日全食：天文学家分解罕见现象背后的科学

 

上一次日全食的阴影掠过孤星州，是在1878年的夏天。卢瑟福·海耶斯（Rutherford B. Hayes）是校长，德克萨斯州农业与机械学院（Agricultural and Mechanical College of Texas）在两年前才向学生敞开大门。

从那时起，很多事情都发生了变化，但4月8日的日全食有望与146年前吸引德克萨斯州部分地区的日全食一样令人惊叹。德克萨斯农工大学（Texas A&M University）天文学家贾斯汀·斯皮尔克（Justin Spilker）表示，对于那些有幸亲眼目睹日食的人来说，日食将提供“大自然在地球上所能提供的最壮观的景色之一”。

如果天空晴朗，在大约100英里宽的整个路径内，日食观察者将难得地瞥见太阳白热的外层大气，即日冕，它由不断移动的等离子体链组成，延伸到太空。

“通常这是完全看不见的，因为太阳太亮了，所以只有那几分钟（当月亮覆盖太阳时）你才能真正看到它，”德克萨斯农工大学物理与天文学系助理教授斯皮尔克说艺术与科学学院。

他说，在那短暂的时刻，地球上的事物将开始看起来和感觉不同。对于那些在月亮阴影下的人来说，“在地平线周围的每个方向上，它看起来都像日落。您会注意到温度变冷了 5 到 10 度。鸟儿会开始去它们的巢穴，蟋蟀会开始鸣叫，因为它们认为现在是晚上。然后，大约四分钟后，太阳将再次出现。

日全食到底有多罕见？

名誉教学副教授凯文·克里斯丘纳斯（Kevin Krisciunas）说，日全食必须满足两个条件：首先，月球必须到达其轨道上的一个点，从特定地点看时，它似乎与太阳中心完全对齐。当月球在没有这种完美排列的情况下来到太阳和地球之间时，它只会产生日偏食。

其次，月球必须离地球足够近，才能挡住整个太阳。再远一点，它就会产生日环食，其中太阳表面的薄环仍然可见。

“由于月球的轨道大致是椭圆形的，它与地球的距离并不总是相同的，”Krisciunas说。“所以有时当有一个对齐时，你会有一个日环食，有时你会得到一个日全食。

一方面，日全食并不罕见，Krisciunas说，大约每1.5年发生一次。另一方面，他说，这些日食的路径变化如此之大，以至于在给定的位置经历整体性是极其罕见的。

“因为月亮和太阳的排列必须非常精确，所以通常你必须旅行才能找到这一点，”Krisciunas解释说。“如果你只是呆在家里，等待整体的路径覆盖你的房子，平均而言，在北半球，你将不得不等待350年。如果你在南半球，大约每450年一次。

地球经历日全食的事实在很大程度上是“命运的意外”，Krisciunas说。例如，在火星上，火星的两颗卫星都太小太远，无法覆盖太阳，这使得从火星表面看到的日食明显不那么令人惊叹。

虽然地球的月球比太阳小约400倍，但它离地球表面的距离也大约是太阳的400倍，这使得它在日全食期间几乎无法覆盖整个太阳。然而，情况并非总是如此，他说。渐渐地，月球离地球越来越远。美国宇航局估计，在大约6亿年后，它将太遥远而无法产生日全食。

什么时候看日食是安全的？

斯皮尔克说，那些从全食路径之外观看日食的人在看太阳时需要始终使用眼睛保护装置。他说，即使部分被遮盖，太阳的可见表面，即光球层，也会发出大量的光 – 不仅是可见光，还有红外线和紫外线。对于那些在整体路径上的人来说，用肉眼观看日食的唯一安全时间是当太阳完全被覆盖并且只看到日冕时。

“在那一刻，如果你在路上，那就是你可以摘下眼镜的时候，”斯皮尔克说。“再说一遍，只有当你在整体的路径上时，你才能摘下眼镜，我强烈建议你这样做。”

即使短暂地直视太阳，也会对视网膜造成持久的损害，视网膜是衬在眼睛后壁内壁的光敏细胞层。Krisciunas说，至关重要的是，身体的这一部分无法记录疼痛，这意味着有可能在不知不觉中损害视网膜，直到后来才注意到它。

 

观看日食的一些安全方法包括间接方法，例如简单的针孔相机或望远镜，用于将太阳的图像投射到一张纸上。如果直视太阳，请使用一副符合 ISO 12312-2 标准的日食眼镜或类似观察设备。

“如果你有一副日食眼镜，它应该在某个地方写上这个数字，”斯皮尔克说。“如果你戴上它们，除了太阳，你应该什么也看不见。”

双筒望远镜和望远镜在用于直接观察时应配备类似的专用滤光片。斯皮尔克说，相机和照相手机也是如此，尽管他认为最好在尽可能少的干扰下体验日食。

“特别是在整体的时刻，我不建议尝试拍照，”他说。“这是一种超现实的、超凡脱俗的体验，而且持续时间很短。因此，我建议除非你是摄影专家，否则活在当下，充分体验它。

准备好被惊艳

斯皮尔克说，日食观察者还应该密切关注月球在全食之前和之后的边缘。在短暂的片刻内，阳光会渗入月球表面的山脉和其他地形特征，产生一种被称为“贝利珠”的视觉现象。

“你会开始看到阳光的闪光，看起来有点像钻戒，你会在外面看到日冕，然后在一个特定的地方闪现出明亮的光芒，”斯皮尔克说。

 

根据Krisciunas的说法，观看日全食的经历可能很难解释，尽管很多人都尝试过。他说，最能捕捉到“整个事物的奥秘”的一个描述是公元前七世纪的一首诗，希腊诗人阿基洛库斯在诗句中评论说：“现在奥林匹斯山之父宙斯已经把正午变成了黑夜，没有什么是令人惊讶的，或不可能的，或奇迹的了。

虽然从那时起，人类对宇宙的理解发生了重大变化，但Krisciunas说，那些在周一发现自己处于月亮阴影下的人可能会体验到同样的敬畏感，因为天空慢慢变暗。

“你抬头看，太阳和你见过的不一样，”他说。“这是一种自然现象，如果你有机会，你真的应该至少看到一次。