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XVI:“日全食”为何如此重要?

 星光闪亮图书馆 2019-01-29

引言:在观测技术如此发达的今天,为何世界各地的科研人还依然愿意赶赴全食带对日全食进行观测呢?


知识点I:太阳大气结构

通常情况目视可见的太阳表面被称为光球。但更多时候会把光球层认为是太阳最底部的大气。光球之上是色球,色球之上是日冕。光球是半透明的,大约有300千米厚,表面温度大约为6000℃,最低温度也有4300℃。

光球层有着非常丰富的太阳活动,最为人们所熟知的就是太阳黑子,它是太阳光球上的一个类似旋涡的结构,由于温度比周围更低上1000度左右,所以看上去是黑色的。然而光球之上的大气结构就只有日全食的时候才能看见了。

 

 太阳外层结构


知识点II:日全食的过程

月球自西向东运行,所以在我们北半球看来,日全食的过程就是月球从右到左把太阳给遮挡了。整个日食过程主要有5个重要时刻:初亏、食既、食甚、生光、复圆。

初亏:日面的西边缘与月面的东边缘外切,太阳的右边会出现一个黑影,随后月亮逐渐向内侵蚀太阳。

食既:日面的东边缘与月面的东边缘内切,太阳被完全遮挡既然的既,意思就是“刚刚吃完”。这时候月面左侧会出现贝利珠的现象,全食阶段真正到来了。

食甚:月球视圆面中心与太阳视圆面中心距离最近,食分最大,但是肉眼无法辨别这一时刻。

生光:月面的西边缘与太阳的西边缘内切,太阳光又重新照射到地球上,全食宣告结束,我们将在月面的右侧再次看到贝利珠。

复圆:月面的西边缘与日冕的东边缘外切,月亮完全退出日面。

整个日食过程可以长达3个多小时,但只有食既到生光之间,短则几秒钟,长则6、7分钟的时间才是全食阶段。最壮观最美丽最不可思议的现象就是发生在这个阶段的。

 

日全食过程示意图

 

知识点III:日全食的震撼场面

虽然人类有3000多年日食的观测记录,但所谓科学研究只不过始于17世纪。1605年开普勒对日食的现象,主要是日冕进行了评论;1706年巴黎天文台台长卡西尼、1614年哈雷都做出过科学的但后来被证明是错误的解释。1836年英国天文学家贝利亲眼目睹了一次日环食,并报告说食甚时沿月球边缘出现了一排由太阳光形成的亮珠。他的描述大大推动了1842年日全食的观测。诸多观测者中有一位奇才,后来的太阳物理权威理查德·卡林顿。

最近有本科普新书《太阳王》中有这么一段精彩描述:

卡林顿把右眼凑到望远镜上,看到月球慢慢挡住太阳……直到最后5分钟情况改变了,诡异的暮光笼罩着大地。这种暮光不像是黄昏时的玫瑰色辉光,而是令人心神不宁的灰色光线。这时天气突然变冷,然后,一眨眼的工夫,太阳的光线完全消失了,环状的日冕闪耀着进入人们视线。向外延展的浅色光线有太阳直径的好几倍长。卡林顿只有几分钟的时间可以画下这些特征。在比较靠近月球黑色轮廓的地方,卡林顿看到4道舌状的粉红色火焰在看不见的太阳表面向上缠绕。


2013年日全食

 上海教育出版社出版的最新科普图书《太阳王》


知识点IV日全食的独特景象

贝利珠:在食既和生光时,伴随着日冕产生的同时,黑色月面边缘上爆发出像珍珠一样的光斑,那是由于太阳光从月球山脉的缝隙间穿过所形成的。这种现象以贝利的名字命名。

日珥:日珥是太阳色球层上的活动,是一种能量的喷发。通常比较暗弱,我们难以看见,但实际上喷发的高度可以达到上万千米,甚至几十万千米。日珥以每秒700多千米的速度从色球层向上喷射,有时候可以短暂离开日冕,随后又被引力拽回日面。日珥足够大的话,肉眼也是有可能直接看见的。

色球层:色球层的平均厚度大概是太阳直径的千分之四,光要比光球层暗得多,所以通常肉眼是看不到的,除非通过特制的滤镜。


日全食才有的特殊景象

日冕:日冕是太阳的外部大气,非常非常稀薄,白色的云气包裹在太阳周围,只有在日全食发生时才能被肉眼直接看到。在太阳活动的极大期,日冕显得比较圆,向外延展不大;而在太阳活动的极小期,日冕就呈现纺锤状,中间扁一些,沿着太阳赤道方向延伸,左右跨度可以超过6个太阳。如果仔细观察位于太阳上方和下方的日冕,会有些羽状结构,极小年中会更为明显,实际上就是太阳的南北两极,羽状结构是和磁力线方向吻合的。如果使用不同的曝光速度进行拍照,还能区别出内冕和外冕,如果再做一些后期处理,就能看到更多的细节。日冕的温度有100万-200万度,具体原因尚未可知,这也是为什么到现在,每次日全食的时候都有大量的研究团队要在日食带内进行专业的观测。

日全食时的日冕,东侧最亮的星是金星。

月影:月球本影会从西往东扫过,肉眼可见,移动速度很快。

天空:当日面只剩二、三成,会发现周围暗了许多,天空由蔚蓝色变成了某种靛蓝色。周围的景物也被镀上一层青铜色。日全食时,日冕苍白的光带周围,天空是深深的靛蓝色,地平线处是深红色和橙色。日全食阶段,环境亮度与满月相当,天空中镶嵌着木星和金星等耀眼的星点。

其他:气温降低,地面刮起一阵凉风;动物们会出现特殊反应;生光时地面出现“丝绸般”的阳光。

刻)

太空中拍摄到的月影

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