探秘天造奇观——日食

【字体：大 中 小】 2009-07-21 10:22:03   来源： 中国天气网

 

2009年7月22日将有一次长时间的日全食出现在我国长江流域，观测条件之好实为罕见，引起了专业人员与平民百姓的极大兴趣。日食是一种天象，多年前曾被形象地成为“天狗吃太阳”。

新中国成立以来，首次组织的多学科大规模日全食观测是1968年9月22日在新疆进行的。那次观测光学望远镜主要布置在昭苏县的一个草原丘陵地带。目睹过日全食过程的人，会感到大自然表演的壮丽和神奇。当太阳开始完全被月亮遮挡的一瞬间，天突然黑下来，骤然吹起的一阵强冷风掠过小山和草原，原本低头吃草的畜群牛马狂奔乱啸，牧犬作吠，亮星显现，月亮黑影的边缘出现了美丽的但不整齐的红色光圈。此时天上地下景色迥然，令人你目不暇接，使人震撼。

日食的发生

我们知道，地球绕着太阳运行，月球绕着地球运行。若是地球运行的轨道平面和月球的轨道平面重合，那么月球每绕地球一周就会有一次出现在日地连线上。这时，阳光照射月球产生的月影就会落到地球表面上，在月影里的地面上的人就能观察到太阳被月球遮挡的现象，这现象就称为日食。

图1给出了日食形成的示意图。图中实线表示太阳边缘发出的光照到月球与地球的情况。

图1：日全食、日偏食形成图

图2：日环食、日偏食形成图

从图1可以看到，地面上T区里的人完全看不到太阳发光表面，只能看到太阳边缘以外发生的事情。他们看到的这种现象称为日全食，存在于月球与地球之间的使他们看到日全食现象的暗黑区域称为本影。位于地球表面上P区里的观测者分别能看到太阳发光表面的上部分和下部分，他们看到的是日偏食，他们看到日偏食的月影为半影。

图2画出了与图1不同的日食情况。地球和月球的轨道都是椭圆形，月球到地球的距离和他们到太阳的距离是时时变化的，当月球到地球的距离大于月球到本影锥顶端的距离时，若发生了日食，就相当于图2所描绘的情形。这时地面上的C区里的人看不到太阳表面的中间部分，只能看到一个环形的太阳发光表面，这种现象称为日环食。图2中K代表本影锥顶点，从K点到月球的涂成黑色的部分称为本影，K点到地球表面由本影延伸线包围的涂黑部分称为伪本影。如果日食发生时，地球表面正位于K点附近，则在日食期间可以看到日环食和日全食，这种现象称为全环食。

日全食的过程

月球绕着地球运行，我们把向上的方向定为北，那么月球总是从西往东绕地而行。相对地球上的人来说，太阳的最右端为太阳的西边缘，最左侧为太阳的东边缘，月球位置的描述也是如此。所以月球遮挡太阳总是以月球的东边缘遮挡太阳的西边缘开始，日食也就从这个时刻开始。每次日食大约要两个小时，按照一次日食过程中各种现象出现的时间顺序，可用几个时间来表示日全食的时间过程，如图3所示。将地球上观测者观察到日食开始的时刻称为初亏，这时在天空中看到月亮圆面的东边缘与太阳圆面的西边缘开始接触，两圆相外切，偏食开始，月亮不停的相对地球东移，当月面的东边缘与太阳面的东边缘相切（相内切）的时候，日全食开始，这个时刻称为食既。月面中心与太阳面中心与太阳面中心最接近的时刻称为食甚。随着月球的继续东移，月面西边缘与太阳面西边缘接触形成两圆第二次内切时，称为生光，阳光开始照到了原来的本影区，日全食结束，偏食复现。再过约1小时，月面西边缘与太阳面东边缘相切（第二次相外切），月面与太阳面完全分开，称为复圆，日食结束。

图3 ：日全食过程示意图

在日全食期间可以看到很多平时难以一见的景色：(a)在食既之前的短时内，可以看到呈现为窄月牙状的红色太阳，红色的光是来自太阳大气的中层--色球层，其颜色与平时我们见到的阳光不同，平常看到的阳光是从太阳大气的底层--光球层射出来的；(b)接着可看到月影东边处出现了称为贝利珠的奇观，看起来像是放射着光芒的珠宝，这是由于阳光从月面边缘凹凸不平处的空隙处反射过来所形成的；(c)食既之后生光之前，能看到形状不整的泛着弱光的弥漫的物质围绕着黑色的月影，这就是在通常条件下看不到的太阳大气的最外层--日冕。有时候还能见到在日冕某处的下部，即靠近月影的地方，看到发红色光的突出物，这是从日冕中的强度较高的磁场局部区域约束的色球物质形成的，这样的突出物形象地被专业人员定义为日珥-就像太阳的耳朵；(d)除了日冕的整体形态外，用比较好的望远镜在全食时段内还能看到日冕的丰富细节，或者拍摄照片留待日后欣赏。下一节将会提到的这些细节；(e)日冕的一些部分，随着时间有明显的变化。如果在日全食期间，特别是全食时间较长全食期间，对日冕做了连续的拍摄，那么在非常偶然的情况下，有可能从连续的拍摄记录中发现令人好奇的日冕瞬变现象；(f)日全食期间，还有望在太阳右侧看到平日不易见到的水星。总之，日全食为我们提供了宝贵的观测时机。

特别需要注意的是，在日全食之外的时间，一定不要用眼镜直接看太阳，更不能使用没有特殊装备的简单望远镜直接目视太阳，以免眼睛被灼伤。（作者：王家龙）