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日全食带来新认识

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新京报 发布时间: 2009-07-26 作者:孙正凡


　　日全食发生的时候，天地暗淡无光；全食期间如同夜晚降临，黑太阳周围围绕着白色的日冕，寻常不得见的水星和金星、冬夜的星空出现在“夜空”，而对于科学家来说，日全食带来的，不仅仅是视觉上的震撼，还会揭露许多宇宙的秘密。

　　在古希腊，亚里士多德通过月食的观测等证据，推断出来大地是个球体，并推断月亮也是球体。公元前190年3月14日，天文学家依巴谷（Hipparchus）发现，日食在他的出生地尼斯（Nice）及附近的达达尼尔海峡都可以看到全食，而在同一经度上的亚历山大城则只能看到太阳直径被遮挡4/5。这说明在两地看月亮，它的视位置是有差异的，就像我们用两只眼睛轮流看放在眼前的手指，它的位置仿佛发生了变化，这在天文学上称为视差。从而依巴谷就知道，两地（相当于两只“眼睛”）对月亮的张角是太阳直径（30角秒）的4/5，这样就得到了一个三角形。利用这个关系，依巴谷根据两地的纬度，计算出来月亮离地球的距离是地球半径的62倍—74倍。这是人类第一次知道了天体的距离，在科学史上是了不起的成就。

　　1869年日全食期间，美国天文学家哈克尼斯（Harkness）在太阳的大气层———日冕的光谱中发现了一条绿色谱线。科学家猜测这可能又是在地球上未发现的一种新元素，因为它存在于日冕中，就用日冕的名字命名了它；但直到上世纪20年代，元素周期表已经被填满，还是找不到它的位置。上世纪30年代初，物理学家鲍恩（Bowen）终于破解了这个谜团。他从理论上指出，这并不是新元素，而是普通元素如铁、钙等剥离掉多个外层电子之后形成，这类谱线在量子物理上被称为“禁线”。日冕气体非常稀薄，但温度却高达百万度，铁原子在这样的高温下失去9个、10个电子，就可以发射这类谱线。

　　这样，通过“神秘元素”揭示出来日冕的一种奇异的性质：如果把太阳比做一个“炉子”的话，按照我们的日常经验，离炉子越远，温度就会越低，但太阳却是一个反常的“炉子”，离开太阳越远，日冕的温度就越高，太阳本体的温度才不到6000度，但日冕的温度高达数百万度，这个“炉子”是怎么把它周围的大气加热到百万度高温的？这个谜团至今仍未得到解决。

　　日冕的亮度只有太阳本体的百万分之一。在地球上，只有发生日全食的时候才能看得到。它呈现银白色，像是太阳的一顶帽子。日冕的形状同太阳活动有关，在太阳活动比较活跃的年份，日冕在各个方向上都有分布，大致呈圆形，而在太阳比较宁静的年份形状比较扁，主要沿着赤道方面分布。由于磁场的存在，日冕呈现丰富的结构，在两极很像磁铁吸附铁屑形成的花纹，在赤道方向则如同被风吹动的羽毛。

　　有些科学家怀疑，从太阳本体喷发产生的磁场如同一条绳索，挟裹能量冲向太空，然后在日冕层中释放，从而将日冕加热到难以想象的高温。但是具体是如何加热的，还没有一致的看法。所以每逢日全食发生的时候，天文学家们总是奔赴每一个可见日全食的地点，目的就是取得日冕的长时间变化资料，希望能够破解这个谜团。

　　□孙正凡（上海 天文学博士）

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何日全食再来？

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新京报 发布时间: 2009-07-26 作者:蔡斯


　　由于长江中下游地区天气情况不是很理想，所以这次号称“历史上观看人数最多的日全食”可能就要落空了。同时，华北、华南的很多人，看到的只是日偏食而已。这张封面照片就是《新知周刊》专栏作者瘦驼在山东烟台拍摄制作的。那么，究竟过多少年，我们可以再看到一次日全食呢？让专业人士来为我们解答这个问题。   

　　22日当天，上海阴云密布，偏食阶段太阳从云缝中偶尔露出头，最壮观的全食阶段却变成了长达五六分钟的“雨夜”———老天爷给上海市民和各地专程赶来的爱好者们开了一个不小的玩笑，在很多其他城市，人们也只能体验到白昼变黑夜的奇景，却无法看到日全食，留下了不小的遗憾。白昼变黑夜，何时它才会再次光临？如果按照一般说法，每隔18年又11.3天就会重复发生一次日食，可为什么我们的经验并没有如此频繁，以至于这次日食被称为“300年一遇”？

　　这个18年又11.3天，说的是沙罗周期规律。早在巴比伦时代，人们就已经将它作为指导日月食观测的重要法则。它与月球的几种运行周期有关：朔望月，月相变化周期，约29.530588天；交点月，月球经过同一黄白交点的时间间隔，约27.21222天；近点月，月球经过近地点的平均周期为27.55455天。沙罗周期就是这几种运动周期的“公倍数”，约等于223个朔望月，242个交点月或239个近点月，也就是6585.32天（18.032年）。

　　换言之，每经过6585.32天，月亮就会处在轨道参数大致相同的交点上，日、月、地三者处在类似的“几何位置”上，所以每隔这么长时间，就会发生一次日食。值得注意的是，其中的0.32意味着每次日食相比于上一次都要向西移动约120度，所以这个预报是针对全球的，对于某一地来说，连续发生两次日全食的机会并不多，看偏食的机会更多一些。

　　从沙罗周期的定义中可以看到，242个交点月与223个朔望月之间约0.32天的差值，使得每过一个沙罗周期，月亮的位置离交点向东偏离0.5度，日、月、地的位置发生了变化。当差别越来越大，超过一定的范围，月球的阴影就不会落在地球上，日食也就不再发生了。所以用沙罗周期预言日食的“有效期”是有限的。以2009年7月22日的日全食为例，我们可以预言，在前后五六百年的时间段里，每向前或者向后推约6585天，就会发生一次相似的日食。1955年，荷兰天文学家范登堡在他的《日月食的周期性与变化规律》中将这样以沙罗周期为间隔的连续发生的日食或月食归为同一系列，称为“沙罗食系”。

　　每个沙罗食系都是从极地附近的一次日偏食开始，逐步发展为日全食，然后在相对的一极重新退化为日偏食，最终结束。一个食系大约持续1226年到1550年，包括69次到87次日食，其中40到60次中心食（全食或环食）。

　　在一个沙罗周期内，平均会发生71次日月食，其中43次为日食，28次为月食。也就是说，任何一时间内，总有约40多个沙罗食系在进行中。对于中国来说，21世纪共可以看到8次日全食，分别是2008、2009、2034、2035、2060、2063、2088、2089年，观测条件比较好的，也只有2035、2089年，到那个时候，我们才能再次感受“白昼变黑夜”的壮美奇观。

　　

　　□蔡斯（上海 科普作家）

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中华读书报　日期： 2009年7月29日   

300年一遇的日全食让我审美疲劳
——2009年7月22日日全食直播节目回顾
■江晓原

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　　这次2009年7月22日的长江流域“大日全食”，因为其全食带非常罕见地经过许多人口稠密的大城市，如重庆、武汉、成都、上海等地，因而万民瞩目，媒体更是全方位进行报导和炒作，顿时将日食变成一场全民的狂欢。这就埋下了电视台大型日全食直播节目遭受恶评的种子——因为公众的胃口已经被吊得极高了。偏偏到了这一天天公不作美，阴云遮蔽了印度、西藏、成都、武汉、上海等处的天空，令人大失所望。

　　为了这次“大日全食”，东方卫视、山西卫视、上海电视台联合中国科学院上海天文台和新浪网，筹备了大型直播节目，我受邀担任直播节目的嘉宾。直播节目从7月22日早上7点40分开始，一直持续到11点20分才结束。谁知这天中午，网上就出现了题为“SMG日全食直播专家雷人语录”的帖子，帖子收集了十几段直播过程中男女主持人和我的“雷人”对话。这些对话给人的印象是，在直播过程中，我和男女主持人“冰火两重天”——主持人竭力营造狂欢气氛，而我却经常泼冷水、煞风景，并纠正主持人的错误。到了第二天，这份“雷人语录”已经在各大热门网站上到处传播，在大量跟帖中，两位主持人备受诟病指责讽刺嘲笑。7月23日上海《新闻晨报》刊登了对我的访谈，在访谈中我为两位主持人表示抱不平，我认为他们工作非常认真，也竭力想将直播搞好，大家不应求全责备。

　　现在回过头来看这次直播节目，确实不能算很成功，但与其用口水板砖发泄对主持人或电视台的不满，不如心平气和地检讨一下原因。我想到如下几点：

　　一、重庆问题。直播节目事先向印度、西藏、武汉、成都等处派出了记者，但因为重庆一向以天阴多雨著称，所以从一开始就没有被考虑，谁知届时上述各处，包括上海本地，都遭遇阴雨天气，只有重庆却在日食过程中一直天晴，这是大大的失算。后来从重庆当地获得了电视图像，却又因为技术上的问题而未能在最应该播出的时刻播出。

　　二、主题问题。本来，在媒体的持续炒作之下，公众对此次“大日全食”已经高度关注，他们的好奇心、时尚感、娱乐欲，都已经被煽动起来，一场欢腾热烈的“科普嘉年华”已经呼之欲出。所以直播节目竭力营造和反映这种狂欢气氛的预设，最初应该说是正确的。但是到日食时几处重要地点都是阴雨，就应该及时转换主题——阴雨必定使期望极高的公众感到大煞风景，狂欢已经不太可能。在这样的情况下，节目仍然按照预设的方案进行，极力要将预想中的狂欢气氛营造出来，那就吃力不讨好了。此时正确的应对，应该是少询问各地群众的情况，而尽可能多提供重庆、安吉等晴朗或多云地区的图像信号，让电视观众好歹能够从电视上将日食看清楚，看完整。

　　三、直播中的谈话问题。由于此次直播要求在东西数千公里长的“前线”上与本部配合，在技术上有相当的难度，电视台和导播、主持人看来都从一开始就将最大的注意力集中到了这个方面，结果就忽略了对日食本身有关方面的注意，所以主持人问出了几个被网友认为很傻的问题。其实我们事先还准备了不少内容，但主持人后来都没来得及问。

　　至于我和男女主持人在情绪和态度上“冰火两重天”，有些网友猜测是因为我不高兴、我嫌主持人太傻、甚至是我“鄙视”主持人等等，这当然完全不是事实。事实上，我和两位主持人相处并无任何不快。

　　但是这次直播过程中，我确实一直没有兴奋的感觉。一方面，我觉得没有必要刻意营造狂欢气氛，再说我也没有义务参与营造气氛，我的任务是提供相对专业的答案、说明或评论，所以应该理性些。另一方面，我之所以在节目中兴奋不起来，是因为关于这次“大日全食”我已经接受了报纸、杂志和电视台的许多次采访，真的是审美疲劳了。这和电视谈话节目中的“过度沟通”有点类似——如果谈话双方都对将要进行的谈话内容了然于心，谈话时就会索然无味。当然，此次这种状态的出现，是电视台和我都无法控制的。

　　最后，顺便说说日食“××年一遇”的问题。关于此次日全食，到底多少年一遇，就有好几种说法。媒体曾问我这些说法有何依据，我的看法是：多半有依据，但是没意义。

　　为什么这样说呢？如果你现在去访问NASA网站，就可以看到那上面已经将前后一万年（公元前3999年到公元6000年）的日食都推算出来了，你只要有耐心，对这些日食加上适当的限制（比如，“全食6分19秒以上”），你就可以弄出各种各样的“××年一遇”，估计想要500年就500年，想要1000年就1000年。

　　如果一定要讲讲“××年一遇”，那我推荐相对比较有意义的一款：根据统计数据，在地球上同一个地点，平均每300年左右可以看到一次日全食。注意这只是统计平均，具体到每次日食，间隔年份可以和300出入颇大。

　　所以，对于此次长江流域的“大日全食”，各地都可以说是“300年一遇”。

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中华读书报　日期： 2009年7月29日   


从上天的训诫到造物主的礼物
——关于日食的科学、历史和文化

■钮卫星

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　　开普勒在1605年说过：“日食是造物主送给我们的礼物”。如果我们真正去理解开普勒的“礼物”的说法，就会明白其意义不在于为爱好者和媒体提供了一个狂欢的理由，而在于它给天文学研究带来了千载难逢的机会。

　　开普勒在1605年说过：“日食是造物主送给我们的礼物。”人们对待2009年7月22日日全食的心情，确实就像在接受一件稀罕的礼物。早在日食发生之前的许多日子里，媒体已经进行了广泛的造势和炒作。观看人口史无前例：200多公里宽的全食带穿过人口稠密的长江流域，将有三亿人可观看日全食；全食时间实属罕见：将近6分钟的全食时间为本世纪最长日全食；日全食的稀罕性也毫无疑问地被着重强调，人们争论的只是在一个固定地方看到一次日全食到底是300年一遇还是500年一遇。

　　在各种媒体的鼓动下，人们的热情也被调动到空前高涨的程度。天文爱好者们纷纷添置精致的器材准备留下精彩瞬间。各种日食观测眼镜热销乃至脱销。交通方便的长江流域大中城市和各处景点吸引来无数国内外追日族，形成了一拨日食旅游的商机。沿全食带飞行的航班也被订满，日食发烧友们要在空中感受更长时间的全食。

　　日食发生的那2个多小时，特别是食甚前后的那5分多钟，观众和媒体把这一日食狂欢节推向了高潮。电视台派出的记者分布在全食带的多个地点，从印度西海岸到西藏亚东、四川成都、重庆、武汉、长沙、浙江安吉，一直到上海的各个角落，伴随着实地记者们激动得有点语无伦次的描述，各地的画面以多窗口的方式呈现在电视屏幕上。观众们足不出户也可以参加这一狂欢。

　　虽然天空不作美，有些地方因为阴雨天气，人们没有能够完整地领略日全食奇观，但2009年7月22日的上午，人们无论是亲身体会还是从电视中观看，都尽情地享受了造物主的礼物带来的奇妙体验。

1

　　然而，日食并不是一开始就被看做是一件来自造物主的礼物，在更长的时间里，它被当做是一种来自上天的训诫。古巴比伦人很早就开始关注日食这种天象了，他们认为日食是上天对人间事务表达不满时发出的一种信号。所以古巴比伦人很勤奋地记录着包括日食在内的各种天象，最终他们在好几个世纪的天象记录中发现了某些天象是周期性出现的，于是发展出了预报天象的方法。现代研究者认为，古巴比伦人或许能够利用18年的沙罗周期来预报月食，但对日食恐怕还不能成功预报。

　　后起的希腊文明从两河流域的古巴比伦文明那里学习到了天文学知识。在希罗多德的《历史》中记载着一次著名的日食。说公元前585年5月28日这天，吕底亚人（Lydians）和米堤亚人（Medes）正在哈律斯河（现土耳其境内）边鏖战，白天突然变成了黑夜，他们都认为这是上天不满他们双方互相残杀、要他们停止战斗的征兆，于是双方缔结了和约。希罗多德还提到米利都的泰勒斯（Thales，约前624—546）曾经预先警告过爱奥尼亚人，在他确定的这个日子里白天会变成黑夜。对于泰勒斯有没有能力预言这样一次日全食，在现代学者们之间是颇有争议的。有人认为他可能利用了古巴比伦星占学家编制的星历表做出的预言，也有人将此仅仅看做是传说。

　　中国古代对日食这种罕见和重大天象的关注程度，丝毫不亚于古巴比伦人。中国古人也把日食看做是上天对人间事务的一种干预，特别地，是对帝王不当行为的一种训诫，所以历代天文学家都非常勤勉地记录着日食这种天象。根据《中国古代天象记录总集》的统计，古代文献中记录的日食共计有1600多条。其中经常被提起的最早日食记载就是所谓的“《书经》日食”。

　　据《尚书·夏书·胤征》记载，夏王朝（2070BC－1600BC）的第四位君主仲康在位时，天文官员“羲和”酗酒误事，废时乱日，致使日食发生时应对失措，救日场面混乱。胤侯前往征讨，作《胤征》。其中提到：

　　乃季秋月朔，辰弗集于房，瞽奏鼓，啬夫驰，庶人走。羲和尸厥官，罔闻知，昏迷于天象，以干先王之诛，《政典》曰：“先时者杀无赦，不及时者杀无赦。”

　　《胤征》篇中记载的内容因为涉及到《尚书》真伪问题，是否可靠，尚有争议。譬如对交食预报的“先时”和“不及时”一般来说在夏代是无从谈起的。但是从《春秋左传》昭公十七年“日有食之”条引《夏书》这条记载并解释为日食以后，古今学者大多认为这是发生了一次日食。

　　先秦文献中保存了不少可靠的日食记录。譬如“《诗经》日食”和“《春秋》日食”。《诗经·小雅》中的“十月之交”篇中同时记载了一次日食和一次月食：

　　十月之交，朔月辛卯。日有食之，……彼月而食，则维其常；此日而食，于何不臧。

　　这里月食被认为是“常”，日食被认为是“不藏”，反映了该诗作者对日食和月食的星占含义是差别对待的。

　　《春秋》中记录了37次日食，宣公（608BC－591BC）以前15次，有7次记明发生在朔日；成公（590BC－573BC）以后22次，全部记明发生在朔日。经用现代天文学方法推算，这37次日食中实际发生的有33次。这些结果说明成公以后的春秋历法对朔的推求已经达到相当准确的程度。

　　以上的“书经日食”和“诗经日食”还为历史年代学研究提供了线索。因为日食是能够比较精确地回推的天象，所以历代有不少学者试图利用这两次上古的日食记载来确定日食发生时对应的历史事件的年代。但是因为推算过程中还存在一些复杂的不确定性因素，所以这两次日食发生的确切年代还没有定论。

2

　　日食被古人当做上天的训诫，但这并不妨碍古代的天文学家努力去窥测天意，试图掌握日食发生的精确规律。但是在汉以前，中国古代应该还没有能力准确预报日食的发生。《京房·日食占》中说：“日之将蚀也，……置盆水庭中，平旦至暮视之。”这段话告诉了我们一种古人观测日食的方法，也透露了当时没有能力精确预报日食发生的时刻，所以要从早到晚守候着。

　　到了西汉，基本上已经把月食看做是一种周期性发生的天象了，对日食则还没有达到规律性的认识。《史记·天官书》中有了“月食始日，五月者六，六月者五，五月复六，六月者一，而五月者五。凡百十三月而复始。故月蚀，常也；日蚀，为不臧也”的记载。虽然这段记载文字有错漏，但可以看出太史令司马迁（约145BC－约87BC）认识到了月食是周期性的天象，而日食却是无规律可循。刘歆（约53BC－23AD）在《三统历》中提出以135月有23次月食，首推月食周期，但尚无日食周期的推算。

　　到两汉时期，对月亮运行规律的认识取得了很大的进步。《淮南子·天文训》中有了月日行度数的概念，事实上等价于恒星月的概念。刘向（约77BC－6BC）在《洪范五行传》中提出“月行九道术”，学者们认为这是对“月行迟疾”的正确认识，也即掌握了近点月的概念。东汉贾逵（30AD－101AD）在论历时也提出：“率一月移故所疾处三度，九岁九道一复。”这些认识，是在秦汉以前的大量实际观测和理论摸索基础上获得的，也为后代历法中定朔的推算和日食的预报做好了准备。

　　要精确预报日食，除了精确掌握月亮的视运动规律之外，还需要精确掌握太阳的视运动规律。中国古代的历法家在很长一段时间里认为太阳的周年视运动是均匀的，一天走一度。而太阳实际上在黄道上的视运动速度有快有慢，这样按照匀速运动就不能准确推算它在黄道上的位置，精确预报日食也就无从谈起。直到北齐张子信发现了太阳周年视运动的不均匀性，然后隋代的历法家才发展出来对太阳周年视运动不均匀的修正表，精确的日食预报才成为可能。

　　于是到了初唐时期，李淳风拿日食预报跟唐太宗赌命的故事才有可能“编造”出来。事出自刘餗的《隋唐嘉话》：

　　太史令李淳风校新历成，奏太阳合日蚀当既，于占不吉。太宗不悦，曰：“日或不蚀，卿将何以自处。”曰：“有如不蚀，则臣请死之。”及期，帝候日于庭，谓淳风曰：“吾放汝与妻子别。”对以尚早一刻，指表影曰：“至此蚀矣。”如言而蚀，不差毫发。

　　真实发生的事件是否如此有戏剧性，暂且不论。但这个故事一定程度上说明了当时历法家预报日食的水平已经大大提高了。

　　古人相信太阳是天子的象征，发生日食是上天对人间天子的训诫，要求其改正行为方面存在的错误。所以明君如唐太宗者，听说会有日食发生，也会不高兴。那么当日食能够进行精确预报之后，日食预报成了最精密的历法推算项目，日食所具有的那种星占含义，是否就失效了呢？答案是：不！

　　且看这样一幅天人互动的生动图景：开元十三年十二月庚戌朔（726年1月8日），唐玄宗正在东封泰山完毕后返回京师的半路上，按照当时历法推算，这天应当发生大食分的日偏食。于是玄宗皇帝在这天不吃饭、不听音乐、不打太阳伞、不穿颜色鲜艳的衣服，如此这般一番做作后，日食居然没有发生。当时跟去封泰山的群臣与八荒君长都“奉寿称庆，肃然神服”。日后被称为一代名相的张九龄当时也上了《贺太阳不亏状》这样的马屁奏章：

　　右今月朔，太史奏太阳亏，据诸家历，皆蚀十分以上，……今朔之辰，应蚀不蚀。陛下闻日有变，斋戒精诚，外宽政刑，内广仁惠，圣德日慎，灾祥自弭。若无表应，何谓大明？臣等不胜感庆之至，谨奉状陈贺以闻。仍望宣付史馆，以垂来裔。

　　唐代大天文学家僧一行认为这次日食没有发生，一定是皇帝的德行感动了上天。因此大唐天子借这次所谓的“日应食不食”又进一步确立了他的崇高威望。

　　一行在《大衍历议·日蚀议》中说：“使日蚀皆不可以常数求，则无以稽历数之疏密。”很多现代作者都引用到这里，以说明一行具有了日食是历法疏密的检验标准这种很有现代“科学”味道的思想，实际上一行还有很重要的后半句：“若皆可以常数求，则无以知政教之休咎。”现在看来，一行的这段话非常典型地表达了他的历学思想，这种思想与现代科学的精神和方法是完全不同的。一行一方面指出可以通过日食预报准确与否来评判一部历法的优劣；另一方面又认为日食是不可能都用规律去求出来的，如果都能用规律把日食求出来，那么上天就失去了对人君的警示或褒奖手段。所以在一行这样的历算大家眼里，对交食的推求显然不是一项纯粹的对自然规律的探索，而是为政治服务的一种手段。

　　现在我们知道开元十三年的日食是确实发生的。这是一次最大食分为0.922的日环食，最大食分时本影落在北纬17.9°、东经34.3°，最大食分发生的时刻是北京时间17:13，当时太阳已经下山。因此这次日食只是不能被中国中原地区的观测者观测到而已。

　　一行对待日食的这种二元论态度是中国古代对待天变的两种态度集合在了一身。一方面，中国古代有一种出自荀子的“天行有常”的思想；另一方面，日食在“神道设教”方面的意义始终在被强调，而且往往是主流。北宋王安石锐意改革，被保守派扣了个“三不足”的帽子，即所谓的“天变不足畏，祖宗不足法，人言不足恤”。熙宁三年（1070年），翰林院要进行一次考试，翰林学士司马光就拟了这样一道“策问”：

　　今之论者或曰：“天地与人，了不相关，薄食、震摇，皆有常数，不足畏忌。……”意者古今异宜，《诗》、《书》陈迹不可尽信耶？将圣人之言，深微高远，非常人所能知，先儒之解或未得其旨耶？愿闻所以辨之。

　　司马光从反对变法的立场出发，要人评论王安石的“三不足”思想。虽然王安石从来也没有公开宣称过这“三不足”思想，但保守派还是抓住这一点对王安石展开思想攻势，把当时出现的种种天变说成是变法招致的天谴。王安石的变法招致众多反对意见，最后失败，这与他对待日食等天变的激进态度，无疑有很大的关系。事实上变法的支持者宋神宗也没敢跨出这一步。

3

　　到了开普勒的时代，文艺复兴运动已向纵深展开，科学革命正如火如荼，日食已经不再被看做是上天的训诫，而是来自造物主的礼物了。然而，如果我们真正去理解开普勒的“礼物”的说法，就会明白其意义不在于为爱好者和媒体提供了一个狂欢的理由，而在于它给天文学研究带来了千载难逢的机会。

　　实际上，科学史上许多关键的发现都与日食有关。1868年8月18日在印度可以观测到一次食长6分多钟的日全食，吸引了全世界很多天文学家前往观测。法国天文学家让桑（J.Janssen,1824-1907）利用这次日食观测了日珥光谱，他发现日珥光谱中有一条橙黄色的发射线。第二天他又把分光镜指向太阳边缘同一位置上，橙黄色明线依然可见。让桑写信向法国科学院报告他的发现。巧合的是，在该年10月底的同一天，法国科学院还收到了英国天文学家洛克耶（J.N.Locky鄄er,1836-1920）报告同样发现的来信。洛克耶进一步证实了这条橙黄线并不对应于已知的任何元素，他认为这是由太阳特有的一种元素产生的，并把它命名为“氦”（Helium），是来自太阳的意思。直到26年后英国化学家雷姆塞（W.Ramsay,1852-1916）终于在地球上找到了这种元素。

　　在1868年的日食观测中，让桑和洛克耶还独立产生了同样的想法：使用一个高分散力的分光镜——能够发散太阳表层即“光球层”的连续光谱但不发散单色的亮线，在不发生日食的时候也能看到日珥光谱中的亮线。这一想法导致了太阳物理天文台的诞生。

　　1869年8月7日日全食的全食带贯穿北美大陆，美国天文学家哈克内斯（W.Harkness,1837-1903）在太阳大气的最外层日冕的光谱中发现一条绿色谱线。在第二年12月22日的日全食中另一位美国天文学家杨（C.A.Young,1834-1908）测定了它的位置，发现这条绿色谱线也不与地球上任何已知的元素相对应。人们设想这是一种只存在于日冕的元素（coronium）所发出。直到72年后的1941年，瑞典分光学家埃德伦(B.Edlen，1906-1993)借助量子力学和恒星大气理论的发展才给出问题的答案：这条谱线不是一种日冕特有元素的产物，而是铁、镍、钙等元素9到14次电离的离子产生的禁线。这些谱线的存在揭示了日冕中有高达百万度量级的电子温度。于是一个难题的解决带来了一个新的难题：什么样的加热机制导致日冕有如此高的温度？为了解决这个难题，此后一个多世纪里发生日全食时对日冕层的测量成为一个重要项目。虽然至今已经有各种各样的日冕理论模型提出来，但日冕模型仍属于争论不休的研究领域。

　　1870年日全食时杨还有一个重要发现。他在食既到生光的一瞬间，观测到太阳反变层的发射线光谱（即色球发射线光谱，一般称闪光谱），只延续一二秒钟，然后就被通常的夫琅和费光谱所代替。这一观测是光谱学上的基尔霍夫定律的直接证明。同时也证实了太阳色球层的存在，其厚度约为2000－3000公里。

4

　　以上这些利用日食取得的进步基本上还都直接与太阳本身的理论有关。近一个世纪以来，日食真正扮演的重要角色或许在于它见证了现代物理学最深刻的一场革命——广义相对论革命。

　　爱因斯坦在1915年完成了他的广义相对论理论。广义相对论把物质存在的空间看做是弯曲的，物质的质量越大，弯曲得就越厉害。爱因斯坦曾经感叹道：上帝为什么不给我们造一个重一点的木星？假如木星足够重的话，就可以很方便地检验掠过木星旁边的恒星星光发生偏折的情况。现在只能求助于太阳，利用日全食时拍摄太阳附近的恒星位置，再等太阳离开该天区后拍摄同一群恒星的位置，然后比较前后两组底片，测量恒星位置的偏离情况，以检验星光的偏折程度。

　　实际上，在牛顿力学的框架内，也能预言星光的偏折。1804年德国慕尼黑天文台的索德纳（Johann　von　Soldner，1766-1833）根据牛顿力学，把光微粒当做有质量的粒子，预言了光线经过太阳边缘时会发生0.875角秒的偏折。但是在19世纪里光的波动说占据上风，索德纳的预言没有被认真对待。到1915年爱因斯坦根据广义相对论计算出太阳边缘星光的偏折度为1.75角秒。

　　孰是孰非，牛顿还是爱因斯坦？只有经过实测来检验。当时正值第一次世界大战各方交战正酣。英国的爱丁顿通过荷兰人了解到了正在德国的爱因斯坦的理论，并对检验广义相对论关于光线弯曲的预言十分感兴趣。爱丁顿出于他的宗教信仰，是个反战派。但拒绝服兵役将会受到劳役的处罚，对他这样一个学界名人进行这样的处罚很不得体。当时对爱丁顿的一个皆大欢喜的处理就是同意他提出来的由他去负责为即将到来的1919年5月29日发生的日全食筹备一个日食远征队。日食到来之时，一战已经结束。英国人实际上为那次日食组织了两个观测远征队，一队到巴西北部的索布拉尔（Sobral）；另一队到非洲几内亚海湾的普林西比岛（Principe）。爱丁顿参加了后一队，但他的运气比较差，普林西比当时原本处在比较干旱的季节，但在日食发生的那天上午下起了暴雨，后来只是在云缝里拍摄了几张食甚时候的星空照片。1919年11月两支观测队的结果被归算出来：索布拉尔观测队的结果是1.98″±0.12″；普林西比队的结果是1.61″±0.30″。1919年11月6日，英国人宣布光线按照爱因斯坦所预言的方式发生偏折。

　　当时的媒体对这一结果做出了剧烈的反应。第二天，历来谨慎的英国《泰晤士报》赫然出现醒目的标题文章：“科学中的革命”，两个副标题是“宇宙新理论”、“牛顿观念的破产”。1919年12月14日《柏林画报》周刊的封面刊登了爱因斯坦的照片，并配上这样的标题说明：“世界历史上的一个新伟人：阿尔伯特·爱因斯坦，他的研究标志着我们自然观念的一次全新革命，堪与哥白尼、开普勒、牛顿比肩。”

　　但在后来的专业研究人员看来，上面的这一宣布是草率的。两支观测队归算出来的最后结果受到了怀疑。天文学家们明白，在检验光线弯曲这样一个复杂的观测中，导致最后结果产生误差的因素很多。在这一次观测中，对昼夜温差导致的底片热胀冷缩、大气扰动的模型变化、底片的成像质量等系统误差因素考虑得不是很周到。所以尽管在媒体和大众眼中，爱因斯坦的广义相对论已经获得了验证，但是在专业人员看来，广义相对论还需要在未来的日食中进行更严格的检验。

　　后来1922年9月21日、1929年5月9日、1936年6月19日、1947年5月20日和1952年2月25日发生日全食时，各国天文学家都组织了检验光线弯曲的观测，公布的结果与广义相对论的预言有的符合较好，有的则不符合。

　　1973年6月30日发生的日全食与1919年5月29日和2009年7月22日的日全食都属于编号为136的沙罗食系。该次全食带横贯非洲大陆，是20世纪全食时间第二长的日全食，并且发生日全食时太阳位于恒星最密集的银河星空背景下，十分有利于对光线偏折进行检验。美国人在毛里塔尼亚的欣盖提沙漠绿洲建造了专门用于观测的绝热小屋，并为提高观测精度作了精心的准备，譬如把暗房和洗底片液保持在20°C、对整个仪器各个部分的温度变化进行监控等等。在拍摄了日食照片后，观测队封存了小屋，用水泥封住了望远镜上的止动销，到11月初再回去拍摄了比较底片。用精心设计的计算程序对所有的观测量进行分析之后，得到太阳边缘处星光的偏折是1.66″±0.18″。这一结果证实广义相对论的预言比牛顿力学的预言更符合观测。

　　被称为“世纪日食”的2009年日全食带来的狂欢已基本尘埃落定。媒体会很快地去追逐新的热点。专业人员将会在日后漫长的日子里去处理观测数据并希望有所新发现。亲身经历了日全食奇观的普通大众将会在脑海里留下那难忘的一幕幕场景。如今人们对日食的敬畏感已经被科学消解殆尽，太阳大气模型这类深奥的科学离开大众又太遥远。当大自然呈现出日全食这样一个特殊天象时，媒体发掘出娱乐，商人看到了商机，大众欣赏到奇观，科学家抓住了难得的观测机会，这些都未尝不是一种可接受的方式，不算愧对了造物主给我们的礼物——毕竟这是一个多元的世界。

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知识窗

“日食”一词源于《诗经》

　刊发时间：2009-07-26 16:07:01　文摘报

　　我国日食观测历史源远流长。据说早在距今近4000年的夏朝仲康时期就有了世界上最早的日食记录。但最早的“日食”一词则见于《诗经》中的《十月之交》。

　　这首262个字的诗开篇八句写道：“十月之交，朔月辛卯，日有食之，亦孔之丑。彼月而微，此日而微。今此下民，亦孔之哀。”意思是说，进入十月，在辛卯这一天发生了日食，这很不好。过去发生过月食，今天又发生日食，天下的老百姓真是可怜。据学者考证，这首诗作于周幽王元年。

　　虽然古人无法科学解释日食现象，把其作为一种不祥之兆，但他们的观察与记录还是准确的。

　　宋代文人姚勉《日食罪言》的长诗，则详实而生动地描写了一次日食发生时的情景。其中有“儿童忽走报，日壁无全规。仓忙出仰视，如月初蛾眉。金乌失焰彩，玉象潜光辉。苍天玳瑁色，列宿争依稀”之句，让读者有身临其境之感。

（《深圳商报》7.21）

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日全食：从恐惧到欢乐

搜狐IT－北京科技报 2009年07月28日14:56


　　7月22日发生的日全食，成了中国送给2009国际天文年最为重要的礼物。它不但是整个21世纪最壮观的一次日全食，也是自1813年至2309年近500年间，在我国境内持续时间最长的一次日全食。

　　本报特派记者跟随北京天文馆日全食观测团奔赴武汉，在武汉日全食观测主会场——汉口江滩公园，现场见证了世纪日全食的观测过程。

　　与前几天的闷热完全不同，22日清晨的武汉空气凉爽，微风习习，薄纱般的云层与太阳娇羞地捉着迷藏，吊得人们心头发痒。

　　尽管离日全食发生还有两个小时，汉口江滩公园已经聚集了大批群众。这里因地处长江边视野开阔，成为武汉日全食观测的最佳地点。

　　除了进场的1000多人外，记者看到，公园视野开阔的地方都站满了人，有的是全家上阵，有的是几代同来，上至70多岁的老人，下到几岁的孩子。除了专业的眼镜和玻璃，还有人拿着叠加的底片、X光胸片、烟熏或者墨汁涂黑的玻璃，以及有人用唱片中央部分做成自制眼镜。整个公园洋溢着节日气氛，其热度不断上升，似乎要超过前几天40℃的高温。

　　一位武汉老年大学摄影协会的老人拿着自制的日全食观测眼镜给记者看，她说：“我今年73岁，今天7点就来了。”比起简陋的观测眼镜，她身上的摄像机颇为专业。

　　为了目睹这次天文奇观，世界各地的众多观测者也在武汉云集。据说光来自日本、欧美等境外的游客就有近3000人。记者在现场看到了法国天文爱好者的观测团体，看到了来自美国费城的摄影师，也看到成群的日本观测者。最有意思的是，在江滩公园派出所的二楼天台，一群外国观测者也摆起了阵势，真可谓是最“安全”的观测者。

　　根据武汉有关方面统计，武汉三镇有30万人在江滩观看日全食，全市观看人数估计超过百万。

　　8时许，初亏开始。9时19分，金灿灿的一根亮线，从云层中醒目地出现，气温从初亏时的34.5℃降到了31.5℃。慢慢地，周围逐渐变得一片漆黑，此时，观测现场的路灯亮起来，周围建筑也开启了夜景照明。从食甚到生光，短短3分钟后，太阳终于露出了原貌，已经开始了复圆过程。由于当天武汉的天空有云，在云和太阳的拉锯战中，人们的心情如同坐上过山车，时而冲上云霄，时而摔到谷底，记者也不记得欢呼和叹气声交替响起了多少回。当日全食刚刚结束时，火辣辣的阳光倾泻下来，温度迅速回升。

　　有备而来的现场观测者被这种罕见的天象震撼了，对于古人来说，由于不知晓日食的发生原理，太阳的突然消失会引发极大的恐惧。

　　在夏朝仲康时代的一个秋天，人们发现头顶的太阳正在逐渐地缩小。面对如此情景，当时朝廷负责监视天象的官员赶紧汇报天子，仲康大帝诏令文武百官，焚香祈祷，等到太阳再次出现，王公大臣们才舒缓了一口气。发生了这么大的事情，作为当时天文官的羲和却荒废职守、烂醉如泥，仲康大帝得知后将其斩首示众。

　　这个故事记录在中国最早的一本历史文献汇编——《尚书》中。虽然记录中没有“日食”二字，但这个故事被认证为中国最早的一次日食记录，其具体时间可能发生在公元前1961年10月26日。

　　“那时候人们对于日食这样的自然天象给不出合理的解释，所以他们需要通过祈祷、祭祀的方法来寻求出路。”著名民俗专家、北京师范大学教授万建中告诉《北京科技报》，在古代人们认为是太阳带来的光明，如果光明没了，生命也要很快结束。太阳给大地带来光照、能源，是人们生产作息的保证，所以古人崇拜太阳。一旦出现日食，就会认为太阳要蒙难，人们便会用各种各样的仪式来“呼唤”太阳。

　　后来，人们从经验上知道日食发生的时间很短，太阳不会永远被“食”，但仍然认为日食是老天对人间的“严正警告”。

　　类似的事件在国外的史书中也有记载。

　　公元前6世纪到公元前7世纪，伊朗高原上强盛的米底王国向西进兵小亚细亚，遇到吕底亚王国的顽强抵抗，两国发生了5年的战争。一天，两军对阵沙场，士兵们突然发现，一个黑影开始侵蚀太阳，很快，大地一片漆黑，昏暗的天空中还出现了闪耀的星星。士兵们惊得目瞪口呆，停止了厮杀。没过多久，太阳重新出现。但双方军队都认为这是上天对战争发出的警告。于是，一场持久的战争，就这样因为日全食而化干戈为玉帛。

　　这个故事记载在古希腊历史学家希罗多德的著作《希波战争史》中。据说，著名学者泰勒斯预知这次日全食后，打算利用当时人们对日食的恐惧心理来消除战祸。

　　“日食是比较少见的天文奇观，一旦出现便容易让人们产生两种极端的心理，一种是恐惧、一种是欣喜，日食发生的时候，这两种心理甚至是互相交织的。”万建中说，人们会对这种奇特的现象产生敬畏，使得人们心理起伏变大。

　　虽然人类对于大自然的认识在不断地加深，但人群中依然保留下一些关于日食的文化现象。

　　万建中说，人们在日食期间的一些行为，仅仅认为是迷信所致，也是不完全对的。现代人即使知道日食发生后不会产生危险，但仍然保持着过去的传统。原因就在于这些形式的活动是古时祭祀、祈祷仪式的延续，可以说是一种特殊的民俗文化。这种民俗文化带有强烈传承的惯性，不是说大家的科学知识多了就能完全去除的。

　　负责中科院紫金山天文台日全食观测项目的首席科学家季海生告诉记者，虽然他们早在7月15日就于上方山开始了科普宣传工作，但还是有很多人依旧很迷信。尤其是日食引发地震的谣言在人群中最为流行。一些人拿去年在新疆地区观测到的日全食与汶川地震联系到一起，引起不少人的担心。

　　据了解，20世纪中国境内一共观测到7次日全食、8次日环食和1次混合型日食（全食过程中带有环食现象），总计16次。20世纪中国境内一共发生过7次8级以上地震，但没有一次发生在日全食或者日环食的当年。

　　就全球而言，每一年多则有5次日食，最少也有2次。整个20世纪，就发生了228次日食，其中包括73次日全食和71次日环食，平均每年2.3次。但并没有数据证明发生日食就会引发地震。唯一的例外就是2008年中国境内出现过1次日全食，同年的5月12日发生了汶川大地震，但这仅仅属于巧合，其中没有任何内在的联系。

　　中国地质大学孙进忠教授告诉《北京科技报》，太阳对地球的引力不但可以引起地球表面流体的潮汐（如海潮、大气潮），还能引起地球固体部分的周期性形变，即引起固体潮，这也是地球运动的一个力量来源之一。发生日食时，因为太阳、月球和地球处于一条直线上出现了非常规的运动变化，在万有引力的作用下，会对地球的运动带来一定的影响，地壳有可能发生一定的变形和位移。但是这个变形和位移的幅度一般都很小，并不足以让地球发生剧烈地震。

　　“对于我们这些专门从事天文学研究的人员来说，这次的日全食不仅可以让人们对自然科学知识了解的更多，也是一次进行天文观测的最好时机。”季海生说，由于日食带绝大部分时候穿越大海、荒无人烟的高山和沙漠地带，加上天气的影响，真正能够被成功科学观测的日全食比较少。

　　紫金山天文台相关研究人员告诉记者，虽然我国保存有世界上最古老、最系统的日食记录。但是由于科学水平的限制，真正的科学观测从1936年6月19日才开始，当时日全食带经过前苏联伯力和日本北海道，我国天文工作者联合组织了两个日食观测队，分别前往伯力和北海道进行科学观测，北海道观测队成功拍摄了日冕照片，并拍摄到关键时段的日食影片。

　　1968年9月22日我国新疆西部发生日全食，紫金山天文台利用射电望远镜成功观测到正负极性黑子相反的偏振属性。1980年2月16日（恰好是春节）在我国云贵地区发生日全食时，紫金山天文台成功观测到闪光谱，证认出一千多条色球谱线，其中有很多的谱线是第一次被证认出。

　　2008年8月1日的日全食是本世纪发生在我国的首次日全食，全食带分布在我国新疆、甘肃、陕西等西北地区。紫金山天文台成功进行了闪光谱、日冕光谱、射电流量和水内星寻找的观测。

　　但是今年这次日全食是进行科学观测的良好机会，由于中国东部地区的见食时间长达6分多钟，美国、俄罗斯、法国、印度、波兰、乌克兰和韩国等多个国家的科学家都在中国进行科学观测活动。

　　“为了进行本次观测，印度方面空运来两吨的仪器。”季海生说，紫金山天文台、南京大学天文系和中国科技大学地球和空间科学学院合作，沿全食带地区布置了15个观测点，“连成”一条“夸父逐日”线。

　　季海生认为，观测日全食具有重要的科学意义，在1868年8月18日的日全食观测中，法国的天文学家让桑拍摄了日饵的光谱，发现了一种新的元素“氦”。另外，历史上也曾有利用日全食机会测定星光从太阳附近通过时的弯曲情况，从而验证了广义相对论。

　　中科院紫金山天文台研究员王思潮表示，日食的发生不仅可预告未来，还能较精确地反推过去出现的时刻，它是破解历史年代谜案的“定时器”。在我国古代的夏、商、周时期，由于历史久远，缺乏精确的文字记录。日食就像是一座相当精确的历史时钟，可以帮助人们确定一些历史事件的时间。而现在，太阳上依旧拥有众多的未解之谜。

　　赶在本世纪最长日食吸引全球眼球的时刻，国际天文联合会日食组主席、美国马里兰州威廉斯学院天文学教授热·帕萨乔夫（Jay M. Pasachoff）在近期的《自然》杂志上发表了一篇关于日食研究的文章。

　　文中介绍，最初科学家们关注日食现象，仅仅是为了把握难得一见的天象，进行泛泛的科学探索，并没有特定的研究目的。接着一系列的重大发现从日食中显影，日食作为研究日冕的绝佳时期，正是帕萨乔夫这次来中国看日食的科研重点。

　　帕萨乔夫介绍到，虽然月亮正在远离太阳，但是远离的速度还能让我们的子孙后代在未来6亿年内继续享有观测日食的权利。而说得更近一点儿，未来的几十年内，地面观测日食获得的科学数据将为科研做出独特贡献，这是太空探测无法取代的。科研手段的进步肯定会让宇宙飞船更加接近太阳，太阳望远镜也会有更好的性能来完全取代地面观测，但是至少目前，只有日全食投射带内的科学家和普通观测者才有这份荣幸欣赏日食的美丽。

　　7月22日的日全食对于普通天文爱好者来说无疑是一次天象盛宴。古人对于罕见天象的恐惧如今在人群中已不多见，取而代之的是“追日者”的不断涌现。

　　由于天气的原因，四川大学物理系的大一女生孙萌并没有很好地观测到这次日全食。“反正我年轻，未来我决定出国留学，日全食在全世界并不罕见，一有机会我就会再次追逐梦想。”她握了握拳头，在记者面前坚定地说。

　　记者看到，日全食结束后，更多人脸上流露出满意的微笑。北京的王女士说：“我从21日就担心要下雨，现在能看到整个过程已经很荣幸，比起那些看不见日食的地方，我觉得很开心了。”“是啊。”同来的朱女士深有同感，“人生有这样的一次经历已经很美好，就让它留点遗憾、留点期待不是更美好吗？重要的是现场氛围让我感动。”

　　旁边的霍先生仰望苍穹说道：“当太阳再次出现时，我感受到光明的洗礼，这个时候，我觉得太阳真是太伟大了。几百年一遇的奇观，我们能看到，可以说不虚此行。”

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