破解日食与月食-掀开日食月食的神秘面纱
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    我们给大家讲了很多关于日食、月食的神秘神话和传说。我们也已经向大家解释了,这些神话和传说都是在科学技术十分落后的情况下,人们对日食和月食现象的主观认识。用科学眼光来看日食和月食,就一点儿也不神秘了。日食、月食并不神秘,它们是一种普通的自然现象。这种自然现象是地球和月球公转运动产生的。日食和月食之所以受重视,更主要的原因是它的天文观测价值巨大。科学史上有许多重大的天文学和物理学发现是利用日食和月食的机会做出的,而且只有通过这种机会才行。

    日食与月食的发生经过

    宇宙中的星星像走马灯似的,来来往往,穿梭不停。地球围着太阳转,月亮绕着地球行,月亮和地球一起绕着太阳运行。

    日食当月亮、地球和太阳三者走到一条直线附近时,就有可能发生日食、月食。因为月亮和地球都不发光,它们都是靠太阳光照亮的,在太阳照耀下,月亮和地球的后面拖着一条长长的黑影子。

    当月亮转到太阳和地球中间,太阳、月亮和地球几乎成一直线时,长长的月亮影子就落到地球上。在月亮影子里的人看起来,太阳被月亮遮住,便成了日食。

    当地球走到太阳和月亮中间,太阳、地球和月亮几乎成一直线时,长长的地球影子落到月亮上,这便形成了月食。

    由于地球相对于月亮的影子有相对的移动,月亮相对于地球的影子也有相对的移动,因此日食时太阳是一点一点被“食”掉的,月食时月亮也是一点一点被“食”掉的。

    日食示意图日食、月食是分别由月亮影子和地球影子造成的。由于它们的影子不同,便产生出不同的“食”。

    月亮的影子有本影、半影和伪本影之分,它们分别对应着不同的日食情形。本影是一个会聚的圆锥,投向它的阳光全部被月亮挡住,位于本影内的人看到的是日全食。

    在半影内,月亮只遮住日面的一部分,看到日偏食。

    月亮在椭圆轨道上绕地球运行,到地球的距离时远时近。当月亮离地球较近时,在地球上的人看起来,月亮表面比太阳表面还大,它能把整个日面挡住。在这种情况下,月亮的本影可以投到地面上,造成了日全食或日偏食;当月亮离地球较远时,在地球上的人看起来,月亮表面比太阳表面小,它不能把整个日面挡住,月亮本影的锥顶位于地球上空,只有伪本影落在地面上。在伪本影内的观测者看到黑暗的月面周围有一圈明亮的光环,这叫日环食。

    因此,日食有日全食、日偏食和日环食三种。有时,沿日食带观测时,起初看到日环食,中间看到日全食,最后又看到日环食,这种情况叫做全环食。

    月食示意图月亮位于地球附近,地球的本影又很长,因此地球的本影比月亮直径宽得多,所以月食没有环食,只有全食和偏食。如果月亮在地球本影边缘掠过,只有一部分掠入本影,便发生月偏食;如果月亮钻入地球本影,就发生月全食;如果月亮钻入地球半影,就发生半影月食。发生半影月食时,肉眼一般看不出月亮明显变暗,所以天文台一般不作预报。

    应当指出,月全食时并不是一点月光都见不到,而是能看到一个古铜色的月面。之所以如此,是因为穿过地球低层大气的太阳光受到曲折,进入地球本影,投射到了月面上。

    知识点光年

    “年”是时间单位,但“光年”虽有个“年”字却不是时间单位,而是天文学上一种计量天体距离的单位。宇宙中天体间的距离很远很远,如果采用我们日常使用的米、千米(公里)作计量单位,那计量天体距离的数字动辄十几位、几十位,很不方便。于是天文学家就创造了一种计量单位——光年,即光在真空中一年内所走过的距离。距离=速度×时间,光速约为每秒30万千米(每秒299,792,458米),1光年约为94,605亿千米。“光年”不是时间单位,说时间过去了多少光年,就好像说时间过去了几米、几千米一样,是不能成立的。

    日全食与倍利珠

    日食共有3种:日全食、日偏食和日环食。当月亮“跑”到太阳和地球之间,而且三者位于同一直线上时,会发生什么情况呢?

    在太阳光的照射下,月亮有一条长长的“尾巴”——月影。这时,月影就一直伸到了地面上。地面上处于月影范围内的人,就看不到太阳了,因为月亮挡住了它。

    为什么月亮能把太阳挡住呢了?这是因为:太阳的直径是月亮直径的400倍,月亮当然比太阳为小,但是,月亮离地球要比太阳离地球近400倍之多,这样一来,太阳虽然比月亮大400倍,但却由于距离远400倍,两者正好抵消。所以从地球上看起来,月亮就和太阳的大小差不多。于是,一叶障目,不见泰山,小小的月球就能把巨大的太阳几乎完全挡住。

    严格地讲,月亮挡掉的是太阳的光球。日冕很大,月亮挡不住它。当然,介于光球和日冕之间的色球层,也是足够大的,所以月亮也不能把它整个都遮掉。

    在一切自然界现象中,没有什么比日全食更能引起人们的兴趣了。一到有关单位预报的日食开始的时刻,千万双眼睛一齐都注视着天上的太阳。

    人们可以看到:太阳圆面的西边缘,有黑暗的影子在逐渐地遮挡着它,一向光芒四射的太阳圆面,慢慢地减少了。开始是缺了边,接着越遮越多了,最后成为弯弯月牙似的一钩,暗淡的光辉代替了光芒四射的太阳光,黄昏代替了晴空万里的景色。

    转瞬之间,太阳被月亮遮盖得只成一丝光线,就在这最后光明消失之前,太阳边缘突然冒出像“珍珠”一样的光彩。

    它的出现只有1~2秒钟的时间,接着,太阳就全部被月亮遮挡,日全食发生了。

    人们可以见到:原来的太阳位置上,变成暗黑的带有光边的圆面,天色突然变暗,犹如夜幕降临。于是,雀鸟归巢,鸡鸭回窝;活跃的自然界暂时成为寂静的天地。这时候,在地平线上可以看见一圈像朝霞一样的淡红光辉。

    这是被日食区域以外的大气反射形成的现象。在地平面上的行星和比较亮的恒星,都出现在这个昏暗的天空里。同时,气温迅速下降,有时候有一种“日食风”吹刮起来。

    在暗黑的月亮周围,镶着淡红色的光芒,那就是太阳的色球层,它里面喷射出来的红色“火焰”就叫“日珥”。还有那银白色的光芒,那就是太阳的外层大气,叫做“日冕”。不知道有多少人以惊奇的眼光来注视着这罕见而壮丽的自然现象。这是多难得的机会啊!

    但是,日全食的时间是很短促的,最长也只不过7分半钟。

    当月亮继续往前移动的时候,太阳的西边缘就露出一丝亮光,阳光再次普照大地,真如阳光初来,清晨再现。同时,鸡鸣雀躁,直到太阳逐渐恢复光明,整个大地又再成为欢腾的世界。日全食的整个过程,在人们头脑中,留下了深刻的印象。

    在日全食的时候,我们可以看到,在一圈光环之上似乎镶嵌了一颗光彩夺目的钻石,或者说像是一颗又大又亮的珍珠。这就是“倍利珠”。“倍利珠”从何而来呢?

    “倍利珠”

    前面已经谈到,月亮并不是一个光光滑滑的圆球,而是山峰林立,“海洋”遍地。有时,月亮差不多已经把太阳光球完全遮住了,却还有那么一个山谷,在月亮边缘造成了一个小小的“缺口”,太阳光还可以穿过它射到我们这里来。因此,周围虽已黑暗,这缺口却依然明亮如故。在这种强烈对比之下,它就显得分外耀眼,恰似一颗明珠在黑暗里大放异彩,所以它才获得了“珠”的美称。

    人们形容一件事情存在的时间短暂,往往使用“昙花一现”这个成语。但是,倍利珠存在的时间比昙花一现还短促。因为,当月亮在它的轨道上继续移动时,刚才提到的那个小“缺口”立刻就消失了。

    这时,或者是真正的全食开始了,整个光球被天衣无缝地盖了起来,或者是全食已经宣告结束,大块的光球重新开始从月亮背后露了出来。无论是上面两种情况中的哪一种,都表明了刚才的那颗“珠”已经不复存在了。所以,要给倍利珠照个相是很不容易的。只有非常善于“抢镜头”的人才能把它拍下来。

    日环食与日全食的秘密

    现在我们已经知道:当月亮跑到太阳和地球之间,而且三者又位于一条直线上时,便会发生日全食。当月亮离地球较近时,它可将光球全部挡掉;离地球稍远时,就只能挡住光球的中央,而不能挡住整个圆面了。

    这又是为什么呢?如果你举起一只手,把它放在眼睛跟前,它就把一切都挡住了;把手放远一些,它还能遮住一个很大很大的气球;但放得更远些呢?它就连一个排球也遮掩不住了。

    同样的道理,因为月亮离地球也是有时近有时远,所以当它离地球近时也就显得更大,就能遮挡掉更大的范围;而离地球远时,它就只能挡住光球的中央部分,而露出周围的一个亮圈了,这种景象就叫做“日环食”。

    日环食1958年4月19日,在我国的海南岛发生过一次日环食。与日全食一样,人们看到的中央的黑圆影仍旧是月亮。但是,周围的亮圈不再是日冕了。这一圈是光球的边缘。这时,月亮离地球远,因此显得更小了,它不仅不能掩住色球层,而且连光球也不能全部挡掉。光球的中央部分已被月亮遮去,但留下了边上的一圈依然放射着光辉。

    天空还相当明亮,日冕和色球层仍旧被淹没在光亮的天空之中,用肉眼还是看不到它们。总的说来,日环食的景象是远逊于日全食的,但是见到它也同样是机会难得的。

    月亮远离地球,以至于月影本身(每当月亮离地球最远时,本影长度只有368000千米)不再能到达地面。月影的延长部分(叫做伪本影),投到了地球上的某个区域;这个区域的人,虽然看不到太阳光球的中央部分,却还可以看到它的边缘部分。也就是说,看到了日环食。

    因此,我们可以说:当地球上的人位于月球本影之中时,他就看到日全食;而位于月亮的伪本影之中时,就看到日环食。

    如果在日食过程中被月亮遮挡的不是太阳的中心部分,而只是太阳的某边缘部分,那么,我们就说这时发生了日偏食。由于全食和环食都是太阳中心部分被挡住,所以我们又把它们合称为中心食。

    日偏食当地球某个区域发生中心食时,在这个区域的周围,一定有更大的范围可以看到日偏食。

    见到日偏食的地区,并不在月亮的本影或伪本影之内,只能看到一部分的太阳光。这时,来自太阳圆面某一部分的光被月亮挡住,于是这部分太阳光也造成了月影。

    但是,未被月亮挡住的另一部分太阳圆面却仍能照射到刚才所说的那种影子里来。因此这样的影子叫做半影。半影比没有影子的地方暗,但比本影要亮得多。地球上位于月亮半影内的人,就能看到日偏食。

    有时候虽然地球上的任何地方都没有发生中心食,但是却在某些地方发生了日偏食。因为这时月亮的本影和伪本影都落在地球之外,而半影的一部分却扫过了地面。

    日偏食往往不太能引起人们的注意。有时候大半个太阳已经被月亮遮住了,而路上的行人还毫无察觉呢!

    知识点格林尼治天文台

    格林尼治天文台是英国国王查理二世于1675年在伦敦格林尼治建造的一个综合性天文台,在8月10日安放了奠基石,同时国王也创建了皇家天文学家的职位(第一位担任此职的是约翰·弗兰斯蒂德),以担任天文台的台长和“致力于以最诚挚的关心和努力校正天体运动的星表,和恒星的位置,以便能正确的定出经度,使导航成为完美的艺术”。天文台坐落于格林尼治公园俯瞰着伦敦泰晤士河的一座小山上。

    日食的几个阶段

    让我们一起来仔细观看一下某次日全食的始末吧:晴空朗朗,万里无云,阳光普照大地,万物欣欣向荣,到处一派生机。

    初亏忽然,光辉的日轮西边缘,被一个黑影侵蚀了。这个黑影,当然就是我们多次提到的月亮了。因为月亮绕地球转动时,是从西向东“跑”的,所以它先挡住日轮的西边缘。月亮刚触及太阳的那一瞬间,即月轮的东边缘和日轮的西边缘相外切的一刹那,就是日食开始的时刻。这是月轮和日轮的第一次相切,也是日全食的第一个重要阶段,叫做初亏。

    从初亏开始,就是偏食阶段了。月亮继续往东运行,日轮的发光面积逐渐减小。慢慢地,太阳变成了镰刀形,但是它依然很耀眼。

    食既在即将发生日全食的时候,我们把月亮到太阳的中心连成一条线,这条线就表示这一次发生日全食的时候,月亮遮挡太阳行进的方向。日食的程度用食分来表示,食分就是太阳的直径与被食部分的比例。

    我们把太阳的直径当成1。如果食分为0,就表示没有日食;如果食分为0.5,就表示太阳的直径被遮住了一半;如果食分为1,就是全食。食分越大,被食得越多;食分越小,被食得越少。

    初亏的一瞬间,就是食分从零变到大于零的转折点。

    太阳的发光面积继续减小,食分越来越大。日轮变成了娥眉“月”,眼看着它的光辉就要消失了。月亮还是不停地往东运行,它将要把整个太阳光球完全覆盖掉。

    最后一线阳光正在消失。但是出乎意料的是,这时却加入了一个非常精彩的节目:倍利珠。可惜这个节目很短,1~2秒钟之后它便无影无踪了。就在这时,白昼刹那间变成了黄昏,真正的全食开始了。日全食的第二个重要阶段,叫做食既。食既时,月轮的东边缘和日轮的东边缘相内切,也是月轮和日轮的第二次相切。

    月轮很快就到了日轮的中央。也就是说,现在月轮中心与日轮中心靠得最近。这一瞬间叫做“食甚”。

    这是日全食的第三个重要阶段。这时候,日饵和日冕展示在你的眼前。如果你注视一下地平线的话,那么可以看到一圈宛若朝霞的淡红光辉。整个日全食过程到此恰好完成了一半,剩下的一半就好像把刚才放过的这段“电影”再倒过来放一次一样。

    食甚现在,月轮已经越过太阳的中心。当月轮的西边缘与日轮的西边缘相内切时,全食的过程便告结束。

    这是月轮和日轮的第三次相切,它是这次日食全过程的第四个重要阶段,叫做“生光”。

    “生光”这个名字,真是名副其实,太阳立即重新生光了。日冕、日珥隐没了,光球再度显示出它的威力,放射出万丈光芒。

    生光之后,食分渐减。月亮继续往东撤出它所入侵的“领土”。日轮的发光面在扩大,“娥眉月”似的太阳出现了,一会儿,它变成了“镶刀”形。

    日轮的发光面还在扩大……最后,月轮的西边缘终于也跑出了太阳圆面。

    临别时,月轮西边缘和日轮东边缘相外切,这是第四次相切了,也是最后一次相切。这时,食分重新降为零,整个日食过程全部结束,太阳恢复了圆形。

    生光因此,日食的这个最后阶段——第五个重要阶段,就叫做“复圆”。

    日全食的过程是如此的绚丽多彩,甚至可以称得上惊心动魄。当这场“电影”放映结束时,你一定会很自然地定下神来,看看地面上的种种景象有没有发生什么变化。那么,你会发现:一切如常。

    日环食的全过程同样包括初亏、食既、食甚、生光和复圆等5个阶段。它们的含意和日全食的情况相同。月轮和日轮共有4次相切(2次外切,2次内切),食甚仍然是日心和月心靠得最近的那一瞬间。但是,对于日环食,即使在食甚时,食分也小于1。日环食远没有日全食那样引人注意,也不会有日珥和日冕。

    对于日偏食也容易明白,月轮和日轮只在日食开始和结束时各外切1次,而不会互相内切。因此,日偏食就只有初亏、食甚和复圆3个阶段。

    奇妙的日食带

    北京的长安街是东西方向的。晚上,假如你在长安街上从西向东行走的时候,每盏路灯都会把你的影子投到地面上。现在请注意一下,你走过某一盏路灯时,一影子是怎样移动的。

    开始,你在灯的西面,身影就顺着街道向西躺着;慢慢地,你走过了这盏灯,到了它的东边。影子呢?当然也就慢慢地转到了灯的东面。

    这个现象虽然十分简单,但对说明日食的道理却很有帮助。

    如果把太阳当做路灯,把月亮当作行路的人,那么,月影就相当于人的身影。月亮从西向东运动,它的影子就从西向东扫过地面。月影所到之处,构成了一条带子,这条带子的延伸方向也是从西向东:影子先在西边,逐渐移向东边。

    我们已经知道:月影之内,可见日食。于是,在月影扫过的带内,就都可以看见日食。所以,这条带就叫做“日食带”。带内发生日全食的,就叫全食带;带内发生日环食的,就叫环食带。可以看见偏食的地区,通常非常广阔,已经不像一条带子,而是很大的一片了。

    从上面讲的道理,就可以知道:总是日食带的西端先看到日食,东端晚看到日食。那么这条带往西、往东,两头一直延伸到什么地方呢?

    2009年长江日全食日食带

    太阳每天从东方升起,所以越是东面的地方,太阳升起来越早;越是往西,太阳升起得越晚。因此日食带的最西端,至多只能伸展到这样的地方:当太阳刚从地平线上升起时,月亮的影子已经扫到了这里,并且立刻又移到更东面去了。也就是说,太阳刚出来,日食就结束了。

    在这个地方的东面,太阳已经更早地升起,月影即将从西面扫过来,因此,再过一会儿,马上就可以看见日食了。

    在这个地方的西面,太阳还在地平线以下,还是晚上,当然就不可能看到日食。等到太阳升起时,月影老早就跑到很东面的地方去了,所以这儿不能看见日食。

    这样,就确定了日食带的西端。

    再来思考一下,日食带的东端又在哪里呢?

    越往东,太阳不仅升起越早,而且落下也越早,月影来到的时间却越晚。那么,很显然,日食带最多只能往东延伸到这样的地区:月影刚刚扫到此地,太阳正好降到地平线。也就是说,日食刚要开始,太阳已经下山,白天结束。太阳看不见了,当然也看不到什么日食了。

    在这个地方的西面,太阳尚未下山,月影已经扫到,因此发生日食。在这个地方的更东面,白昼已经过去,太阳要等明天才会升起,这次的日食,此地是见不到了。

    这样,就确定了日食带的东端。

    知识点国际标准时间

    1884年,国际天文学家代表会议决定,以经过格林尼治的经线为本初子午线,作为计算地理经度的起点,也是世界标准“时区”的起点。10月13日,格林尼治时间正式被采用为国际标准时间。格林尼治标准时间的制定,与英国一件争执案有关:1858年11月24日,英国多塞特郡的时钟指在上午10时6分,该郡一位法官判决一名提请土地诉讼的人败诉,因为在上午10点开庭时他没有准时到庭。两分钟后,那人到庭,他向法官指出,按照他家乡肯柏兰郡喀来耳镇火车站的时钟,他是准时到达的。该案因此必须重审。火车站与法庭的时间出现差异,促使英国政府去统一时间。

    日食对地球的影响

    1987年9月23日,我国发生过一次罕见的日环食天象,那是我国20世纪见到的最后一次日环食。

    我们在前文中已经详细地向大家介绍了日环食的情况。其实,日环食是日食的一种。由于月亮离地球的距离较远,月球只能挡住日面中心大部分,在太阳边缘剩下一圈光环,故称日环食。

    这次日环食地带,从新疆边陲博乐市起,经乌鲁木齐、太原、上海延伸到太平洋,横贯我国中部长达4000多千米,宽度达150~200千米。

    日食对环境和人体有哪些影响呢?人们还记得1981年7月31日中午那次日食,黑龙江省漠河的食分达0.96。

    据当时记者在现场观察到:当日食来临时,天空随之转暗,仿佛黄昏来临,10分钟内气温迅速下降8℃,天空中的鸟儿急速地飞入林中的草丛,地面上的公鸡啼鸣,母鸡领着鸡雏迅速归窝,蚊子也顿时活跃起来……

    蜜蜂在日食前返回蜂房在我国古代的日食观测记载中,也有关于气温骤然下降,有时还伴有大风的记录。日食既然要影响环境,也必然会影响到生物。

    据国外研究者观察发现,在日全食时,蚂蚁会静止不动;蜜蜂在日食前半小时就开始返蜂房,不再外出,直到日食过后1小时才大量飞出;大头金蝇在日食环境中可发生形态变形;白天活动的飞禽,日食时活动减少,而夜间活动的鸟类却开始活跃;信鸽在日食时会失去定向能力……

    自然环境的变化,必然会对人体产生相应的影响。日食环境对人体的影响与日食食分大小有关,日全食时影响最大。

    1980年2月16日,那次日全食,上海中医学院科研小组的同志前往全食地昆明,和当地医务人员一起,对55例心血管疾病患者进行了综合检查,结果表明70%以上的病人原有的主要症状加重,直到日食后两三天,病人的血压、脉搏、交感神经兴奋性才逐渐恢复到日食前的水平。

    国内外许多观察记录表明,日食对环境及人体有一定的影响。这种影响主要是由于日食时月球遮住了太阳,使地球上的光线、温度、磁场、引力场、微粒辐射等物理因素发生短暂的突变所引起的。

    但是这种影响是局部、十分微妙的,加上一个地方遇上日食的机会又较少,科研部门对这个问题的研究还不深入,掌握的资料也不够充足。日食为什么会对地球上的生物产生这些奇特的影响呢?要解开这个谜底,还有待于科学家们的深入研究。

    1980年2月16日,正值新春佳节,农历庚申年正月初一,云南省发生了日全食,在日全食过程中,人们都很有兴致,除了进行各种项目的观测活动外,还专门注意到一些动物的异常表现,感到颇有些意思。

    在日全食即将发生时,因为今天的“黄昏”来得如此突然,天地忽然间朦胧起来,使得在田野里安详吃草的黄牛,着急地自动自觉地往村寨的牛圈走去……

    人们还看到,昆明动物园里的一对大象,一反常态,在整个日全食过程中,它们奇怪地都将屁股对着太阳,好像不愿目睹太阳发生的这一“不幸”。就连笼子里的白玉鸟,也认为太阳“出了问题”,慌乱地乱飞乱撞,仿佛十分心烦的样子,待到日全食开始时,它们都静了下来,头都朝着一个方向,还有的用双翅趴在地上,似乎在代表它们的伙伴跪着向上天“祈祷”,祝太阳“平安无事”。

    日全食即将发生时,人们又看到几批野鸟和大雁都急促地向东飞去,好像有什么东西在追赶它们一样,这正与月影移动的方向是一致的,日食时,月球的影子以1千米/秒的速度由西向东扫过,在高空的飞鸟正是看到这个黑影在追逼它们。成群的大雁由于受到惊吓而乱叫着,但是它们的“人”字队形却不变,可见其组织纪律性的严格,真的叫人钦佩。

    鸡鸭的表现,更是有意思,它们可能认为是黑夜来临了。日全食开始前,天地呈现黄昏的景象,鸭子们就像寻找安全岛而躲避灾难一样,惊叫着向鸭舍飞奔。

    日全食一开始,已经回到鸡舍附近的鸡群,也争先恐后地回到鸡舍,在鸡舍内开始夜间的休息。日全食结束,有些公鸡竟然伸长脖子“报晓”,刚进鸡舍才几分钟,它们以为新的一天又开始了,一边欢迎黎明的到来,一边又在呼唤人们起来工作,而这些鸡鸭也陆续出来觅食。至于这一“夜”为什么如此短暂,想必这些动物永远也不会知道这其中的奥秘。

    逐渐减少的日全食

    在漫长的岁月中,地球的自转在渐渐变慢。使得地球变慢的主要因素是潮汐作用。潮汐的影响在今后将使地球和月球呈现出一些有趣的天文景象。

    我们知道,月球的视半径略大于太阳的视半径是发生“日全食”的首要条件。虽然在一般情况下,太阳的平均视半径略大于月球的平均视半径。但是,由于地球的轨道和月球的轨道都是椭圆的,因此,目前当太阳位于远日点而月球位于近日点时,月球仍会全部遮住太阳而发生“日全食”。

    潮汐使地球自转变慢,因而地球自转角动量逐渐减少。由于地球的总能量守恒,自转角动量的减少必定引起月地距离增大以达到平衡。

    当月球从现在平均离地球356334千米向外推延到375455千米,即月球与地球距离比现在再远23121千米时,“日全食”就不可能发生了。演变到这种状况约需7.5亿年,事实上所需时间可能会更长,因为当月球远离时,潮汐的作用减弱了,同时推移的速度也慢下来了。

    据估计,要达到上述这段距离可能需近10亿年。这就是说,尽管在今后的每世纪里日全食的次数将逐渐减少,但要等“日全食”现象完全消失,则可能还要近10亿年的时间呢!

    丧失“日全食”的观察机会,无疑对天文工作者及天文爱好者都是一个损失。值得庆幸的是,随着“日全食”次数的减少,“日环食”的出现机会在逐渐增多,这对人们来说,也算是一种补偿吧!

    目前月球的自转与公转周期是同步的,因此,半个月球是永远向着地球的,另半个月球是永远背向着地球的。将来,月地距离变大,月球旋转速度减小,周期变长。但地球的周期增长更快,当地球自转速度慢到与地球公转周期相同时,月球对地球的潮汐作用就停止,于是地球也以一面朝向月球。

    如果那时在月球上观看地球,那只能看见半个地球。反过来,在地球上观看月球,那也只能在朝向月球的那个半球上。背向月球的另一半球的居民,为了“赏月”,只能长途旅行到朝向月球的半球上。至于哪半个地球将朝着月球,现在是不能预料的。

    不过,我们目前还不必担心哪一天月球会“不辞而别”。因为要去“旅行赏月”,至少是50亿年后的子孙后代考虑的事。或许那个时候,人类早已经迁居到其他星球上去了。

    日食对卫星的影响

    日食,尤其是日全食可以说是“百年不遇”的天文奇观。它不仅是人们欣赏“天狗吃太阳”这一神奇现象的难得机会,也给人们研究和认识太阳与地球的关系提供绝好契机。

    但是,日食,尤其是日全食还会给人们的生活带来一些影响,其中影响较为明显的是短波通讯。万物生长靠太阳,由于太阳的普照,才有人们生活中熟悉的风雨雷电等天气过程,同样也正是由于太阳辐射,使得地球上空100千米到数千千米的大气层中产生了带电粒子,这些包含了带电粒子的地球大气层被称为电离层,是最接近人类生存环境、对人们影响最大的空间天气层。

    说到日食对电离层的影响,就不得不说一下电离层的形成,电离层是由于太阳辐射(主要为紫外、远紫外及太阳X射线辐射等)电离了大气的中性粒子(主要是氧气分子和氮气分子等),使得高层大气中出现了大量的自由电子和离子,可以严重影响无线电波的传播,所以受到人们的广泛关注。

    一次日全食过程可以简单地理解成一次快速的“日落”和“日出”过程,由于太阳辐射的突然消失,高层大气中电子和离子突然失去了源头,电离层不同高度的电子和离子浓度就会出现不同程度的减小。

    在低电离层高度上,由于太阳辐射是电离层电子的最主要来源,日食期间太阳辐射的减小,会造成低电离层电子浓度的快速减小,其响应时间和日食时间对应较好;在稍高的电离层高度上,产生电子的来源主要是电离层中本身的输运和扩散等过程,日食的效果不如低电离层明显且响应时间滞后日食时间。

    总体来说,随着月亮的阴影扫过地球表面,对应地区上空的电离层会出现电子浓度减少的现象,就像日落后电离层电子浓度下降一样;伴随着日食的恢复,太阳辐射重新使得高层大气中电子浓度上升,就像日出后电离层电子浓度快速上升一样。

    在日全食过程中,由于太阳被月球遮挡导致地球电离层发生类似“快速日落日出”的变化,使得这段时间的中波和短波通信出现反常,有兴趣的人可以用可接收中波和短波的无线电收音机监测、记录日全食期间远处电台的信号变化。

    由于调频(FM)广播电台、手机、对讲机、无线上网等都使用超短波,因此日全食对这些广播通信业务不会产生影响。但对于利用电离层反射进行的短波通讯和通过电离层的测绘、导航等用户来说,需要关注日食期间电离层变化导致的影响。

    因此,专家们建议在日食发生前1小时至日食后3小时内,航空、航天、测绘、勘探等部门避免进行高精度作业,日食带所覆盖的城市注意调整其短波通讯频率,避免进行野外探险或考察活动。

    知识点地球坐标系

    地球坐标系有两种几何表达方式,即地球直角坐标系和地球大地坐标系。

    1.地球直角坐标系的定义。地球直角坐标系的定义是:原点O与地球质心重合,Z轴指向地球北极,X轴指向地球赤道面与格林尼治子午圈的交点,Y轴在赤道平面里与XOZ构成右手坐标系。

    2.地球大地坐标系的定义。地球大地坐标系的定义是:地球椭球的中心与地球质心重合,椭球的短轴与地球自转轴重合。空间点位置在该坐标系中表述为(L,B,H)。

    日食对天气的影响

    日食对人们生活的影响是多方面的,其中大家能够明显感受到的,除了短波通讯受到影响以外,最明显的就是它对天气的影响了。

    日食发生时,朗朗乾坤顿时变成黄昏甚至黑夜,这种现象,在古代常引起人们精神上恐惧不安。实际上,此时地面天气确实也在相应发生着异常甚至剧烈的变化。但是,这种地面天气变化,天文学是不研究的,也不属于气象部门正常的业务范围,因此历史上鲜有这类研究报告问世。

    有幸的是,1955年6月20日,亚洲地区有一次日食。日全食区虽位于我国西沙和中沙海区纬度,但我国北纬30°以南地区食分都在50%以上,北回归线以南的华南、西南地区更在75%以上(日全食时为100%)。

    而且,日食不仅正好发生在全年太阳高度最高的夏至日附近,而且发生在一天中太阳最高的中午前后,因此是一次极难得的观测机会。当时中央气象局(今为中国气象局)为此曾下文南方气象台站,要求进行日食气象观测。

    美中不足的是,6月20日我国南方地区已经进入雨季,是日许多地区有雨,仅广东和海南省天气条件尚好,因此日食气象变化也最显著,具体表现为以下几点特征:

    (1)日食发生的时候,气温会逆降急剧。查阅我国当时南方气象台站报表,发现有数十个气象台站有日食气象观测记录。

    气温变化以较晴的深圳最为显著。日食开始前4分钟即10时32分时,深圳气温为30.2℃,随着食分的增大,气温反常地从上升逆转为下降,食甚时(12时11分)降为26.3℃,即逆降了3.9℃之多。食甚后气温重又上升,复圆(13时29分)时回升到29.2℃,仍未达到日食开始前的温度。

    (2)地面温度的变化比气温更大。这是因为气温昼升、夜降的热、冷源都在地面。

    可惜当时深圳并没有地面土壤温度的观测报告,另选海南儋县为例。儋县初亏时气温32.4℃,食甚时30.2℃,即因为天上有云,日食过程中气温仅逆降了2.2℃。可是地面温度却从42.9℃剧降到32.5℃(复圆后升到41.4℃)即剧降了10.4℃!估计深圳当时地面温度变化比儋县更大。

    (3)日食温度变化入地深度只比10厘米略深。可贵的是,海南省琼海气象台在日食过程中每4分钟观测一次气温,这使我们能够知道日食过程中气温最低的时刻不是发生在食甚,而是食甚后约半个小时,虽然气温不过比食甚时低0.2℃。

    琼海每4分钟一次的地下温度观测还揭示了日食造成的地面温度逆降一般只影响到10厘米略深的地方,因为土壤是热的不良导体。在地下15厘米深度上,日食时温度已不再逆降。

    (4)空气相对湿度明显逆升。日食时地面大气的相对湿度也有急剧变化。本来,在无日食的正常情况下,午后最高气温出现(约14时)前,相对湿度规律性持续下降(因气温持续上升),可是日食过程中因气温出现逆降而使相对湿度逆升。

    例如深圳的湿度从初亏时的71%突然逆升到食甚时的88%。食甚后虽恢复正常下降,复圆时降到78%,但仍高于往日。

    (5)日食使中午变成黄昏月夜。各地描绘日食时的天空变化很有趣。例如广州气象台记载:“食甚时太阳光度甚弱,大约比平时减弱80%,阳光照在人身上也没有往常那种热的感觉。整个天空像月夜。”

    广西百色报告说“地面上呈黄褐色”。广西南宁和北海分别描写天空呈“黄昏暗惨色”和“阳光很弱像傍晚”。云南丽江则记载了云色的变化,说透光高积云“云色淡黑,浓淡不匀”。

    战争史里的日食月食

    日食和月食非常有趣,更有趣的是日食和月食还会对战争的胜负起到决定性的作用。在历史上,日食和月食决定战争胜负或阻止战争的事例不止一次发生过。

    公元前6世纪,在爱琴海东岸,就是今天土耳其的安纳托利亚高原上,居住着米迪斯和吕底亚两大部落。两部落本来和睦相处,相安无事。

    后来,不知因为什么原因,两部落相互敌视,要用刀和剑来解决他们之间的仇恨。战争已残酷地进行了5年,战争拖得愈久,双方积怨愈深,老百姓遭受的苦难也愈重。

    古希腊天文学家泰勒斯痛恨这场无谓的战争,决定利用一次难得的日全食来消除战祸。泰勒斯熟悉天文知识,预先推算出公元前585年5月28日,当地将发生日全食。

    于是,他公开宣布:“上天对这场战争十分厌恶,将吞食太阳向大家示警。如若双方再不肯休战,到时将大难临头。”

    交战双方都认为上天是他们的庇护者,不可能对他们发难的,因而也都把泰勒斯看成是一个疯子,根本听不进泰勒斯的劝告,两军对战更加激烈。

    到了5月28日,正当交战双方打得难分难解的时候,忽然间,日全食发生了,一个黑影闯进入圆圆的日面,把太阳一点一点地“往肚里吞”,炫目的太阳光盘一点一点减少,大地上太阳光慢慢减弱,好像黄昏降临。

    动物不安地躁动起来,鸟儿归巢,鸡犬返窝,气温下降。等到黑影把太阳全“吞没”时,顿时天昏地暗,大地呈现一片夜色,天上的星星也出来了,在昏暗的天空中闪烁着。就在这时,交战的双方都被推入茫茫的“黑夜”。

    尽管过了几分钟,黑影又开始慢慢将太阳“吐了出来”,灿烂的阳光又撒满大地,但是,这种奇异的天象给交战双方留下了深刻的印象。双方的僧侣经过一番商讨以后,都相信泰勒斯事前警告的话,是上天不满他们的战争而发出的警告,于是双方一致同意握手言和,心悦诚服地签订了永久恪守的和平契约。

    泰勒斯以他的聪明才智,巧用日食签和约,从而结束了这场旷日持久的战争。但是也有因为错用月食而延误了战机的。

    公元前413年8月27日傍晚,雅典征服西西里远征军的兵营中,传令兵飞奔各军营,秘密传达远征军统帅尼西亚的撤军命令。顿时,百艘战舰及30艘运输船的3万多人已经做好准备,整装待撤。跟随远征军的商船队,听到撤军命令,也赶忙收拾行装,处理不能带走的物品。指挥官索尼,正在挑选1000名水手、2000名精壮军士,组成后卫队,预备阻击追赶来的敌军。

    当天夜晚,月明风清,夜里10点3刻,正当远征军离开西西里海面向东急驶时,突然一下出现了许多艘锡拉库萨的战船。远征军统帅尼西亚手提利刀,指挥战舰向敌船展开勇猛的冲杀,敌兵败下阵来,远征军将士充满了胜利的喜悦。正当此时,月亮上突然出现了暗影,慢慢地愈变愈大,月光随之消失,天空繁星闪烁,月亮却变成了一个暗红的圆盘——月食出现了。海面一片黑暗,远征军将士不知何故,于是纷纷走上船台祈祷膜拜。统帅尼西亚见状,立刻传令:“正当撤军途中,突发天变,应遵天意。立即停止撤军,离船上岸,原地待命,等27天后再行撤军。”

    命令一下,各船大乱,划桨手纷纷逃亡,一些商船也偷偷返航。锡拉库萨统帅从逃亡的远征军士兵中得到雅典军因月食而停止撤军的消息后,立即调整了部署,加紧包围。两军相接,雅典远征军毫无准备,战舰大部分都被击沉。锡拉库萨乘胜追击,索尼虽然勇猛善战,却阻挡不住如潮水般涌来的锡拉库萨,索尼战死,尼西亚被迫投降,不久即被处死,其余7000余名雅典残兵则被赶入露天采石场,终生从事苦役。

    战后,锡拉库萨全城彩灯高悬,人们摆下祭品,感谢月神显示月食,使锡拉库萨军由败转胜。

    月食和月相的秘密

    月食有2种,即月全食和月偏食。“月环食”是没有的。在前文中,我们已经提到了月食产生的原因。太阳照着月亮,产生了月影;照着地球,就产生了地影。由于地球比月亮大得多,所以和月影相比,地影可说是又粗又长。这个道理容易理解,一根电线杆的影子当然要比一根扁担的影子粗得多。当月亮跑到和太阳相反的方向上,而且又和太阳、地球处在同一条直线上时,就发生了月全食。这时,月亮跑到了地球的影子中。既然它自己不会发光,阳光又照不到它,当然我们也就看不到它了。

    月全食和日全食一样,也有初亏、食既、食甚、生光和复圆5个阶段:月亮刚开始触及地影是初亏;月亮恰好完全进入地影的一刹那,是食既;月亮跑到地影最中央(即月心与地影中心靠得最近)时为食甚;月亮开始从地影中重新冒出头来为生光;月亮彻底离开地影的瞬间是复圆。初亏到食既是偏食阶段,食既到食甚再到生光是真正的全食阶段,生光到复圆又是偏食阶段。

    有人认为,月食和月相变化是一回事,那可错了。我们在前面的内容中已经介绍了,月相变化,就是月亮的盈亏圆缺变化:农历初一前后,看不见月亮;初三的月亮弯弯的像个细钩,初四的月亮像娥眉,初五如镰刀,初七、初八时半个月亮天上挂,十一、十二月亮已经长成了大半个圆,十五、十六满月如玉盘。下半个月,月亮圆而复缺,盈而复亏:十八、十九又成了大半个圆,二十二、二十三还剩下一半,二十五如镰刀,二十六似娥眉,二十七又成了个细钩,到了月底,月亮又看不见了。

    每个月都有月亮的圆缺变化,月复一月,年复一年,周而复始,每次都是那样地准确,这究竟是怎么回事呢?

    让我们邀请一位朋友,带上一个又大又黑的球和一只手电筒,一起进入一间暗室来做一次月亮圆缺的演示吧!

    把手电筒放到和眼睛差不多高的桌子上,并且将它放平、开亮,朝你的方向照来。再请你的朋友拿着那个大黑球站到你和手电中间,把它也举到手电筒那么高,而且让手电筒照亮它。这时,你就会很容易地看到:向着手电筒的那半个黑球变亮了,而背着手电筒的另外半个球则仍是黑暗的。亮的半边总是面向手电筒,不管球怎么放,都是如此。

    这时,再请你的朋友就这么拿着球,让这球保持固定方向绕着你打转。而你自己呢?眼睛也要跟着球跑。当然,要做到这一点,你自己就必须在原地“自转”了。当你们这样做的时候,你也就看清楚了:大黑球被照亮的部分,时而整个儿地面向着你,时而完全背对着你,有时让你见得多些,有时却只让你看见细细的一条弧线;有的时候则刚好让你看到一半,也就是说,这时候你看到的那个球,是个半圆形,就像初七、初八时的月亮一样。

    月亮盈亏,也就是这个道理。把手电筒当做太阳,把大黑球当做月亮,把你自己当做地球。太阳照亮半个月亮,月亮的一半永向太阳。月亮老是围着地球打转,它那被照亮的半边就时而背着地球(初一),时而面向地球(十五、十六),有时被我们看到多一点(十一、十二和十八、十九),有时被我们见得少些(初三、初四和二十六、二十七),也有的时候恰好只被我们看见一半(初七、初八和二十二、二十三)。

    月亮绕地球转一圈,就完成了圆而复缺、缺而复圆的整个月相变化过程。弄清楚这个道理,对于了解日食、月食的成因是有很大帮助的。就拿天上月亮的运行来说吧,假如白道面和黄道面重合的话,那么每到农历初一,月亮跑到太阳、地球的中间,当亮的半面朝着太阳、暗的半面向着地球时,它就总和太阳、地球在同一条直线上。

    于是每个月的初一就一定要发生一次日食了。不仅如此,而且每到农历十五、十六,月亮就一定会跑到地球的影子中去,人们就永远也看不到整夜的满月了。

    代替每月一整夜满月的将是每个月发生一次月食,这对人们来说并不是什么愉快的事情吧!

    然而,事实上白道和黄道并不重合。所以,当月亮转到和太阳同一方向上时,并不是每次都会挡住太阳的。从地球上看来,月亮的位置有时比太阳高些,有时又比太阳的位置低些。

    当然,也有时它正好从太阳“面前”经过,也只有在这时候,从地球上有些地区看来,月亮把太阳挡住,日食发生了。

    同样,当月亮转到和太阳相反的方向上时,也就不一定每次都钻到地影中间去。有时它从地影的上面经过,有时却从地影下方溜走。当然,也有时它正好穿过地影,那么,月食就发生了。

    总之,日食如果发生,那么必定在农历初一;月食如果发生,那么一定在农历十五、十六(有时十七);而反过来却并不是每个农历初一都发生日食,也并不是每个月半都出现月食。

    在月食过程中,月亮完全进入地球本影,发生的是月全食;在月食过程中,月亮始终只有部分进入地球本影,发生的是月偏食。和日偏食一样,月偏食只有初亏、食甚和复圆,而没有食既和生光的阶段。

    地影很长,大约是1万千米,它伸展到月球轨道处的截口直径大约是9100千米,还比月亮本身粗大得多,所以月亮能进入地球的本影。对月食来说,不需要考虑地球的伪本影,也就是说,地影绝不会仅仅挡住月亮的中央部分而留下月轮的一圈边缘,这就是永远不会发生“月环食”的原因。

    如果月亮只是进入了地球的半影,而没有进入地球本影,那么按理说这也是一种“食”,它叫做“半影月食”。但是,事实证明,这时月亮变暗很少,人们的肉眼发现不了,所以也就很少有人去关心它,而且一般也不把它叫做月食了。

    知识点磁场强度

    磁场强度是线圈安匝数的一个表征量,反映磁场的源强弱。磁感应强度则表示磁场源在特定环境下的效果。打个不恰当的比方,你用一个固定的力去移动一个物体,但实际对物体产生的效果并不一样,比如你是借助于工具的,也可能你使力的位置不同或方向不同。对你来说你用了一个确定的力。而对物体却有一个实际的感受,你作用的力好比磁场强度,而物体的实际感受好比磁感应强度。

    日食月食的规律

    前面讲过,日食是月亮影子扫过地球形成的。月食是月亮钻进了地影的结果。因此,发生日食、月食的首要条件是太阳、月亮和地球三者大体上位于一条直线上。没有这个条件,月亮的影子扫不到地球上,月亮也进不了地球的影子,日食、月食也就无从谈起。

    在朔的时候,月亮走到地球和太阳的中间,它的影子有可能扫过地球,因此,日食一定发生在朔,即农历初一。在望的时候,地球处在太阳和月亮之间,月亮有机会进入地球的影子,因此,月食一定发生在望,即农历十五或十六。

    但是,并不是每次朔都发生日食、每次望都发生月食。这是什么原因?原来,月亮沿白道绕地球转,地球沿黄道绕太阳运行。白道和黄道之间并不重合,两个轨道面之间有5度9分的交角。

    如果白道面和黄道面重合,那么每次朔一定发生日食,每次望一定发生月食。由于白道面和黄道面之间有交角存在,就可能发生下面2种情况:①在朔或望时,月亮不在黄道面上或黄道附近,这时就不会发生日食或月食。②在朔或望时,月亮正好位于黄道面上或黄道面附近,这时就有可能发生日食或月食。

    这后一种情况,只有在太阳和月亮都位于黄道和白道交点附近时才有可能,因此日食或月食一定发生在太阳和月亮都位于交点附近的时候。

    在地球上看来,太阳和月亮圆面的直径交角大约都是半度,黄道面和白道面的交角是5度9分。根据这些数值不难计算,在黄道和白道交点两边各18度31分的范围之外,不可能发生日食;而在15度21分以内,一定会发生日食;在18度31分到15度21分之间,可能发生日食。这个能发生日食的极限角距离叫做日食限。

    同样,月亮距黄道与白道交点大于12度15分时不可能发生月食,小于9度30分时一定发生月食;在12度15分与9度30分之间,可能发生月食。

    如果按日期来计算,可能发生日食、月食的那段时间称为食季,意思是发生日食、月食的季节。太阳每天在黄道上由西向东移动1度,食限在黄道上的距离大约是36度,因此太阳在黄道上走完日食食限大约需要36天,这就是食季长度。

    食季长36天,而朔望月长29.53天,因此,在食季时间内,必定有1次朔日,就是说一定要发生1次日食。由于黄道和白道有2个交点(1个升交点,1个降交点),在每个交点附近,都有一个食限,因此在1年之内至少有2次日食。当然,这是指全球而言的,对于某一个局部地区而言,不会每年都能观测到日食。

    月食的情况则完全两样,有的时候可能一年不发生月食。然而太阳在某年年初经过黄道和白道一个交点,年中经过另一个交点,年底又经过前一个交点时,这一年内最多可能发生7次日月食,即5次日食和2次月食,或者4次日食和3次月食。

    “四十一月日一食,五至六个月月亦一食,食有常数”,这是我国古人分析日食、月食出现的规律后得出的结论。

    食有常数,意思是说日食、月食的发生是有一定规律的。掌握了这种规律,就可以预报日食、月食的发生时间。

    关于日食的具体规律,我国早在《史记·天官书》中就有记载了,在汉代编算的《三统历》中已有日食、月食循环周期的记载。《三统历》周期是11年少31天。也就是说,日食每过11年少31天重复发生一次。比如1958年4月19日发生过日食,1969年3月18日又有日食,1980年2月16日再发生日食。按照这个规律,1991年1月16日、2001年12月15日都将有日食。月食也是一样,1970年8月17日有月食,1981年7月17日有月食,1992年6月15日也将有月食。这是粗略预报日食、月食的好方法。

    除了我国的《三统历》周期外,还有沙罗周期。“沙罗”的意思是重复。沙罗周期是古巴比伦人发现的,它取223个朔望月的周期。223个朔望月等于6585.32112天,相当于18年零11.3天。它和19个交点年(6585.78059天)相差很小。这个沙罗周期就是18年零11天的周期。例如1980年2月16日发生了日食,按照沙罗周期,1998年2月27日和2016年3月9日又将发生日食。

    应当指出,不管采用《三统历》方法,还是用沙罗周期来推算日食、月食,都是粗略的。这是因为我们取11年少31天也好,取18年零11天也好,都只取了整数值,整数后面的尾数没有计算在内,这样,经过几个周期后就会有几天的误差。所以不能用这些方法去推算长时间后的日食、月食。

    为什么要研究日食月食

    研究日食、月食有重要的科学意义。因此,世界各地的天文工作者们往往不辞辛劳,万里迢迢地赶赴日全食现场,进行观测,以取得宝贵的第一手资料。简单地说,在日全食时主要可以进行如下的科学研究工作:

    准确地确定日全食开始和结束的时刻,定出太阳和月亮的相对位置,可以更精确地研究地球、月亮的相对大小、形状、它们的运动和轨道的有关情况。检查月、地轨道在几千年的期间内有没有变动。

    日全食是研究色球层和日珥的大好时机。只有在日全食时才能获得较多的色球光谱,从而为研究色球层内的物理条件和化学成分提供依据。在1868年日全食时,就曾经在日珥的光谱中发现了鲜明的黄线,这种线条在当时地球上已知的元素中还没有发现过。经过几年之后,才在地球上发现这种元素的光谱,它就是氦。这是研究日全食的科学意义中最生动的事例之一。

    日全食也是研究日冕的好机会。例如可以研究日冕的形状和它的变化,研究日冕内的凝聚区域、日冕的旋转速度、日冕的成分等。

    通过观察日全食,可以研究太阳光球的“临边昏暗”规律。理论和实践都已证明:一个从里向外温度逐渐降低的高温气体球,必定出现“临边昏暗”现象。也就是说,它的视圆面中心最亮,越向边缘就越暗。太阳的临边昏暗现象早就被发现了,日轮中心最明亮,越是临近边缘就越昏暗。掌握了临边昏暗规律,就能反过来推算太阳光球内的物理状况(温度、压力、电子密度等)。日全食时,月亮把太阳从中心到边缘的各个部分依次挡去,就为研究临边昏暗现象提供了方便。日环食虽不及日全食,但也还是研究临边昏暗的有利条件。

    通过观察日全食,便于研究太阳表面的局部区域。例如,在月亮掩食太阳的过程中,我们发现太阳的某一局部区域被挡前后,从太阳来的无线电波(称为太阳射电)的总强度有了显著的减弱,那么这个区域就一定是个发射无线电波的强大“源泉”,它叫做太阳上的“射电源”。从我们所接收到的射电强度的变化情况,就可以反过来推算射电源的状况。日偏食和日环食时,也可以进行这项研究工作。

    “引力会使光线偏折吗”这个问题是很有研究价值的。爱因斯坦在20世纪初根据他提出的广义相对论(关于引力问题的一种物理理论),预告由于太阳引力的作用,星光从太阳旁边经过时,就会发生偏折,偏折的方向是向太阳靠拢,星光方向改变的大小是1角秒。平时由于阳光灿烂,看不到太阳近旁的星,所以无法测量星光究竟是不是偏折了。日全食时,天空昏暗,和太阳方向靠得很近的那些星星显现出来,就有可能测量了。进入20世纪以来,曾经利用许多次日全食进行了测量。由于这种测量困难很大,极难测准,所以各次测量的结果往往不太一样,有时甚至差得很多。但是,基本上都肯定了:星光经过太阳近旁时,确实会朝着太阳偏折,而且偏折的数值比原来测定的还要大(约为2角秒多些)。这个问题很复杂,还有待于今后做更多的研究。

    除此之外,日全食还有利于寻找新的、离太阳很近的行星和彗星。日全食对各种地球物理现象的影响现在也很受重视:研究全食时地磁、地电的变化;与黑夜极光相对比研究白昼极光;研究全食时的电离层和短波通讯情况等都是很有实际意义的。日全食和气象的关系也很值得注意。例如,有时云层正好在全食前局部地消散了,全食后又出现了,1966年11月12日巴西和巴拉圭的日全食就是这样,类似的情况历史上还有过几次,有人认为这与日全食的降温作用有关。但是,日全食时正碰上阴天,以致使观测者们一无所获扫兴而归的实例,却也屡次发生。

    最后,在日全食时进行生物的生态观测,也是件内容丰富多彩而又生动有趣的事情。

    对月食的观测和研究同样具有重要的科学价值,例如,它可以推定月亮的体积、视差及月亮轨道的准确位置;测量各不同食分时月面辐射热的分布;通过观察月食时的铜红色月面,拍摄光谱以研究地球大气的组成状况,等等。

    古代的日食、月食记载也有它的实际应用价值。例如,我们可以根据现在地球的自转情况,来推算历史上的日、月食应发生在何时何地。这样算出的结果,往往在时间和地点上与古代记录的日食、月食情况有差异。根据这种差别,就可以计算地球自转的变化情形,它证明了地球的自转在逐渐变慢。

    太阳元素与日食的关系

    氦是地球上最轻的元素之一,仅次于氢。在化学元素周期表中,氦排列在第二位。氦的英文单词是“Helium”,来源于希腊文单词“Helios”,意思是“太阳”。因此,氦也被称为太阳元素。但是,氦元素和太阳有什么关系呢?为什么要把它叫做太阳元素呢?

    这一切都得从一个日食说起。1868年发生了一次日食。在日食期间,日珥的光谱观测获得成功。天文学家们在分光镜中看见了几条谱线,其中一条是从来没有见到过的黄线,它像钠的谱线,但不是钠的谱线。钠的谱线波长是589纳米(5890埃),而这条黄线是587.5纳米(5875埃)。

    因此,对于是否有这条黄线存在,科学家之间产生了分歧。有的肯定地说,它就是钠线;有的则说,这不是钠,它是只有太阳上才有的一种未知元素,并把它叫做氦,意思是只有太阳上才有。

    天文学家推测,氦是很轻的气体,因为它浮在太阳的高层大气中。氦只存在于太阳高层大气中吗?有人不相信,于是开始在地球上寻找。

    这当中出现了一段插曲:英国物理学家莱列伊在精密测定氮的重量时,发现从氨中提取的氮和从空气中提取的氮重量不同。他怀疑从空气中提取的氮不纯,很可能混进了比氮重的气体。为了尽快弄清为什么从氨中提取的氮比从空气里提取的轻,他邀请了著名化学家拉姆泽一道研究。

    在研究当中,拉姆泽想起100年前卡文迪什的一个实验。1785年卡文迪什在从空气中提取氮的时候,发现玻璃试管中有一种气体形成的小气泡,无论怎么敲击总不和氧化合。拉姆泽想:莱列伊大概和卡文迪什碰上同样气体了。

    于是他在更大的规模上重复卡文迪什的实验。经过大量实验,1894年,拉姆泽查明了这种不和氧化合的气体的身份:这是一种新的气体,名字叫氩。它是一种惰性气体。

    氩发现以后,拉姆泽以为大功告成了。可是没过多久,有人指出著名的旅行家诺尔登舍尔德从挪威带回一种钇铀矿,可以分解出一种不同氧化合的气体,这种气体的光谱不是氩的光谱,而有黄色明线,很像太阳上氦的光谱。

    为了弄清这是什么气体,拉姆泽想了好久。一次,他想起了25年前在日珥光谱中发现的黄色明线——氦元素。啊,钇铀矿中分解出来的气体不就是氦吗!几乎在同一时间,瑞典物理学家兰格列也发现了氦。

    从此,“只有在太阳上才有的”氦在地球上报户口了。氦是一种很轻的元素,仅比氢重,在门捷列夫元素周期表上占据第二位。它是很好的冷却剂,经常用来充填高空科学气球。繁华的闹市区闪烁的黄蔷薇色霓虹灯中也是充的氦气。早年“只有在太阳上才有的”氦,已为人类造福了。

    在发现氦元素的过程中,日食起到的作用可真不小啊!如果没有日食,也许人类永远也不会发现“太阳元素”!

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