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。尤其是當日全食發生的時候，白晝在頃刻間變成黑夜的場景更是讓人不禁顫栗。《詩經·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·胤征》中所記載的夏朝御用天文學家羲和酗酒誤事未預報日食而被殺頭的故事。

　　時間到了近、現代，日食已經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家而言，它的“娛樂”意義和科學意義倒是有增無減。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年來持續時間最長的日全食，最長持續時間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，當時最長持續了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，接著途經蘇州、杭州，最后從上海出境。月影在中國境內的行程大約歷時25分鐘，其日食帶中心線會從上海的南邊經過，這意味著在那里可以看到長達5分56秒的日全食。之后日全食帶會經過日本的一些島嶼，最后在太平洋上出現持續時間最長達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。

　　在日全食發生的過程中，月球會逐漸地遮擋太陽。在日全食發生前那一刻，也就是太陽即將被月亮擋住的那一瞬間，日面的邊緣會出現一串猶如珍珠一般奪目的亮點。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，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一個淡紅色的光圈，這就是它的色球層。如果運氣好，還能看到從太陽表面伸出的長達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。這也正是那些現代“夸父”不遠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減光措施的望遠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生日全食？這一切都要歸功于太陽和月亮的“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，不是衛星太小無法遮擋住整個太陽，就是衛星太大可以擋住好幾個太陽。難道這純屬巧合？

　　絕大部分天文學家的觀點是肯定的。但這些數字背后也許還隱藏著不為人知的一些“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吸積到自己的周圍，形成一個扁平的物質盤。在其中會孕育出衛星，這些衛星一般個頭較大，且靠近行星。木星的四顆“伽利略”衛星就是這一類“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動的小天體轉而就會被行星的引力“囚禁”住。這樣形成的衛星通常比較小，且距離行星較遠。火星的兩顆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系中唯一擁有兩顆天然衛星的類地行星。

　　在日全食開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說實在太大了，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，地球在繞其自轉軸轉動的同時地軸也會發生擺動。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說則是至關重要的。

　　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”地遮擋住整個太陽。而對于幾億年之后的地球居民來說，由于月球已經變得太“小”，因此不會再有日全食發生。

　　我們看起來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家而言還是天賜良機。氦元素就有借此發現的。對于地球上的天文學家來說，由于大氣對陽光強烈的散射作用，因此只有在日全食發生和結束的片刻才能看到太陽的色球層和日冕。1868年法國天文學家讓森在印度發生日全食之際拍攝了太陽色球層的光譜。其中出現了一條明亮的黃色譜線。經過詳細地認證，英國天文學家洛克耶排除了這條譜線來自已知元素的可能，并且將產生這一譜線的元素命名為“氦”。到了1895年化學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現的元素。

　　此外，在1868年和1869年的日全食過程中，天文學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，產生這一綠色譜線的元素被命名成了“氪”。在這之后，又陸續在日冕中發現了不同的譜線，證認這些譜線就成為了天文學家的重要課題。1939年瑞典天文學家愛德蘭發現，氪的譜線其實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，其實卻帶來了一個更大的麻煩。要產生高度電離的鐵原子就必須要達到上百萬度的高溫。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有了一些新的解釋，但它仍然是21世紀的天體物理學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。首先是水星近日點的進動。在廣義相對論中水星的近日點（水星最靠近太陽的一點）會比在牛頓力學下每世紀多進動43個角秒。這一現象早在廣義相對論發表之前就已經被天文學家觀測到了，因此并不能做為令人信服的檢驗。其次，愛因斯坦預言，當光掠過太陽時，由于太陽造成的時空彎曲會導致的光線發生偏折。但這一預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會遠征隊對當年發生在非洲的日全食進行了觀測，證實了愛因斯坦的預言。

　　其實這并不是故事的全部。早在1914年就有人想在俄羅斯境內發生日全食的時候來檢驗愛因斯坦的廣義相對論，但是由于第一次世界大戰的爆發而沒有成行。巧的是，當時愛因斯坦的預言和后來的差了2倍。如果當時的日全食遠征隊成功地進行了觀測，那么愛因斯坦后來修改過的計算結果也許就會被視為“補丁”而非原創性的工作。但不管怎樣，愛因斯坦事后曾經被問及，如果他的預言被證明是錯的，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。