外行看热闹,内行看门道

今日本世纪最壮观日全食还有哪些不为人知的秘密?

你看你看 太阳的脸悄悄在改变

2009年07月22日08:17  来源:重庆晚报

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日冕,日全食时完全展露出来,是研究的好时机。(任洁 制图)
日冕,日全食时完全展露出来,是研究的好时机。(任洁 制图)
  今天上午8点07分16秒,本世纪最壮观的天文奇观日全食,将从我市最西部的荣昌登陆重庆,10点37分10秒从最东部的巫山离开,停留2个半小时。

  今年是联合国确定的“国际天文年”,这是史上首次面向全球公民的天文活动,主题是“探索我们的宇宙”。而今天的日全食,无疑是国际天文年中最壮观的天象。俄罗斯、乌克兰、美国、波兰……各国天文学家纷纷到中国来“逐日”。像俄罗斯科学家丽蒂娅和另一个同事,带了重达60公斤的仪器箱来到紫金山天文台。印度天文学家的“动作”更大,空运了两吨的观测仪器。

  所谓“外行看热闹,内行看门道”,除了壮观,这日全食还有哪些不为人知的秘密?

  解谜团

  太阳最外围温度反而比表面高


  太阳的能量来源是内部的热核反应,一般常识是“离热源越近,温度越高”,太阳的温度也确实从内部的上千万摄氏度降到表面的几千摄氏度。但奇怪的是,日冕层作为太阳最外围的大气层,是离太阳核心最远的,温度反而比太阳表面的光球高数百倍。日冕内部温度可高达150万℃,太阳活动极大时,甚至可高达250万℃。

  这就是日冕加热之谜,是困扰着国际天文学界的太阳物理领域三大谜题之一,七十多年来,天文学家们一直没有找到合理的解释。

  从内到外,太阳大气层主要分为光球、色球和日冕三个部分。日全食时,平时光芒四射的光球和色球被月亮完全遮住,日冕的银白色光辉展露出来,为天文学家深入观测日冕提供了难得的机会。

  另两大谜题可以说都会影响到地球:太阳耀斑和日冕物质抛射的产生、太阳黑子周期性变化的起源。它们与太阳风暴有关,而剧烈的太阳风暴可能影响卫星工作和无线电通讯。2006年12月13日,我国短波无线电信号传输就因太阳风暴大面积中断。

  太阳风暴就是“日冕物质抛射”,它的成因与耀斑与黑子的成因现在都是一个谜。

  太阳表面有时亮度会突然增加,甚至瞬间亮度可以达到平时的几千倍,这被称为“太阳耀斑”。太阳表面温度较低的区域看起来比别的地方黑,因而被称为“黑子”。太阳黑子的数目呈现平均为11.1年的周期变化,黑子较多的年份太阳耀斑、太阳风暴等就比较频繁。

  天文学家普遍认为,这些谜底就藏在太阳的磁场中,而日全食也是研究太阳磁场的好时机。

  定时器

  帮助确定古代年份


  由于已经掌握了日月食发生的原理,天文学家不仅可以预告未来的日食发生时间,还能反推出过去日食出现的时刻,日食就成了破解历史年代谜案的“定时器”。

  我国古代夏、商、周时期缺乏精确的文字记录,难以精确地确定夏商周诸王的年代。但根据古籍中记载关于日食的9个字,得以确定周懿王元年为公元前899年。

  周懿王是周朝第七位帝王。出土的古书《竹书纪年》有这样一句话:“懿王元年天再旦于郑。”

  “天再旦”意为“天亮了两次”。在什么情况下才会“天亮两次”呢?就是太阳刚好在地平线上,忽然发生了日全食,天黑下来;几分钟后,全食结束,天又一次放明。

  上世纪90年代,我国天文学家刘次沅等根据日食原理反推出,日全食引起的“天再旦”奇景发生在公元前899年4月21日早晨,从而破解了周懿王元年对应的年代。

  新发现

  看日食寻找新元素


  19世纪前,人们普遍认为,人类永远不可能知道天体的化学组成,因为人类不可能把星星拿到地球上分析化验。但科学家是先从太阳中发现了氦元素,才在地球上找到了它。

  氦的发现是光谱学发展的结果。17世纪,科学家就发现太阳光谱不是连续的,而是有许许多多的暗线。这些暗线叫吸收光谱,不同的物质会吸收不同波长的光,因而每种化学元素都对应不同的谱线,但这点直到19世纪初才被科学家发现。

  1868年8月18日,在现孟加拉国附近,法国天文学家让桑在观测日全食的时候,看到日珥光谱里面有一条奇特的黄线。这条黄线跟钠线的位置虽然相似,但不是钠,而是一种未知的元素。

  让桑于是写了一封信寄往巴黎科学院,信在路上走了两个多月才到达巴黎。无巧不成书,这个时候巴黎科学院收到了英国天文学家洛克耶的信,也报告了在日全食观测中同样的发现。

  科学家们给这种新元素起名为Helium(氦),这个词源自古希腊语太阳,意思是“太阳元素”。这时候,人们还没有在地球上发现氦元素。难道氦真的是独一无二的“太阳元素”?

  后来科学家把钇铀矿放在硫酸中加热时,产生了一种不自燃也不助燃的气体。1895年,英国科学家拉姆赛利用光谱分析,确认这就是氦。

  现在,科学家们仍在日全食时,抓紧机会拍摄太阳的色球、日冕的照片和光谱图,研究太阳的物理状态和化学组成。

  对决地

  爱因斯坦打败牛顿


  在所有的日全食观测中,最著名的大约是1919年5月29日的那次。那次日全食观测被视为牛顿与爱因斯坦的“关键对决”,而大众媒体高呼“爱因斯坦打败了牛顿”,从而让爱因斯坦一夜之间成为科学明星。

  爱因斯坦在1905年和1915年先后发表了狭义相对论和广义相对论,他认为空间是弯曲的,质量(比如太阳)的存在,如同床单上的重球将空间弯曲,行星就是在这样的弯曲空间中运动。他预言,光线经过强引力场附近时会发生弯曲。根据他的推算,光线经过太阳边缘时,会发生1.75角秒(1角秒是1°的3600分之一)的弯曲。而根据牛顿理论,这个角度只有0.87角秒,小了约一半。

  英国天文学家爱丁顿认识到,发生日全食时,太阳光完全被遮挡,观测太阳附近的星光偏折就可以用来检验爱因斯坦的预言。他说服英国政府组织了两个观测远征队,在1919年5月29日发生日全食时进行检验光线弯曲的观测。

  当年11月,英国天文学家郑重宣布光线按照爱因斯坦所预言的方式发生偏折。在媒体的大肆宣传下,爱因斯坦一下子成了具有传奇色彩的科学明星。

  许多人以为正是这个实验证明了广义相对论的正确性。其实因为温度变化、底片成像质量等因素都可能对最后的测算结果产生较大影响,当时的科学界对这一结论存在争议。

  后来各国天文学家又多次进行类似观测,结论不一。但到上世纪60年代初,天文界开始确信,爱因斯坦预言的光线偏折量比牛顿预言的更接近于观测。

  现在,测定星光从太阳附近通过时的弯曲,从而检验广义相对论,已经成了日全食时的经典实验之一。

(责编:连品洁)
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