百科：日食與日凌

在浩瀚的天際，盡管各種天體和人造飛行器相距甚遠(yuǎn)，并且在各自的軌道上運(yùn)行，但在太陽(yáng)系中，太陽(yáng)、地球、月亮以及人造飛行器的光影在一定條件下是可以發(fā)生作用的，由此呈現(xiàn)的光影奇觀令人嘆為觀止。
　　據(jù)稱，一個(gè)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(guó)絕大部分地區(qū)的人無(wú)緣目睹這一奇觀，只有新疆北部地區(qū)的人可看到日偏食。不過(guò)，人們不必為此遺憾，因?yàn)?016年3月9日還將發(fā)生一次全國(guó)許多地區(qū)都能觀賞到的日全食。
　　
　　從“天狗蝕日”說(shuō)起……
　　日食作為古今中外最受人們關(guān)注的天象之一，人們對(duì)其科學(xué)的認(rèn)識(shí)經(jīng)歷了極其漫長(zhǎng)的歲月。在很早以前，“天狗蝕日”的說(shuō)法就在民間廣為流傳。我國(guó)保存有世界上最古老、最系統(tǒng)的日食觀測(cè)記錄。不過(guò)，限于當(dāng)時(shí)的科技水平，人們對(duì)于日食的觀測(cè)和研究還是十分粗糙的。直到16世紀(jì)中葉，由于天文學(xué)和其他學(xué)科的發(fā)展，人們對(duì)日食的觀測(cè)研究才得到了發(fā)展和提高，從而逐步揭示了日食的成因。
　　原來(lái)，日食現(xiàn)象是當(dāng)月球繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)到太陽(yáng)和地球的中間時(shí)，如果此時(shí)太陽(yáng)、月球、地球三者正好排成（或接近）一條直線，那么月球就會(huì)擋住太陽(yáng)射向地球的光芒，因此月球的黑影就會(huì)正好落到地球上，這時(shí)就會(huì)發(fā)生日食現(xiàn)象。根據(jù)交食的情況，日食可以分為日全食、日偏食、日環(huán)食三種。
　　日全食必須在太陽(yáng)、月球、地球排成一條直線時(shí)才能發(fā)生。在日全食的時(shí)候，月球在地球的影子分為兩部分，中心的地區(qū)叫本影，外面的區(qū)域叫半影。只有處在本影的位置才能看到日全食;在半影區(qū)域的位置能看到日偏食。也就是說(shuō)，在發(fā)生日全食時(shí)，月球距離地球比較近，此時(shí)月球的本影能掃過(guò)地球，所以從這個(gè)位置來(lái)看，月球把太陽(yáng)全部遮住了。
　　日環(huán)食作為一種日食現(xiàn)象，發(fā)生概率是非常低的，因此是一種十分少見(jiàn)的天象。當(dāng)月球處于太陽(yáng)和地球之間的時(shí)候，就會(huì)遮擋住射向
　　地球的太陽(yáng)光。而當(dāng)月球距離地球比較遠(yuǎn)的時(shí)候，由于不能完全遮住太陽(yáng)就會(huì)形成日環(huán)食。發(fā)生日環(huán)食的時(shí)候，太陽(yáng)中心黑暗，邊緣明亮，在天空中會(huì)形成一個(gè)耀眼的光環(huán)。因此，相比于日全食和日偏食來(lái)說(shuō)，日環(huán)食更具有觀賞性。
　　在日食中現(xiàn)身的“元素”
　　日食觀測(cè)是人們認(rèn)識(shí)太陽(yáng)的重要手段，因此具有十分重要的科學(xué)意義。天文學(xué)家嚴(yán)森和洛克耶通過(guò)日全食觀測(cè)發(fā)現(xiàn)“太陽(yáng)元素”的事例，一直被科學(xué)界認(rèn)為是日食觀測(cè)史上的一段佳話。巴黎科學(xué)院為了紀(jì)念這一具有劃時(shí)代意義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，特別鑄造了一枚金質(zhì)紀(jì)念牌。這枚金質(zhì)紀(jì)念牌一面雕有傳說(shuō)中的“太陽(yáng)神”，另一面則是兩位天文學(xué)家的浮雕像。每當(dāng)人們看到“太陽(yáng)神”駕駛4套馬車的英姿，就會(huì)聯(lián)想到這兩位天文學(xué)家的功績(jī)。

　　在19世紀(jì)，當(dāng)天文學(xué)家預(yù)測(cè)到印度將于1868年8月18日發(fā)生日全食時(shí)，世界各地的天文學(xué)家和物理學(xué)家異常興奮。法國(guó)米頓天體物理觀象臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)嚴(yán)森和英國(guó)皇家科學(xué)院太陽(yáng)物理天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)洛克耶就是其中的代表人物。1868年10月26日，法國(guó)巴黎科學(xué)院收到了兩封內(nèi)容相同的來(lái)信，分別是嚴(yán)森和洛克耶寫來(lái)的，都報(bào)告了同一個(gè)重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，那就是在觀測(cè)日全食時(shí)意外地發(fā)現(xiàn)了日餌中的黃色光譜。巴黎科學(xué)院對(duì)這兩封來(lái)信極為重視，經(jīng)過(guò)比對(duì)認(rèn)為這條黃色光譜不屬于當(dāng)時(shí)已知的任何元素。
　　后來(lái)發(fā)現(xiàn)，這是人類有史以來(lái)第一次發(fā)現(xiàn)的一種太陽(yáng)上的元素，因此人們就取希臘神話中的“太陽(yáng)神”之意，把這一元素命名為“太陽(yáng)”元素（中文名稱為“氦”）。為什么日食觀測(cè)具有如此重要的科學(xué)意義呢？原來(lái)，我們平時(shí)所見(jiàn)到的太陽(yáng)只是它的光球部分，光球外面的太陽(yáng)大氣則淹沒(méi)在它明亮的光輝之中了。其中色球?qū)雍腿彰崾翘?yáng)大氣的兩個(gè)重要的層次，對(duì)揭示太陽(yáng)的物理狀態(tài)和化學(xué)組成極具價(jià)值。
　　色球?qū)邮翘?yáng)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(yáng)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(yáng)本身還大好幾倍呢！據(jù)說(shuō)，日冕的光度只有太陽(yáng)本身的百萬(wàn)分之一，平常由于其完全隱藏在地球大氣散射光造成的藍(lán)色天幕中，因此我們通常是觀測(cè)不到它們的。而在發(fā)生日全食時(shí)，由于月亮擋住了太陽(yáng)的光球圓面，從而在漆黑的天空背景中可以相繼現(xiàn)出紅色的色球和銀白色的日冕，因此科學(xué)家可以抓住這一有利時(shí)機(jī)來(lái)觀測(cè)色球?qū)雍腿彰?，進(jìn)而揭示有關(guān)太陽(yáng)的科學(xué)秘密。
　　“神的懲罰”是怎么回事？
　　在漫長(zhǎng)的歷史長(zhǎng)河中，因觀測(cè)日食方法不當(dāng)造成的眼睛傷害不計(jì)其數(shù)，古人認(rèn)為那是“神的懲罰”。現(xiàn)在我們?cè)缫阎?，這是太陽(yáng)紅外線的熱效應(yīng)對(duì)眼睛的灼傷。
　　原來(lái)太陽(yáng)是一個(gè)能夠發(fā)出極度強(qiáng)光的天體，其發(fā)出的強(qiáng)光是由各種頻率的單色光組成的復(fù)色光。我們?nèi)绻烟?yáng)光進(jìn)行色散處理，就可以得到赤橙黃綠青藍(lán)紫7種顏色的單色光。這就是我們通常所說(shuō)的“可見(jiàn)光”。實(shí)際上在太陽(yáng)光中還有并不被我們眼睛感知的“不可見(jiàn)光”，這種“不可見(jiàn)光”主要有紅外線和紫外線等。紅外線的波長(zhǎng)非常大，照射到機(jī)體上時(shí)具有顯著的熱效應(yīng)。太陽(yáng)紅外線具有很強(qiáng)的穿透力，很容易通過(guò)我們眼球的角膜、晶狀體和玻璃狀體而直達(dá)視網(wǎng)膜，當(dāng)它被視網(wǎng)膜上的色素細(xì)胞吸收后就會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，從而對(duì)視網(wǎng)膜造成嚴(yán)重的灼傷。這在醫(yī)學(xué)上被稱為“日食性視網(wǎng)膜灼傷”，目前對(duì)此還沒(méi)有有效的治療方法，所以應(yīng)當(dāng)以預(yù)防為主。

那怎樣觀測(cè)日食才安全呢？對(duì)于一般的天文愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)采用以下幾種方法來(lái)觀測(cè)日食。一是使用保護(hù)鏡觀測(cè)日食。因?yàn)楸Ｗo(hù)鏡可以有效阻隔陽(yáng)光中的紅外線和紫外線，從而可以保護(hù)我們的眼睛免受陽(yáng)光的傷害。這種保護(hù)鏡可以使用兩塊已曝光過(guò)的黑白膠片重疊制成，也可以使用特制的太陽(yáng)屏濾光片，當(dāng)然還可以使用涂有黑墨的玻璃片。無(wú)論使用什么樣的保護(hù)鏡，都要注意檢查它的濾光效果，只有在確定它安全可靠時(shí)才可以使用。二是使用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)日食。有些望遠(yuǎn)鏡是專門用于觀測(cè)日食和月食的，倍率從幾十倍到二三百倍不等。
　　日凌——守時(shí)的“訪客”
　　如果說(shuō)太陽(yáng)、月球、地球三者排成一條直線會(huì)發(fā)生日食現(xiàn)象，那么，太陽(yáng)、通訊衛(wèi)星和地面接收天線處在一條直線上會(huì)發(fā)生什么呢？那就是日凌現(xiàn)象。日凌是一種無(wú)法避免的自然現(xiàn)象。在日凌期間，太陽(yáng)、通訊衛(wèi)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(wèi)星的影子正好投在了太陽(yáng)上，即通訊衛(wèi)星把太陽(yáng)給遮擋了。因此，太陽(yáng)的無(wú)線電波就會(huì)干擾原本接收衛(wèi)星信號(hào)的地面天線，從而造成電視畫面出現(xiàn)雪花甚至黑屏現(xiàn)象。
　　太陽(yáng)每時(shí)每刻都在向外輻射電磁波，波長(zhǎng)從最短的伽馬射線、X射線、紫外線，到我們?nèi)庋勰苤苯痈惺艿降目梢?jiàn)光，還有更長(zhǎng)的紅外線和無(wú)線電波。其實(shí)，日凌是一個(gè)非常守時(shí)的“訪客”，在每年的“春分”和“秋分”時(shí)節(jié)都會(huì)準(zhǔn)時(shí)造訪。這與太陽(yáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)，只有在每年的春分和秋分前后，太陽(yáng)才會(huì)經(jīng)過(guò)地球赤道上空，而赤道上空的地球同步軌道通信衛(wèi)星又與地球保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)通訊衛(wèi)星正好處于太陽(yáng)與地球之間的直線上時(shí)，衛(wèi)星地球站天線在對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的同時(shí)也對(duì)準(zhǔn)了太陽(yáng)，使得太陽(yáng)產(chǎn)生的強(qiáng)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(wèi)星信號(hào)。
　　對(duì)于不同城市，受日凌影響的日期和時(shí)間并不一樣，這主要是因?yàn)槿樟璋l(fā)生的時(shí)間與城市所在地的經(jīng)緯度有關(guān)。收看地區(qū)所在的緯度越高，看到衛(wèi)星的高度越低，太陽(yáng)的位置越早與之重合，因此發(fā)生日凌的日期越早。緯度相同的地方，經(jīng)度越大，由于衛(wèi)星相對(duì)地球自轉(zhuǎn)靜止不動(dòng)，衛(wèi)星地面站和通訊衛(wèi)星的連線指向天空的位置越靠西邊，因此每天發(fā)生日凌現(xiàn)象的時(shí)刻越晚。日凌持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)短，還與用戶天線的口徑有關(guān)，天線口徑越大，方向性越好，受太陽(yáng)“噪聲”的干擾就越小，日凌持續(xù)時(shí)間就越短。
　　日凌來(lái)訪只是對(duì)衛(wèi)星通信造成一定的影響，而對(duì)有線電視、手機(jī)以及固定電話等基本上不產(chǎn)生影響。這是因?yàn)槭謾C(jī)一般不通過(guò)衛(wèi)星傳輸，而是通過(guò)地面基站進(jìn)行傳播。那么汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是否會(huì)受到日凌影響呢？實(shí)際上，盡管汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)也是依賴衛(wèi)星進(jìn)行定位的，但由于GPS導(dǎo)航系統(tǒng)由多顆衛(wèi)星組成。即便是某一顆衛(wèi)星受到了影響，但還有多顆其他衛(wèi)星可以正常運(yùn)行，并且這些衛(wèi)星并不在地球同步軌道上，所以汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是不會(huì)受到日凌干擾的。
　　【責(zé)任編輯】龐 云