2017年8月21日美國日全食中國開始時(shí)間

　　CNN（美國有線電視新聞網(wǎng)）打算對本次日全食全程進(jìn)行直播，而且還是全景直播哦~CNN的計(jì)劃是這樣的，在俄勒岡州到南卡羅來納州的日全食帶上部署多臺(tái)360°的VR攝像機(jī)，捕捉日全食整個(gè)過程，并用4K視頻直播。屆時(shí)全世界人民可以通過CNN官網(wǎng)或CNN手機(jī)APP與美國人民共同觀賞超級日全食。

　　時(shí)間：北京時(shí)間8月21日晚23:00開始

　　據(jù)報(bào)道，俄勒岡州的林肯海灘是第一個(gè)看到此次日食的地方，日偏食將出現(xiàn)在當(dāng)?shù)貢r(shí)間早上9點(diǎn)5分，日全食將出現(xiàn)在早上10點(diǎn)16分。伊利諾伊州的卡爾德本附近能看到最長時(shí)間的日全食，太陽將被完全遮住2分40秒。最晚看到日全食的地方是南卡州的查爾斯頓，出現(xiàn)在當(dāng)?shù)貢r(shí)間下午2點(diǎn)48分，之后還可以看到日偏食，直到下午4點(diǎn)9分日食離開美國，日食橫越美國總共歷時(shí)4小時(shí)4分鐘。

　　進(jìn)入8月下旬，無數(shù)天文愛好者向往的日子即將來臨。美國當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月21日，寬度為112公里的日全食帶將掃過美國北部的14個(gè)州，全食帶地區(qū)的天空將暫時(shí)變得如同有滿月的夜晚一般。這是時(shí)隔近40年后，日全食再度“光顧”美國本土。

　　這是讓許多人向往的場景。而在天文學(xué)家眼里，它不僅僅是一場難得而又壯觀的天象。在日食期間，科學(xué)觀測可以得到許多平時(shí)看不到的、有趣而重要的現(xiàn)象。歷史上，科學(xué)家正是利用這個(gè)難得的機(jī)會(huì)，更新了人類對自己母恒星的認(rèn)識(shí)。

太陽光芒退避，色球現(xiàn)身

　　太陽是太陽系的中心天體，占太陽系總體質(zhì)量的99.86%。按照由里往外的順序，太陽是由核心、輻射區(qū)、對流層、光球?qū)印⑸驅(qū)印⑷彰釋訕?gòu)成。光球?qū)又路Q為太陽內(nèi)部，光球?qū)又戏Q為太陽大氣。

　　1860年7月18日的西班牙日全食期間，英國天文愛好者家德拉瑞拍攝下第一張銀版日全食照片，并認(rèn)為突出于月輪外的“紅色火焰”來自太陽，即太陽日珥。

　　由于色球的光比較弱，平時(shí)被光球的光掩蓋。1868年10月，英國天文學(xué)家洛基爾首次在有日光的條件下，觀測到了日珥光譜。進(jìn)而認(rèn)識(shí)到太陽光球?qū)油饷嬗幸粚酉”〉拇髿?mdash;—色球?qū)印Ｉ蚴翘柟馇驅(qū)由霞s兩千多公里厚的大氣層，溫度從6000到20000攝氏度。色球?qū)雍腿甄硪粯樱饕蓺浜秃饨M成。色球?qū)又凶顝?qiáng)的譜線由氫元素產(chǎn)生，呈粉紅色，色球（chromosphere）也因此得名。

　　一次日全食包括初虧、食既、食甚、生光和復(fù)圓五個(gè)階段。在食既前和生光后的短暫瞬間，光球的光被月球擋住，色球發(fā)出了紅色的亮光，被稱為閃光光譜。云南天文臺(tái)研究員屈中權(quán)帶領(lǐng)的觀測組在2008年8月1日中國酒泉的日全食期間觀測到了許多的帶有強(qiáng)線偏振的閃光光譜。

捕捉日珥光譜，發(fā)現(xiàn)“太陽元素”

　　1868年8月18日的日全食期間，法國天文學(xué)家詹森（Janssen）在當(dāng)時(shí)的英屬印度剛托，從突出日輪邊緣以外的日珥觀測到一條黃色譜線，波長為587.49納米。起初許多科學(xué)家認(rèn)為是鈉元素產(chǎn)生的一條光譜線。然而太陽日珥是由氫元素組成的熾熱氣體，不可能產(chǎn)生金屬鈉的譜線。

　　仍然是英國天文學(xué)家洛基爾，仍然是1868年10月，他在沒有日全食的日光下成功的觀測到了日珥的光譜，同時(shí)也確定了這條譜線不是鈉元素的譜線。洛基爾稱之為D3線，并認(rèn)為產(chǎn)生D3的元素在太陽非常豐富，于是將這種元素命名為氦（Helium, Helios是希臘語，意為太陽）。

　　直到1995年，英國化學(xué)家拉姆賽發(fā)現(xiàn)地球上的鈾礦里也存在的氦氣。氦，這個(gè)原來的“太陽元素”終于被認(rèn)證為地球的一個(gè)元素。1983年的日全食期間，紫金山天文臺(tái)研究員尤建圻等觀測了氦線的閃光光譜。

神秘日冕綠線，引出未解難題

　　日冕是太陽大氣的最外層，厚度達(dá)到幾百萬公里以上，通常只有在日全食時(shí)或通過日冕儀才能看到。1879年8月7日日全食期間，楊（Yong）和哈克尼斯發(fā)現(xiàn)了一條新的非常亮的日冕譜線，波長是530.3納米。當(dāng)時(shí)沒有找到地球上元素對應(yīng)的譜線，于是將產(chǎn)生該譜線的元素稱為Coronium（冕元素）。直到1941瑞典天文學(xué)家艾德林確定這條綠色的日冕譜線是鐵離子（鐵原子失去了13個(gè)電子）產(chǎn)生的。

　　不同的元素之所以會(huì)形成不同的光譜，是因?yàn)槠潆娮訌哪芰枯^高的軌道躍遷到能量較低的定態(tài)軌道時(shí)，將多余的能量以特定波長的光發(fā)射出去。

　　按照量子力學(xué)的規(guī)則，可以從譜線的波長反推出原子躍遷前后的軌道能量。然而，在地球的常溫環(huán)境下，形成日冕綠線的電子能級躍遷是不符合量子力學(xué)的規(guī)則的，被稱為“禁線”。只有在高達(dá)幾百萬攝氏度的高溫下，鐵粒子經(jīng)過連續(xù)撞擊，原來禁止的躍遷被“允許”了。由此，科學(xué)家推斷日冕的溫度高達(dá)百萬攝氏度以上。

　　而太陽的經(jīng)典模型表明，太陽的底層大氣——光球的溫度只有6000攝氏度。光球與日冕兩者間巨大的溫度差一直困惑著天文學(xué)家。如果日冕的熱量由來自光球?qū)拥膫鲗?dǎo)的話，將不符合熱力學(xué)第二定律。因?yàn)楦鶕?jù)熱力學(xué)第二定律，熱量總是從高溫區(qū)域傳導(dǎo)到低溫區(qū)域。如何解釋日冕高溫的來源，即日冕加熱問題一直是困擾天體物理學(xué)家的太陽三大未解難題之一。

　　2008年8月1日，國家天文臺(tái)副研究員包星明等在日全食期間觀測到了日冕和日珥的發(fā)射線，發(fā)現(xiàn)日珥及色球的溫度比日冕低很多。這些延伸到色球?qū)右陨系牧撩岘h(huán)，類似于從嚴(yán)寒的冰縫里冒出的火焰。從衛(wèi)星拍攝的極紫外影像也顯示活動(dòng)區(qū)上方一直增亮的區(qū)域，其實(shí)是由一系列不同的亮環(huán)交替增亮形成的。因此，分析冕環(huán)的加熱機(jī)制或許是解釋日冕加熱問題一條重要途徑。

看見太陽后面的星星，驗(yàn)證廣義相對論

　　與日全食有關(guān)的各種觀測中，這應(yīng)該是最為著名的一個(gè)。

　　愛因斯坦在1915年發(fā)表的廣義相對論里，討論了相互有加速度的物體之間時(shí)空變化，并預(yù)言引力會(huì)使時(shí)空彎曲。天體的質(zhì)量越大，引起的空間變形越嚴(yán)重。一個(gè)大質(zhì)量天體的引力場會(huì)使其周圍的空間發(fā)生彎曲，形成“引力透鏡”。

　　1919年5月29日日全食期間，英國物理學(xué)家愛丁頓在非洲和南美洲觀測到了本來在太陽后面無法看到的天體，說明光線彎曲了，更準(zhǔn)確地說是光線沿著彎曲的時(shí)空彎傳播，從而在觀測上驗(yàn)證了廣義相對論。

　　1997年漠河日全食、2008年中國西部、2009年長江流域的日全食期間，中國學(xué)者湯克云研究員等也開展了類似的工作。

八月日全食，科學(xué)家準(zhǔn)備好了

　　日全食期間，月亮將在38萬公里以外擋住太陽光球的強(qiáng)光，這期間對太陽的科學(xué)觀測可能有意想不到的新發(fā)現(xiàn)。因此各國科學(xué)家都將即將到來的日全食視作探析太陽奧秘的“天賜良機(jī)”。

　　針對這次日全食，美國國家航空航天局和美國國家科學(xué)基金委支持了飛機(jī)上觀測日全食的近紅外光譜項(xiàng)目。從地球上看，此次日全食持續(xù)最長時(shí)間為2分鐘40秒。科學(xué)家將利用飛機(jī)“追蹤”，將觀測日全食的時(shí)間提高到7分鐘以上。

　　我國科學(xué)家則集結(jié)在美國俄勒岡州，對太陽日冕磁場展開較為精密的觀測。

　　日冕磁場是產(chǎn)生太陽劇烈活動(dòng)從而影響空間天氣的源頭，也是解開日冕加熱難題的鑰匙。但是，日冕磁場的測量是迄今為止沒有完成的任務(wù)。日全食提供了最小雜散光的環(huán)境，為日冕磁場測量提供了絕佳的機(jī)會(huì)。

　　由中科院云南天文臺(tái)和北京大學(xué)組成的觀測團(tuán)隊(duì)帶來了四架望遠(yuǎn)鏡，將共同完成精細(xì)測量日冕磁場和其他物理以及日冕物質(zhì)精細(xì)結(jié)構(gòu)的任務(wù)。其中，中科院云南天文臺(tái)帶來的第一代光纖陣列太陽光學(xué)望遠(yuǎn)鏡FASOT-1A是這次觀測的主力。這是一臺(tái)口徑304mm反射式望遠(yuǎn)鏡，將對日冕磁場輻射強(qiáng)度和偏振強(qiáng)度進(jìn)行測量。

　　此外，四川理工學(xué)院也在美國俄勒岡州架起一臺(tái)太陽半徑精確測量望遠(yuǎn)鏡，希望通過采集日食開始時(shí)分和結(jié)束時(shí)間，以及月亮相對太陽運(yùn)動(dòng)速度來精確測定太陽半徑。

　　太陽是距離人類最近，也是人類了解最多的恒星。然而到目前為止，關(guān)于這顆恒星仍有許多未解之謎。這次橫跨美洲大陸的日全食將為廣大公眾和科學(xué)家進(jìn)一步了解和研究太陽物理提供難得的機(jī)會(huì)。

　　（原文題為《天文學(xué)家眼中的日全食》）