横跨全美壮观日全食即将上演

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013年日全食全纪录,顺序是从右往左,中间是食甚时刻,太阳被月球完全遮挡
  
当地时间8月21日北美日全食的观测区域示意图。中间深色区域为全食带,周围区域能够观测到日偏食,百分比表示偏食程度
  
日全食期间拍摄的太阳日冕结构。日全食的发生在历史上为人类认识太阳的本质提供了重要的机遇,在整个人类自然科学的发展过程中也占有重要的地位

新浪科技讯,美国当地时间2017年8月21日,北京时间22日凌晨,在北美为中心的大片区域,只要天气状况允许,人们将有幸目睹一次壮观的日全食事件。此次日全食在世界引发的关注度远超以往,主要是因为此次日食的最佳观测带恰好覆盖了人口稠密且经济、科技与传媒高度发达的北美地区,从美国西北部俄勒冈州的林肯海滩(Lincoln Beach)开始,一路向东南方向,一直到南卡罗来纳州的查尔斯顿(Charleston)。世界各地将有大量“追日族”飞往美国进行观测,在一些最佳观测位置附近的酒店等设施已经出现供应紧张。上一次像这样横跨整个美国的日全食还要追溯到1918年。

      新浪科技将直播此次日全食,带你直击壮观全程,直播将于8月21日23:30分开启,直播链接:http://live.sina.com.cn/zt/l/v/tech/2017eclipse/

  日食究竟是如何发生的?

简单来说,日食的发生是由于月球从地球与太阳之间经过,三个天体大体处在同一条直线上,因此月球会遮挡部分或全部的日面,形成日食,整个日食过程从开始到结束最长可以达到3小时左右。而此次日食过程中,月球完全遮挡日面,也就是日全食的持续时间大约是2分40秒左右,而上一次在美国大陆本土发生日全食还要追溯到1979年。

如图所示,当月球遮挡太阳时,会朝地球方向投射一个阴影区并扫过地球表面。这个阴影区可以分为两个部分,较外侧的区域称为半影区,在半影区内的观察者会看到月球遮挡部分日面,形成日偏食;而月球阴影的核心部分被称为本影。在本影区内的观察者会看到月球完全遮挡太阳,形成日全食。但是如图所示的那样,由于月球很小,且距离地球仍然有一段距离,因此其投射的本影区在地球表面扫过的区域宽度相当窄,只有很少一部分地区的人能够有幸观察到日全食现象。

  日全食的不同阶段:

1、初亏:由于月球在天空中自西向东的视运动速度要比太阳的视运动速度更快一些,因此从地球上看去,月球会从西侧逐渐“追上”太阳。也因此,当日食发生时,地球上的观察者会看到月球从西侧逐渐接触太阳的西侧边缘,这一阶段是日食的开始,被称作初亏。

2、食既:初亏之后就是日偏食阶段,持续最长可以有一小时左右,在此阶段月球相对太阳继续向东运行,遮蔽越来越多的日面,地球上的观察者们会感觉天空越来越暗,温度会有较为明显的下降。这一过程一直持续,最终月球东部边缘终于触碰到太阳的东部边缘,整个太阳都被月球遮蔽,天空陷入完全黑暗,真正的日全食开始了。而在太阳被完全遮蔽之前,日面最东侧还残留最后一缕阳光的时候,会形成耀眼的“贝利珠”现象,这是阳光从月球表面崎岖不平的山谷间穿过时形成的。这一阶段被称为“食既”,“既”字有“完成”的意思,顾名思义,此时月球变身的“大天狗”已经完成了对平常光芒万丈的太阳的“吞食”。

3、食甚:理论上说这是日全食的最高潮时刻,其意义是月球圆面中心与太阳圆面的中心两者基本重合,但相比其他几个时刻,食甚时刻难以被区分出来。

4、生光:月球视运动继续向东,当月面的西侧边缘逐渐离开太阳西侧边缘的一瞬间,或者说月球西侧边缘与太阳西侧边缘内切的时刻,被遮蔽的阳光将再次闪耀,在日面西侧再次出现“贝利珠”现象,它宣告了日全食阶段的结束。

5、复圆:这是整个日食观测的最终章。随着月球继续东行,太阳逐渐恢复耀眼夺目,整个日食过程全部结束。

  在哪里观测这次日全食?

这次日食的观测区域覆盖的人口量相当可观。除了全食带跨越美国境内14个州之外,实际上整个北美洲,加上南美洲一部分以及欧洲和部分非洲地区都至少可以看到日偏食。当然,距离全食带越远,所能看到的偏食程度越小,太阳被遮住的区域也就越小。

当然,如果你想要观测日全食的话,那你必须身处全食带才可以。本次日全食的本影区宽度大约70英里(约112公里),从美国西海岸向东南方向一直延伸到东海岸。北美大陆最先能够目睹日食美景(初亏)的地点应该是在美国西北部的俄勒冈州林肯海滩,时间是当地时间8月21日上午9:05(北京时间8月22日凌晨00:05),在林肯海滩,月球完全遮蔽太阳(食既),日全食开始的时刻大约是当地时间上午10:16(北京时间8月22日凌晨1:16)。

在接下来的一个半小时内,全食带将迅速穿越美国俄勒冈,爱达荷,怀俄明,蒙大拿,内布拉斯加,艾奥瓦,堪萨斯,密苏里,伊利诺伊,肯塔基,田纳西,佐治亚以及北卡罗来纳和南卡罗莱纳州部分地区。一直到南卡罗莱纳州查尔斯顿附近进入大西洋洋面,时间是当地时间11日下午14:48(北京时间22日凌晨02:48),而日全食持续时间最长的地点预计是在美国伊利诺伊州的卡邦达尔(Carbondale),此处太阳被完全遮蔽的时间将达2分40秒。

  日全食观测背后的科学价值

日全食的发生在历史上为人类认识太阳的本质提供了重要的机遇,在整个人类自然科学的发展过程中也占有重要的地位。

太阳最外层的大气结构是日冕,这是一个异常高温区域,比底层大气高出上百万度。但由于这一区域物质密度很小,日冕层的亮度很低,平常是完全无法被观测到的。而日全食遮蔽了太阳本体,从而能够有效暴露出日冕,人类对于太阳日冕结构最早的观察就来自日全食期间。

在早已研制出人工日冕仪的今天,科学家们能够使用这种特殊仪器在望远镜视野中人为地遮蔽日面,创设出一种类似日全食的效果,从而对太阳日冕进行观察,目前这项技术早已得到广泛应用于地面和空间望远镜中。但即便如此,人工日冕仪所提供的视野仍然无法完全替代日全食,换句话说,月球是比人工技术好得多的天然日冕仪,它能够让科学家们获取太阳日冕结构的最完整,最精细的结构观测。

另外,在历史上,爱因斯坦广义相对论的验证离不开英国科学家艾丁顿对日全食的观测。爱因斯坦在1915年提出的广义相对论预言了在引力场中光线的弯曲性质,但这一空前的颠覆性思想需要得到观测的检验。

利用1919年5月在非洲几内亚湾普林西比岛上进行的一次日全食观测,爱丁顿确认在日全食发生时,可以观察到太阳附近的恒星位置与星图标注发生了变化,且变化量与爱因斯坦理论的预测值相符,从而证明了爱因斯坦理论的正确性,让爱因斯坦名扬天下。爱因斯坦与爱丁顿的故事早已成为世界科学史上超越国界,超越敌对国家关系的一段佳话。

事实上,在这次北美日全食期间,也有一些业余爱好者和专业的科学家打算重复去做爱丁顿当年的工作,并利用当前的技术进步,让这一观测精度大大提升。而美国宇航局和整个西方科学界也将调用空前的专业设备,从地面,飞机上,气球上,以及太空的大批观测设备在日全食期间对太阳进行前所未有的全方位观测。

关于日食的几条常见误解

从人类有文字书写历史的最早期便出现了对日食事件的记载,可见人类祖先在很早就已经注意到了日食现象。随着我们对于自然规律的认识不断加深,我们早已了解日食发生的本质并能够进行非常精确的预测。尽管很多曾经的错误观念都已经得到了科学的修正,但实际上一些常见的误解仍然存在。

  问题一:日全食会产生有害射线损害眼睛?

当日全食发生时,月球会完全遮蔽太阳,从而暴露出平日里见不到的壮观日冕,日冕发出的仅仅是常规的太阳电磁辐射,科学家们对这种辐射已经开展了几个世纪的研究。尽管日冕温度很高,但由于物质稀薄,其亮度要比太阳本身低100万倍,这样的情况下,再加上太阳与地球相距1.5亿千米,还要穿过地球厚厚的大气层,说要损害我们的眼睛完全是站不住脚的。当然,如果你在太阳还没有被完全遮蔽之前用肉眼直接去观察太阳,那是很有可能造成视网膜损坏的,但这与日全食一点关系都没有!

  问题二:如果正在怀孕就不能看日食,因为那会损伤肚里的宝宝?

事实:这个谣言与第一条有“异曲同工之妙”,都是说日全食的时候可能会产生某种有害的射线,但这是错误的。前面已经说到,日全食期间太阳产生的电磁辐射不会对人体造成任何伤害。而如果要更加深究,的确有一种来自太阳的粒子会不断穿过我们的身体。这就是太阳内部核反应过程中产生的中微子。中微子能够任意穿过几乎任何物体而不受阻挡,包括你和我的身体,甚至是月球,整个地球或者太阳在它面前都基本是透明的。事实上,此时此刻,每一秒钟都有数以万亿计来自太阳的中微子穿过你的身体——不管白天还是晚上,因为中微子根本不在乎晚上有整个地球为你阻挡。尽管如此,你完全不会有任何感觉,任何人都不会有任何感觉,而且中微子是每时每刻都存在的,与日全食无关。

  问题三:日全食是不祥之兆?

这个谣言有点像说彗星是不祥之兆的太阳版本,很多人还能够举出很多例子,某某灾难发生在彗星出现的夜晚,或是日食发生的那天。在心理学上,这种情况被称作“确认偏差”,意思是我们常常会选择性地回忆或记下一些事件或细节,而去忽略那些不利或与自身信念矛盾的证据或事实,从而来支持自己的片面想法。

事实是,没有任何证据表明人类历史上的厄运或大灾与彗星或者日食之间存在相关性。

  问题四:在地球南北两极是永远不会发生日全食的?

从天文角度看,地球南北两极相比其他地区并没有什么特殊性。比如地球北极地区上一次发生日全食就是在2015年3月20日,当时全食带直接穿越了北极点,而且当时正值春分时节!而在地球南极,上一次出现日全食是在2003年的11月23日。

  问题五:每次日全食的时候是否都可以观察到壮观的日冕?

人们很习惯于将当前的现象想象为理所当然,但具体在太阳这个问题上,这种观点很有可能是错误的。比如我们习惯性认为太阳会很有规律的遵循11年活动周期,我们还将它写进了教科书。但是我们也知道在历史上出现过多次不遵循这一周期的异常现象,比如在18世纪出现的所谓“蒙德极小期”,太阳的11年周期似乎消失了。

在古希腊的文献中,科学家们发现了多次对于日全食的记载。但是令人感到奇怪的是,在这些记录中,几乎没有或者极少提到日全食发生时观察到明显的日冕现象。

一直要等到1715年5月3日,英国著名天文学家哈雷对当时那次日全食的记录中,才出现了最早对于日冕的描述。这是否暗示太阳在此前1000多年里都是没有明显日冕结构的?我们不知道这个问题的答案,或许永远也不会知道。(晨风)

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责任编辑:于会莹
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