首页 > 冷门知识 > 关键词:冷门知识  日期:2022-06-10 20:11:01

什么是日食,天文学家为什么热衷于研究日食

天文学家经常会跑到世界上任何即将出现日食的地方,哪怕路途遥远又艰险。为了研究日食,他们也无所畏惧。比如说,1936年6月19日,只有在俄国境内才能看到日全食,于是,世界上有10个国家的70位科学家,不远万里来到俄国,就是想看一下历时两分钟的日全食。其中,有4个远征队正好碰到阴天,并没有看到,最终抱憾而归。那时,俄国投入了很多人力、物力,组织了30个远征队。即便在第二次世界大战期间,在那么恶劣的战争环境下,俄国仍然组织了远征队到可以观测到日食的地方。1941年,在拉多加湖到阿拉木图一带会看到日食,俄国的天文学家分布在全食带的整个沿线进行了观测。1947年5月20日,出现在巴西的日食,俄国也派了远征队去观测。天文学家如此热衷于研究日食,是因为日食的发生频率非常低。

那么,什么是日食呢?有时候,日面会被月面遮挡而变暗,甚至完全消失,这种现象就是日食。月球投影到地球上的范围就是可以看到日食的“日全食地带”,它只有不到300千米。而且,在地球上的同一个地点出现两次日食的时间间隔为二三百年。再加上日食时间很短,所以,想跟日食尤其是日全食打个照面,并不是那么容易的。

当月球把太阳遮挡住时,拖在它后面的锥形长影正好到达地面,这时,月球到地球的距离跟太阳到地球的距离之比等于月球的直径跟太阳的直径之比。在这个条件下,在月影锥尖划过的地方就会看见日食,如图所示。如果从月影的平均长度看,我们根本不可能看到日全食,这是因为,月影的平均长度比月球到地球的平均距离小一些。幸运的是,月球绕地球旋转的轨道是一个椭圆形,它离地球最近的时候是356900千米,最远的时候是399100千米,二者差了42200千米。所以,月影的长度才有可能比月球到地球的距离大,我们也才能够观赏到日全食。

图在月影的锥尖划过的地方能够看见日食。

天文学家们为什么对日食那么狂热呢?

其中,很重要的一点就是,日全食可以为我们提供很多珍贵数据和研究机会。

(1)观察“反变层”的光谱。日常情况下,太阳光谱是一条带有许多暗线的明亮谱带,而在日食时,在太阳被月亮完全遮挡的几秒时间里,太阳光谱会变成一条有许多明线的暗谱带,这时的吸收光谱变成了发射光谱。我们常把发射光谱称为闪光谱,科学家常用它来判断太阳表层的性质。日食时,我们可以清晰地看到这种闪光谱,这对于研究太阳外层的性质很有帮助,所以,对天文学家来说,每次日食都是千载难逢的好机会。

(2)研究日冕。只有在日全食的时候,才会看到日冕。在太阳外层上有一块像火一样的凸出物,称为日珥。这时,在日珥周围的黑色月面上,日冕会表现为五角星状,中心是黑暗的月面。根据太阳活动的大小,日冕的形状也会不断变化。在太阳活动的极大年,日冕会接近圆形;而在太阳活动的极小年,它是椭圆形。如图所示,日食时,我们可以看到不同大小、各种形状的珠光,有时候甚至比太阳的直径还要长很多倍。1936年发生过一次日食,当时人们看到的日冕非常亮,比满月还要亮,珠光的长度至少是太阳直径@的3倍,有些甚至更长,这是很难见到的奇观。

图日全食时,黑色月面周围的日冕。

迄今为止,科学家们对日冕的性质一直没有下定论。所以,日食时,他们不得不拍下它的照片,边研究它的亮度和光谱,边研究它的构造。

(3)验证一般相对论在推论天体位置时的正确性。根据一般相对论,星光在经过太阳时会因为受到太阳的强大引力而偏离原来的位置,别的天体也会发生相应的移动,如图所示。对于这一点,目前只能在日全食时验证。但到今天为止,仍然无法证实上面的推论。

图相对论的推论之一。光线在太阳的引力作用下会偏离原来的位置。按照相对论,站在点T的人看到星光是沿E′FDT射来,实际上是沿着EFDT射来的。图中的C指太阳,如果没有它的引力,星光就会沿直线EF射向地球。

除了上面的3点,日全食还具有很高的艺术观赏价值。俄国作家柯罗连科写过一本描写日全食的书,记录的是1887年8月,作者在伏尔加河岸的尤里耶韦茨城看到的日全食,下面我们摘引其中的一段:

“太阳隐入一朵巨大的朦胧的斑状云中,当它从云里钻出来时,已经少了一块……

这时,空中好像出现了一片烟雾,刺眼的光芒也变柔和了,我甚至能用肉眼直接看它。周围是那么的安静,我都可以听到自己的呼吸声。不知不觉,半个小时过去了。天空的颜色并没有什么变化,悬在高空弯弯的太阳又被浮云遮挡住了。很多年轻人变得非常兴奋。老人们则发出声声叹息,有人甚至发出像牙疼一样哼哼的声音。

天色黯淡了下来。在暗色的光照下,人群变得惊惶起来,河上的轮船已看不清轮廓。光线越来越暗,就像进入了黄昏。景色越来越模糊,草也不再是绿色,远处的山看上去飘忽不定。

太阳变得越来越弯了,但是,我们依然觉得这是一个有些黯淡的白天。这时,我想到了那些关于日食的说法,他们说天色会变得一片黑暗,这未免有些夸张。现在,太阳变得只有一小条,我想,如果没了这一小条,世界真的会陷入黑暗吗?

突然,那一小条没了。瞬间,整个大地被浓重的黑暗笼罩了。我看到从南面蹿出来大片阴影,它很快便把山冈、河流和田野全笼罩了,就好像一条巨大的被单。这时,跟我一样站在岸边的人都变得鸦雀无声。人群也成了密实的黑影……

这跟夜晚可不一样,没有月光,当然也没有树影。空中好像垂下来一张非常稀薄的网,好像还有一些细细的灰尘撒向大地。在一侧的天空中,好像闪烁着一些微光,为大地拨开了一点点黑暗。这时的空中乌云密布,好像里面正在进行猛烈的争斗……在黑暗的幕后,露出了一些变幻的光亮,使得那些景色活了过来。太阳就像被什么东西抓住了,被拽着在天空奔跑。云也像受了惊吓,在空中胡乱逃窜。”

相信大家都听说过人工日食,就是在望远镜中放一个不透明的圆片,把太阳遮住,看上去就像日食一样。所以,你可能会认为,既然可以人工形成日食,为什么还要花那么大的人力物力去观测自然界的日食呢?实际上,人工日食是无法替代自然界的日食的。太阳光线在到达地面之前会先穿越大气层,并产生漫射,这才使我们看到蔚蓝色的天空。虽然人工日食也可以遮挡照射过来的阳光,但是,周围仍然存在漫射光线。而在自然界,月球比大气边界远了数千倍,这一屏障可以阻挡太阳光线照向地球,所以,发生日食的时候,是没有漫射光线的。当然,从严格意义上来说,并不是一点漫射现象也没有,但漫射而来的光线量非常少,只有一点点进入了暗影区,所以,日全食时,天空并不是完全漆黑。

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