讓人凝神屏氣的日全食

　　沒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(dāng)日全食發(fā)生的時候，白晝在頃刻間變成黑夜的場景更是讓人不禁顫栗。《詩經(jīng)·小雅·十月之交》中寫道：“十月之交，朔月辛卯。日有食之，亦孔之丑。”意思是說，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(dāng)成是上天的警告，格外受到帝王的重視。因此也就有了《尚書·胤征》中所記載的夏朝御用天文學(xué)家羲和酗酒誤事未預(yù)報日食而被殺頭的故事。

　　時間到了近、現(xiàn)代，日食已經(jīng)完全沒有了古時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”意義和科學(xué)意義倒是有增無減。今年的7月這一自然界最壯觀的景象就會出現(xiàn)在神州大地之上。

　　年度日全食大戲

　　2009年7月22日將出現(xiàn)近20年來持續(xù)時間最長的日全食，最長持續(xù)時間6分39秒。如果要找比這更長的，那就要回到1991年7月11日的墨西哥日全食，當(dāng)時最長持續(xù)了6分53秒。

　　在此次日食中，月球的影子首先會降臨在印度的西部。日全食帶會穿過尼泊爾、孟加拉國、不丹以及緬甸。20分鐘之后，月影就會進(jìn)入中國境內(nèi)。首當(dāng)其沖的是成都、重慶，然后取道武漢、合肥，接著途經(jīng)蘇州、杭州，最后從上海出境。月影在中國境內(nèi)的行程大約歷時25分鐘，其日食帶中心線會從上海的南邊經(jīng)過，這意味著在那里可以看到長達(dá)5分56秒的日全食。之后日全食帶會經(jīng)過日本的一些島嶼，最后在太平洋上出現(xiàn)持續(xù)時間最長達(dá)6分39秒的日全食。

　　不過，觀看日全食也需要“靠天吃飯”。如果有云的遮擋，那么效果就會大打折扣。氣象資料顯示，我國大部分地區(qū)7月的云量大約是50%-60%。雖然存在變數(shù)，但總體尚可。

　　在日全食發(fā)生的過程中，月球會逐漸地遮擋太陽。在日全食發(fā)生前那一刻，也就是太陽即將被月亮擋住的那一瞬間，日面的邊緣會出現(xiàn)一串猶如珍珠一般奪目的亮點(diǎn)。這就是只有在日全食時才能看到的倍利珠，它是由于陽光透過月球表面有起伏不平的山峰所造成的，整個過程只持續(xù)1到2秒。

　　緊接著太陽整個會被月亮遮擋，日全食正式開演。天空變得昏暗，恒星出現(xiàn)，在太陽附近還能看到難得一見的水星。地面溫度會有一定下降，一些鳥兒甚至還會回巢。這時太陽周圍會出現(xiàn)一個淡紅色的光圈，這就是它的色球?qū)�。如果運(yùn)氣好，還能看到從太陽表面伸出的長達(dá)幾萬千米的粉紅色日珥。在太陽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，在日全食時都可以盡收眼底。這也正是那些現(xiàn)代“夸父”不遠(yuǎn)萬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有專業(yè)減光措施的望遠(yuǎn)鏡觀看太陽都有可能會造成永久性失明！！

　　愉快的巧合

　　在觀賞這一壯麗景象的同時，不禁要問為什么會發(fā)生日全食？這一切都要?dú)w功于太陽和月亮的“大小”正好契合。太陽的直徑大約是月亮的400倍，而太陽到地球的距離也正好是月亮的400倍。這兩者“此消彼長”就使得太陽和月亮在天空中看上去具有同樣的大小。對于太陽系的其他行星而言，不是衛(wèi)星太小無法遮擋住整個太陽，就是衛(wèi)星太大可以擋住好幾個太陽。難道這純屬巧合？

　　絕大部分天文學(xué)家的觀點(diǎn)是肯定的。但這些數(shù)字背后也許還隱藏著不為人知的一些“天機(jī)”。月球是相當(dāng)“與眾不同”的。通常情況下行星的衛(wèi)星是通過兩種方式形成的。在太陽系形成的初期，行星會通過引力把物質(zhì)吸積到自己的周圍，形成一個扁平的物質(zhì)盤。在其中會孕育出衛(wèi)星，這些衛(wèi)星一般個頭較大，且靠近行星。木星的四顆“伽利略”衛(wèi)星就是這一類“同源”形成的范例。另一種形成衛(wèi)星的方式是引力俘獲。當(dāng)有小天體從行星附近經(jīng)過的時候，由于受到氣體阻尼或者其他作用的影響這些原本繞太陽運(yùn)動的小天體轉(zhuǎn)而就會被行星的引力“囚禁”住。這樣形成的衛(wèi)星通常比較小，且距離行星較遠(yuǎn)�；鹦堑膬深w衛(wèi)星火衛(wèi)一和火衛(wèi)二就被認(rèn)為是由此而形成的，火星因此也成為了太陽系中唯一擁有兩顆天然衛(wèi)星的類地行星。

　　在日全食開始和結(jié)束的瞬間在日面邊緣所出現(xiàn)的倍利珠。

　　但是由于月亮相對于地球來說實(shí)在太大了，因此既無法通過同源的方式也無法通過俘獲的方式形成。行星科學(xué)家們相信月球的形成只有一種解釋，那就是碰撞。在太陽系的最初1億年里，小天體在太陽系里橫行，其中一個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說是一種恩惠。由于來自其他天體的引力作用，地球在繞其自轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的同時地軸也會發(fā)生擺動。月球無形的引力可以抑制住這種擺動，防止地球自轉(zhuǎn)出現(xiàn)不穩(wěn)定性以及由此造成的災(zāi)難性氣候變化。這對于地球上的生命來說則是至關(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(yuǎn)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(xiàn)在看上去大得多，可以“輕而易舉”地遮擋住整個太陽。而對于幾億年之后的地球居民來說，由于月球已經(jīng)變得太“小”，因此不會再有日全食發(fā)生。

　　我們看起來很幸運(yùn)正好位于兩者之間：形成于撞擊的月球正在遠(yuǎn)離，與此同時它又惠及著地球上的生命。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，月球遮擋太陽的這短短幾分鐘對于科學(xué)家而言還是天賜良機(jī)。氦元素就有借此發(fā)現(xiàn)的。對于地球上的天文學(xué)家來說，由于大氣對陽光強(qiáng)烈的散射作用，因此只有在日全食發(fā)生和結(jié)束的片刻才能看到太陽的色球?qū)雍腿彰帷?868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色球?qū)拥墓庾V。其中出現(xiàn)了一條明亮的黃色譜線。經(jīng)過詳細(xì)地認(rèn)證，英國天文學(xué)家洛克耶排除了這條譜線來自已知元素的可能，并且將產(chǎn)生這一譜線的元素命名為“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也是目前唯一一個首先在地球以外發(fā)現(xiàn)的元素。

　　此外，在1868年和1869年的日全食過程中，天文學(xué)家還第一次觀測到了日冕的譜線。大約25年之后就像氦的命名一樣，產(chǎn)生這一綠色譜線的元素被命名成了“氪”。在這之后，又陸續(xù)在日冕中發(fā)現(xiàn)了不同的譜線，證認(rèn)這些譜線就成為了天文學(xué)家的重要課題。1939年瑞典天文學(xué)家愛德蘭發(fā)現(xiàn)，氪的譜線其實(shí)是來自被高度電離的鐵原子（鐵原子26個核外電子被剝離了13個）。問題看似終于被解決了，其實(shí)卻帶來了一個更大的麻煩。要產(chǎn)生高度電離的鐵原子就必須要達(dá)到上百萬度的高溫。日冕位于太陽大氣的頂層，而其底層大氣（光球?qū)樱┑钠骄鶞囟葏s大約只有5500攝氏度。對于這一溫度由內(nèi)而外不降反升的現(xiàn)象雖然已經(jīng)有了一些新的解釋，但它仍然是21世紀(jì)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才能見到的巨大太陽日冕。

　　不過要是說名氣，上面的這些日全食恐怕還是無法和1919年的那次相提并論。這次日全食造就愛丁頓和戴森，更成就了愛因斯坦。1916年愛因斯坦發(fā)表了他的廣義相對論，他由此解釋并且預(yù)言了一些天文現(xiàn)象。首先是水星近日點(diǎn)的進(jìn)動。在廣義相對論中水星的近日點(diǎn)（水星最靠近太陽的一點(diǎn)）會比在牛頓力學(xué)下每世紀(jì)多進(jìn)動43個角秒。這一現(xiàn)象早在廣義相對論發(fā)表之前就已經(jīng)被天文學(xué)家觀測到了，因此并不能做為令人信服的檢驗(yàn)。其次，愛因斯坦預(yù)言，當(dāng)光掠過太陽時，由于太陽造成的時空彎曲會導(dǎo)致的光線發(fā)生偏折。但這一預(yù)言只有在日全食的時候才能被檢測。1919年以愛丁頓和戴森為首的英國皇家天文學(xué)會遠(yuǎn)征隊(duì)對當(dāng)年發(fā)生在非洲的日全食進(jìn)行了觀測，證實(shí)了愛因斯坦的預(yù)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(nèi)發(fā)生日全食的時候來檢驗(yàn)愛因斯坦的廣義相對論，但是由于第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)而沒有成行。巧的是，當(dāng)時愛因斯坦的預(yù)言和后來的差了2倍。如果當(dāng)時的日全食遠(yuǎn)征隊(duì)成功地進(jìn)行了觀測，那么愛因斯坦后來修改過的計算結(jié)果也許就會被視為“補(bǔ)丁”而非原創(chuàng)性的工作。但不管怎樣，愛因斯坦事后曾經(jīng)被問及，如果他的預(yù)言被證明是錯的，他會怎么想？他著名的回答是，“我會為上帝感到抱歉；廣義相對論是對的。”

　　總之，千百年來日全食伴隨著人類一路走來，它能化干戈為玉帛，也能使人命喪黃泉。它能讓人為它不遠(yuǎn)萬里去尋求答案，也能顛覆人類的已有觀念。不同的觀眾興許會看到不同的日全食。7月22日讓我們一起來享受這份大自然的恩賜、這份讓人凝神屏氣的美與謎。