日食與日凌

蘇更林

在浩瀚的天際，盡管各種天體和人造飛行器相距甚遠，并且在各自的軌道上運行，但在太陽系中，太陽、地球、月亮以及人造飛行器的光影在一定條件下是可以發生作用的，由此呈現的光影奇觀令人嘆為觀止。

據稱，一個地方的人如果不去其他地方，平均400年左右才能看到一次日全食。2015年3月20日，一次壯觀的日全食在天宇上演，但中國絕大部分地區的人無緣目睹這一奇觀，只有新疆北部地區的人可看到日偏食。不過，人們不必為此遺憾，因為2016年3月9日還將發生一次全國許多地區都能觀賞到的日全食。

從“天狗蝕日”說起……

日食作為古今中外最受人們關注的天象之一，人們對其科學的認識經歷了極其漫長的歲月。在很早以前，“天狗蝕日”的說法就在民間廣為流傳。我國保存有世界上最古老、最系統的日食觀測記錄。不過，限于當時的科技水平，人們對于日食的觀測和研究還是十分粗糙的。直到16世紀中葉，由于天文學和其他學科的發展，人們對日食的觀測研究才得到了發展和提高，從而逐步揭示了日食的成因。

原來，日食現象是當月球繞地球運轉到太陽和地球的中間時，如果此時太陽、月球、地球三者正好排成（或接近）一條直線，那么月球就會擋住太陽射向地球的光芒，因此月球的黑影就會正好落到地球上，這時就會發生日食現象。根據交食的情況，日食可以分為日全食、日偏食、日環食三種。

日全食必須在太陽、月球、地球排成一條直線時才能發生。在日全食的時候，月球在地球的影子分為兩部分，中心的地區叫本影，外面的區域叫半影。只有處在本影的位置才能看到日全食;在半影區域的位置能看到日偏食。也就是說，在發生日全食時，月球距離地球比較近，此時月球的本影能掃過地球，所以從這個位置來看，月球把太陽全部遮住了。

日環食作為一種日食現象，發生概率是非常低的，因此是一種十分少見的天象。當月球處于太陽和地球之間的時候，就會遮擋住射向

地球的太陽光。而當月球距離地球比較遠的時候，由于不能完全遮住太陽就會形成日環食。發生日環食的時候，太陽中心黑暗，邊緣明亮，在天空中會形成一個耀眼的光環。因此，相比于日全食和日偏食來說，日環食更具有觀賞性。

在日食中現身的“元素”

日食觀測是人們認識太陽的重要手段，因此具有十分重要的科學意義。天文學家嚴森和洛克耶通過日全食觀測發現“太陽元素”的事例，一直被科學界認為是日食觀測史上的一段佳話。巴黎科學院為了紀念這一具有劃時代意義的科學發現，特別鑄造了一枚金質紀念牌。這枚金質紀念牌一面雕有傳說中的“太陽神”，另一面則是兩位天文學家的浮雕像。每當人們看到“太陽神”駕駛4套馬車的英姿，就會聯想到這兩位天文學家的功績。

日冕的細節

在19世紀，當天文學家預測到印度將于1868年8月18日發生日全食時，世界各地的天文學家和物理學家異常興奮。法國米頓天體物理觀象臺臺長嚴森和英國皇家科學院太陽物理天文臺臺長洛克耶就是其中的代表人物。1868年10月26日，法國巴黎科學院收到了兩封內容相同的來信，分別是嚴森和洛克耶寫來的，都報告了同一個重要的科學發現，那就是在觀測日全食時意外地發現了日餌中的黃色光譜。巴黎科學院對這兩封來信極為重視，經過比對認為這條黃色光譜不屬于當時已知的任何元素。

后來發現，這是人類有史以來第一次發現的一種太陽上的元素，因此人們就取希臘神話中的“太陽神”之意，把這一元素命名為“太陽”元素（中文名稱為“氦”）。為什么日食觀測具有如此重要的科學意義呢？原來，我們平時所見到的太陽只是它的光球部分，光球外面的太陽大氣則淹沒在它明亮的光輝之中了。其中色球層和日冕是太陽大氣的兩個重要的層次，對揭示太陽的物理狀態和化學組成極具價值。

色球層是太陽大氣中的中間層，在光球之上大約有2000千米的厚度;日冕是指太陽外面包裹的具有極高溫度而又十分稀薄的等離子體，其范圍要比太陽本身還大好幾倍呢！據說，日冕的光度只有太陽本身的百萬分之一，平常由于其完全隱藏在地球大氣散射光造成的藍色天幕中，因此我們通常是觀測不到它們的。而在發生日全食時，由于月亮擋住了太陽的光球圓面，從而在漆黑的天空背景中可以相繼現出紅色的色球和銀白色的日冕，因此科學家可以抓住這一有利時機來觀測色球層和日冕，進而揭示有關太陽的科學秘密。

“神的懲罰”是怎么回事？

在漫長的歷史長河中，因觀測日食方法不當造成的眼睛傷害不計其數，古人認為那是“神的懲罰”?，F在我們早已知道，這是太陽紅外線的熱效應對眼睛的灼傷。

原來太陽是一個能夠發出極度強光的天體，其發出的強光是由各種頻率的單色光組成的復色光。我們如果把太陽光進行色散處理，就可以得到赤橙黃綠青藍紫7種顏色的單色光。這就是我們通常所說的“可見光”。實際上在太陽光中還有并不被我們眼睛感知的“不可見光”，這種“不可見光”主要有紅外線和紫外線等。紅外線的波長非常大，照射到機體上時具有顯著的熱效應。太陽紅外線具有很強的穿透力，很容易通過我們眼球的角膜、晶狀體和玻璃狀體而直達視網膜，當它被視網膜上的色素細胞吸收后就會轉化為熱能，從而對視網膜造成嚴重的灼傷。這在醫學上被稱為“日食性視網膜灼傷”，目前對此還沒有有效的治療方法，所以應當以預防為主。

電視信號受到日凌干擾

那怎樣觀測日食才安全呢？對于一般的天文愛好者來說，應當采用以下幾種方法來觀測日食。一是使用保護鏡觀測日食。因為保護鏡可以有效阻隔陽光中的紅外線和紫外線，從而可以保護我們的眼睛免受陽光的傷害。這種保護鏡可以使用兩塊已曝光過的黑白膠片重疊制成，也可以使用特制的太陽屏濾光片，當然還可以使用涂有黑墨的玻璃片。無論使用什么樣的保護鏡，都要注意檢查它的濾光效果，只有在確定它安全可靠時才可以使用。二是使用望遠鏡觀測日食。有些望遠鏡是專門用于觀測日食和月食的，倍率從幾十倍到二三百倍不等。

日凌——守時的“訪客”

如果說太陽、月球、地球三者排成一條直線會發生日食現象，那么，太陽、通訊衛星和地面接收天線處在一條直線上會發生什么呢？那就是日凌現象。日凌是一種無法避免的自然現象。在日凌期間，太陽、通訊衛星和地面接收天線恰巧處在一條直線上。從地面上看，通訊衛星的影子正好投在了太陽上，即通訊衛星把太陽給遮擋了。因此，太陽的無線電波就會干擾原本接收衛星信號的地面天線，從而造成電視畫面出現雪花甚至黑屏現象。

太陽每時每刻都在向外輻射電磁波，波長從最短的伽馬射線、X射線、紫外線，到我們肉眼能直接感受到的可見光，還有更長的紅外線和無線電波。其實，日凌是一個非常守時的“訪客”，在每年的“春分”和“秋分”時節都會準時造訪。這與太陽的轉動有關，只有在每年的春分和秋分前后，太陽才會經過地球赤道上空，而赤道上空的地球同步軌道通信衛星又與地球保持同步轉動。當通訊衛星正好處于太陽與地球之間的直線上時，衛星地球站天線在對準衛星的同時也對準了太陽，使得太陽產生的強大的電磁波直接投射在了地球站天線上，從而干擾地面天線正常接收衛星信號。

對于不同城市，受日凌影響的日期和時間并不一樣，這主要是因為日凌發生的時間與城市所在地的經緯度有關。收看地區所在的緯度越高，看到衛星的高度越低，太陽的位置越早與之重合，因此發生日凌的日期越早。緯度相同的地方，經度越大，由于衛星相對地球自轉靜止不動，衛星地面站和通訊衛星的連線指向天空的位置越靠西邊，因此每天發生日凌現象的時刻越晚。日凌持續的時間長短，還與用戶天線的口徑有關，天線口徑越大，方向性越好，受太陽“噪聲”的干擾就越小，日凌持續時間就越短。

日凌來訪只是對衛星通信造成一定的影響，而對有線電視、手機以及固定電話等基本上不產生影響。這是因為手機一般不通過衛星傳輸，而是通過地面基站進行傳播。那么汽車GPS導航系統是否會受到日凌影響呢？實際上，盡管汽車GPS導航系統也是依賴衛星進行定位的，但由于GPS導航系統由多顆衛星組成。即便是某一顆衛星受到了影響，但還有多顆其他衛星可以正常運行，并且這些衛星并不在地球同步軌道上，所以汽車GPS導航系統是不會受到日凌干擾的。

【責任編輯】龐 ?云