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　　日全食：現代科技和天文奇觀(guān)在太陽(yáng)上的邂逅

　　370年一輪回；科學(xué)價(jià)值非同一般；2035年再見(jiàn)

　　在日全食出現前的兩三分鐘里，天光似乎不是逐漸地變暗，而是像坐滑梯一樣突然黑了下來(lái)。月亮的影子也像一朵飛云一樣，從西邊迅速地飄了過(guò)來(lái)，又黑又快。

　　作為一位天文學(xué)家，7月22日發(fā)生在中國境內的日全食對于中科院云南天文臺研究員林雋來(lái)說(shuō)，已經(jīng)期待了很久。因為他的研究方向正好是理論太陽(yáng)物理以及對各種太陽(yáng)活動(dòng)的分析和研究。

　　“太陽(yáng)實(shí)際上與天上的群星一樣，是一顆普通的自己能發(fā)光的星。但是，它比其他的恒星距離我們要近得多�！边@也意味著(zhù)對太陽(yáng)的各種研究，很有可能會(huì )使人們對遙遠恒星甚至宇宙的認識更進(jìn)一步。

　　在接受《科學(xué)時(shí)報》記者采訪(fǎng)時(shí)，林雋說(shuō)：“不論對科學(xué)家還是天文愛(ài)好者，日全食都是一次觀(guān)測太陽(yáng)的絕佳機會(huì )�！�

　　370年一輪回

　　科學(xué)史上最著(zhù)名的一次日全食觀(guān)測，是1919年5月29日愛(ài)丁頓驗證愛(ài)因斯坦廣義相對論的觀(guān)測。當時(shí)，英國劍橋天文臺愛(ài)丁頓博士成功地取得了日食觀(guān)測資料，經(jīng)過(guò)仔細測量、分析和計算，得到的偏轉角為1.64角秒，這一數值和愛(ài)因斯坦理論上預言的1.75角秒非常接近。這就無(wú)可辯駁地驗證了廣義相對論的正確性。

　　從整個(gè)地球來(lái)講，日食甚至日全食的發(fā)生概率并不是很低�？茖W(xué)計算表明：每年都有2～4次日食，個(gè)別年份還可能發(fā)生5次。僅就日全食而言，大約每100年發(fā)生65次，平均1年多也會(huì )有一次。

　　但是，每次能夠看到全食的只是一條寬度為兩三百公里的狹長(cháng)地帶，面積不到地球總面積的1%，大約需要375年才能夠讓整個(gè)地球表面都輪上一次。因而對于每一個(gè)具體的地方來(lái)說(shuō)，日全食就成了難得一見(jiàn)的自然奇觀(guān)，有統計表明，同一地點(diǎn)兩次看到日全食，大約平均間隔370多年。

　　“平均每次全食的最長(cháng)時(shí)間也只有3分30秒�！绷蛛h說(shuō)，“7月22日發(fā)生的日全食之所以備受關(guān)注，正是因為持續的時(shí)間長(cháng)，因此很多科學(xué)家也認為這是本世紀最重要的一次日全食�！�

　　這一次日全食從印度西部開(kāi)始，月影將花費8分鐘時(shí)間掃過(guò)印度。再掃過(guò)尼泊爾最南部和孟加拉國極北部，經(jīng)過(guò)不丹國的大部分，穿越緬甸北部，擦過(guò)西藏一角(察隅)，進(jìn)入云南，最終，在太平洋東部結束。全食帶面積只占地球表面的0.71%，而且很大一部分在海上。因此，這一次日全食的最佳觀(guān)測地點(diǎn)在我國。

　　7月22日，月亮離地球的距離會(huì )比平時(shí)近，而太陽(yáng)離地球比平時(shí)遠，從地球觀(guān)測，月亮的直徑看起來(lái)比太陽(yáng)大了接近8%，因此日全食的時(shí)間就特別長(cháng)。

　　“這次在日全食的中心點(diǎn)，持續時(shí)間最長(cháng)可以超過(guò)6分半鐘，是1991年到2132年間全世界日全食持續時(shí)間最長(cháng)的。不過(guò)，只有在太平洋里觀(guān)測才能夠達到這樣的時(shí)長(cháng)，對于我國陸地觀(guān)測，上�？梢赃_到5分鐘，這是1814年以來(lái)在我國境內能夠看到的最長(cháng)的一次日全食�！绷蛛h解釋說(shuō)。

　　“通過(guò)肉眼，人們一般只能看到太陽(yáng)的光球表面，有時(shí)可以看到太陽(yáng)上的黑子。對太陽(yáng)內部的認識，是科學(xué)家通過(guò)各方面科學(xué)研究的結果，現在都還在不斷地加深認識。太陽(yáng)外部的色球、日珥、日冕等現象，人類(lèi)最早也是在日全食期間才可能看到和進(jìn)行研究的�！绷蛛h說(shuō)。

　　科學(xué)價(jià)值非同一般

　　科學(xué)家們最初對日食的觀(guān)測研究是從天體力學(xué)的角度進(jìn)行的。19世紀中葉以后，隨著(zhù)光學(xué)、天體分光學(xué)和照相技術(shù)的發(fā)展和應用，日食觀(guān)測才轉而研究太陽(yáng)本身的物理狀態(tài)。

　　太陽(yáng)是太陽(yáng)系大家族的中心，它已經(jīng)存在了大約50億年，現在正處于旺盛的“青壯年”時(shí)期。林雋形容說(shuō)，看起來(lái)太陽(yáng)表面就像煮開(kāi)了的一鍋大米粥，有著(zhù)不斷上下翻騰的“米�！睜罱Y構，并且有著(zhù)強的磁場(chǎng)。

　　利用日食，人們可以觀(guān)測平時(shí)不可能出現的一些特殊天象，最明顯的就是觀(guān)測太陽(yáng)周?chē)�的亮環(huán)，也就是太陽(yáng)的大氣層——日冕。

　　“日全食階段是用肉眼觀(guān)看日冕的獨一無(wú)二的機會(huì )。當月球將十分耀眼的太陽(yáng)完全擋住的時(shí)候，我們才能夠看到日冕，日冕也和黑子一樣有著(zhù)11年的變化周期�！绷蛛h說(shuō)。

　　白光日冕照相是日全食觀(guān)測的經(jīng)典項目，它對研究日冕的亮度、形態(tài)、日冕精細結構(如冕流、拱狀結構、冕洞等)、日冕磁場(chǎng)等均有重要意義。日冕是太陽(yáng)大氣的最外層，非常稀薄、暗弱，亮度只有太陽(yáng)本身的百萬(wàn)分之一，即使在日偏食和日環(huán)食的時(shí)候也看不到它。

　　林雋介紹說(shuō)，在日食觀(guān)測史上真正能成功得到理想的白光日冕照相也并不多，這是因為要成功獲得這樣的照片對儀器有很高的要求：首先，在較高的光學(xué)空間分辨率條件下，要有幾米長(cháng)的長(cháng)焦距照相機；其次，對所有的內冕特征都要有一個(gè)合適的曝光時(shí)間；再次，需要一塊合適的徑向減光板，以彌補內外日冕強度的不均勻性。使用精心設計的徑向減光板，天文學(xué)家可以拍到1～6個(gè)太陽(yáng)半徑范圍內的日冕白光照片。

　　上世紀70年代以來(lái)，隨著(zhù)各類(lèi)科學(xué)衛星上天和空間技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是SOHO衛星上天后，在非日食期間可以觀(guān)測到20個(gè)太陽(yáng)半徑范圍內的日冕，使人們的眼界大大地開(kāi)闊。

　　日冕白光偏振觀(guān)測也是一項重要的內容�？茖W(xué)家在1871年就發(fā)現日冕白光存在偏振光，而且有較高的偏振性，這跟大氣磁場(chǎng)有關(guān)。因此，在日食觀(guān)測時(shí)白光偏振觀(guān)測幾乎是一個(gè)傳統項目，科學(xué)家認為光的偏振可能是日冕大氣中自由電子的“湯姆遜散射”引起的。

　　林雋說(shuō)：“該項觀(guān)測主要研究日冕的偏振方向，偏振隨太陽(yáng)活動(dòng)周期的變化，太陽(yáng)兩個(gè)極區和赤道區偏振的差異，日冕偏振度沿太陽(yáng)半徑方向的變化等，并從觀(guān)測上驗證‘湯姆遜散射’機制，研究日冕高偏振度的精細結構�！�

　　而光譜觀(guān)測需要采用光譜儀器(也稱(chēng)攝譜儀)進(jìn)行，它是將日冕像成在光譜儀的狹縫面上，這樣將只有小部分日冕光從狹縫進(jìn)入光譜儀內，并通過(guò)光柵分光，按不同的波長(cháng)排開(kāi)，形成一條彩色的光譜帶，然后，科學(xué)家們會(huì )將自己感興趣的幾個(gè)波段會(huì )聚成光譜像，并拍攝成照片。

　　由于日冕光度較弱，日冕的光譜觀(guān)測比白光和偏振觀(guān)測要更困難一些。要研究太陽(yáng)日冕內的物理性質(zhì)，如日冕溫度、電子密度、物質(zhì)運動(dòng)速度、化學(xué)組成和元素豐度等，都離不開(kāi)光譜觀(guān)測。

　　“通過(guò)對譜線(xiàn)形狀的測量計算并借助某些理論指導，可以導出日冕內某些重要的物理參數，進(jìn)而推測太陽(yáng)日冕的物理狀態(tài)�？茖W(xué)家通過(guò)日冕光譜研究發(fā)現日冕的溫度高達幾百萬(wàn)度，這是人們難以想象的高溫�！绷蛛h說(shuō)。

　　閃光光譜觀(guān)測是日食中最困難的觀(guān)測項目。太陽(yáng)色球層是太陽(yáng)光球層上面的大氣薄層，厚度僅約2000公里左右，只有當月輪快要把日輪完全掩食完的一瞬間和日輪快要從月輪背后露出的一瞬間，太陽(yáng)色球層才有機會(huì )顯露出來(lái)，僅有十多秒的時(shí)間可以利用。

　　“由于這項觀(guān)測的難度大，成功獲得閃光光譜的日食觀(guān)測資料并不多�！绷蛛h說(shuō)，我國的天文學(xué)家首次取得閃光光譜資料是在1980年云南日全食期間。2008年在我國甘肅日全食中，中科院云南天文臺的天文學(xué)家不但成功觀(guān)測到太陽(yáng)色球的閃光譜，而且得到色球光譜的偏振觀(guān)測資料，這是國外天文學(xué)家多年來(lái)想做而未能成功的項目，因此引起國際上極大的關(guān)注。

　　閃光光譜(包括連續譜)觀(guān)測資料是極其寶貴的，對它的處理和分析研究可獲得太陽(yáng)色球層的大氣模型，即大氣內溫度、密度、速度、化學(xué)元素及豐度等重要物理量隨太陽(yáng)高度的分布情況。

　　2035年再見(jiàn)

　　“從去年開(kāi)始，就陸續有國外的科學(xué)家和我聯(lián)系，想來(lái)中國看這次日全食�！币驗闄C會(huì )十分難得，林雋也早就作好了觀(guān)測的準備，但為了能讓公眾更為科學(xué)地觀(guān)測這次難得的日全食，林雋放棄了去現場(chǎng)的機會(huì )，選擇了在媒體上當嘉賓。

　　“下一次我國境內再能見(jiàn)到日全食則要等到26年后的2035年，還只有西藏等邊遠地區才能看到�！绷蛛h說(shuō)，隨著(zhù)科學(xué)的發(fā)展，天文學(xué)家已經(jīng)完全知道了為什么會(huì )發(fā)生日食，以及每次日食大致過(guò)程是什么樣的。

　　在全食出現前的兩三分鐘里，天光的變化似乎不是逐漸地，而是像坐滑梯一樣突然降了下來(lái)。月亮的影子也像一朵飛云的影子一樣，從西邊迅速地飄了過(guò)來(lái)，又黑又快。

　　林雋認為，全食階段是觀(guān)測中最有意義的。比如，紅色的、比日冕稍亮一點(diǎn)的噴發(fā)日珥，離太陽(yáng)始終很近的水星，還有包括金星在內的幾顆亮星陪伴，都是觀(guān)測中的關(guān)注點(diǎn)。

　　“這一次，水星在太陽(yáng)東面，離開(kāi)太陽(yáng)大約10度——也就是說(shuō)，向前伸開(kāi)你的手臂，大概一拳頭寬的距離。而金星在太陽(yáng)西面大約44度。地平線(xiàn)附近，則似乎是傍晚的景色�！绷蛛h說(shuō)。

　　雖然不能親臨現場(chǎng)，但林雋并不感到太遺憾。

　　“我國天體物理研究水平的進(jìn)步是巨大的，連國外的科學(xué)家都在感嘆，也意識到了中國科學(xué)家的工作是不能忽略的�！绷蛛h表示。

　　“目前，我國非常重視天文學(xué)發(fā)展。比如，正在建設的世界最大單口徑射電望遠鏡FAST，它在國家重大需求方面有重要應用價(jià)值�！绷蛛h認為，天文學(xué)研究在很大程度上依靠觀(guān)測，一旦擁有更為先進(jìn)的觀(guān)測儀器，也就等于比其他國家先行了一步。

　　“日全食很難得，但更為重要的是，可以激發(fā)起一部分青少年對天文的興趣，這對未來(lái)我國天文學(xué)研究?jì)�備人才，意義十分重大�！绷蛛h說(shuō)。

　　《科學(xué)時(shí)報》 (2009-7-22 A3 每周聚焦)