本影内的人们看到的是日全食。

在半影内,月亮只遮住太阳一部分,所以人们看到了日偏食。

而日环食的出现则是因为,月球在太阳和地球之间,但是距离地球较远,它不能完全遮住太阳。

所以日食包括日全食、日偏食和日环食三种。

在日食中没有什么比日全食更吸引人了。在这个时刻,人们可以看到:“太阳圆面的西边缘,有黑暗的影子在开始逐渐挡着它,一向光芒四射的太阳圆面,慢慢地减少了。开始是缺了边,接着越遮越多了,最后成为弯弯月牙似的一钩,暗淡的光辉代替了光芒四射,黄昏代替了晴空万里。转瞬间,太阳被月亮遮盖得只成一丝光线,就在这最后光明消失之前,太阳边缘突然冒出像‘珍珠一样的光彩。他的出现只有一两秒钟的时间,接着,太阳就全部被月亮遮挡,日全食发生了。”

当然,人们对于日全食的重视,还有一个原因——这是认识太阳的最好机会。我们平时所见到的太阳,只是它的光球部分,光球外面的太阳大气的两个重要的层次——色球层和日冕,都淹没在光球的明亮光辉之中。色球层是太阳大气中的中层,它是在光球之上厚约2000千米的一层;在太阳外面,还包围着温度极高(百万摄氏度)但却十分稀薄的等离子体,延伸的范围比太阳本身还大好几倍,这叫做日冕。日冕的光度只有太阳本身的百万分之一,平常它完全隐藏在地球大气散射光造成的蓝色天幕里。日全食发生时,月亮挡住了太阳的光球圆面,在漆黑的天空背景上,相机显现出红色的色球和银白色的日冕,科学工作者可以在这一特定的时机、特定的条件下,观测色球和日冕,并拍摄色球、日冕的照片和光谱图,从而研究有关太阳的物理状态和化学组成。

此外,日食发生时对研究相应的气象变化、生物反应等都有一定的意义。科学史上有许多重大的天文学和物理学的发现就是利用日全食的机会做出的,而且只有通过这种机会才行。最著名的例子就是1919年的一次日全食,证实了爱因斯坦广义相对论的正确性。1915年,爱因斯坦发表了在当时看来是极其难懂、也极其令人难以置信的广义相对论,这种理论预言光线在巨大的引力场中会拐弯。人类能接触到的最强的引力场就是太阳,可是太阳本身发出很强的光,远处的微弱星光在经过太阳附近时是不是拐弯了,根本看不出来。但如果发生日全食,挡住太阳光,就可以测量出来光线拐没拐弯,如果拐了,弯度多大。机会在1919年出现了,英国天文学家爱丁顿观测到的结果与爱因斯坦事先计算的结果十分吻合,从此相对论得到世人的承认。

日全食之始末

“晴空万里,阳光普照,忽然,光辉的日轮西边缘,被一个黑影(月亮)侵蚀了。”月亮刚开始触及太阳的那一瞬间,即月轮的东边缘和日轮的西边缘相外切的一刹那,就是日食开始的时刻。这是月轮和日轮的第一次“碰面”,也是日食的第一个重要阶段,叫做“初亏”。

初亏后就进入了偏食阶段,月亮继续向东运行,日轮的发光面积逐渐被月亮挡住。慢慢地,太阳变成了镰刀形,光耀也随之慢慢变暗。

就在最后一线阳光消失前,“贝利珠”出现了。人们常用“昙花一现”来形容一件事情存在的时间短暂,而贝利珠的存在却比昙花一现还要短促。1836年5月15日,英国天文学家贝利在观测日全食过程中,发现在太阳将要被月亮完全挡住时,在日面的东边缘突然出现了一弧像钻石似的光芒,就好像是钻石戒指上引人瞩目的闪耀光芒,同时在瞬间形成为一串发光的亮点,这些如珍珠般的亮点被高高地悬挂在漆黑的夜空中,很是壮观。人们称这种现象为“珍珠食”,也叫贝利珠。

贝利珠过后,月轮的东边缘和日轮的东边缘相内切,这就到了日全食的第二个阶段“食既”。

食既后,月轮很快就到了日轮的中央。这一瞬间被称为“食甚”。此时,你可以看到日珥和日冕。整个日全食过程到此恰好完成了一半,剩下的一半就好像是把刚才发生过的影像,再倒着播放一遍。

月轮和日轮再次相切,天空中慢慢恢复了太阳的光芒,即“生光”。当太阳与月亮彻底分后,太阳就“复圆”了。

解惑

还记得2009年7月22日的那次壮观的日全食吗?在那天,日食带横扫东半球,我国全食带经过的地区有成都、重庆、武汉、杭州和上海等城市,在这些城市都可观赏到4分钟以上的日全食,此次景象被评为21世纪我国最重要和最值得观看的壮丽天象,引来了无数天文及摄影爱好者。

为什么此次日全食的影响范围如此之广,什么是日食带?

以北京著名的街道长安街为例,它是东西走向的,当你晚上在长安街上从西向东行走的时候,每盏路灯都会把你的影子投射到地面上。当你走过某一盏路灯时,影子是如何移动的呢?

开始,你在灯的西面走,身影自然顺着街道向西:慢慢地,你走过了这盏灯,到了灯的东边,影子自然也随之向东。了解了这个原理,就可以更容易理解什么是日食带。

如果把太阳当作路灯,把月亮当作行人,那么,月影就相当于人的身影。月亮从西向东运行,它的影子就从西向东扫过地面。月影所到之处,构成了一条带子,这条带子的延伸方向也是从西向东:影子先在西边,逐渐移向东边。

于是,月影扫过的地带,就都可以看见日食,所以这条带就叫做日食带。

为什么日全食总是在不同地方出现?

2008年8月1日的日全食,在我国的合适观测地只有少数西北偏远地区。而2009年7月22日的日全食的可观测范围,涵盖了我国长江中下游和南亚各国的许多大中城市及人口稠密地带。

我们已经知道,日食是因为月球挡住了太阳的光芒。日食发生时,被月球挡住阳光的区域在月地之间形成一个阴影“圆锥”,地球表面擦过它的部分才能看到日全食。由于日月轨道所限,地表能切到“圆锥”的最大截面,直径也不到270千米,随着地球自转扫过狭窄的一条能看到日全食的地带。每次日全食发生时日、地、月三者的相对位置和角度不同,月影“圆锥”也就扫在地球上的不同地点。

不可以直接用肉眼观测日食

几十年前,德国有几十人双目失明,就是因为他们直接用眼睛看日食。太阳光以及其中看不见的红外线中包含大量的热能,被物体吸收后会产生大量的热。如果用眼睛直接看太阳,即使只看短短的一刹那,眼睛就会受到很大的刺激,长时间很难恢复。在眼睛里有一个水晶体,它能起到聚光镜的作用,如果对准太阳看,太阳的热能被它聚集在眼底的视网膜上,就会觉得刺眼;如果经过一些时间后,视网膜就会被烧伤而失去视力。在发生日食时,大部分时间都是偏食,月亮只挡住了一部分太阳,剩下的部分仍然和平常一样,所以直接用眼睛看日食的时间长了,同样会烧伤眼睛。

观看日食可以采用专业的太阳滤光眼镜,它可以过滤掉太阳中的绝大部分强光。这时我们就能看到太阳清晰地轮廓。

当然,我们也可以自制普通的“滤光镜”,通常可用一块涂黑的玻璃或者用烟火将玻璃表面熏黑,注意墨层的厚度要均匀,如此,通过这块墨玻璃就能看到古铜色的太阳,这种被中和了的光,看上去既不刺眼,也不影响观看效果。

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