那些年追过的日食 日食引发的发现和“骗局”

2017年08月28日10:23  来源:《中国科学报》
 
原标题:那些年追过的日食 盘点日食引发的三大发现和三大“骗局”

  盘点日食引发的三大发现和三大“骗局”

  当地时间8月21日,美国大范围地区可见的日全食促使上百万人前往全食带。在这里,月亮和太阳排成一条直线,使陆地陷入黑暗长达2分40秒。尽管如此,对于大多数科学家来说,这种天文现象没什么大不了的。这是因为日食经常发生,大约每18个月就会出现一次。即便在它们没有发生时,天文学家仍能利用日冕仪研究太阳大气层。日冕仪是掩盖太阳耀眼表面的望远镜附件。

  不过,在这种高科技仪器出现的很久之前,日食帮助促成了一些关键的科学发现。以下是3项发现以及一项劳而无功的努力和两项被证实是假警报的“发现”。

  估测地球到月亮之间的距离

  地球到月亮有多远?从公元前400年的萨摩斯的阿利斯塔克斯开始,天文学家一直试图回答这个问题。公元前150年左右,另一位希腊天文学家喜帕恰斯提出了自己的计算方法——利用日食。他了解到,在土耳其西北部,人们可以看到月亮和太阳完全处在一条直线上。但在约1000公里外的埃及亚历山大市,只有80%左右的太阳被挡住了。利用这些信息和一些简单的三角法,喜帕恰斯计算出了地球和月亮之间的距离。他的计算出现了一点误差——大约为20%。如今,人们知道,月亮距离地球约有385000公里,相当于绕着地球行走10圈。

  喜帕恰斯在亚历山大市天文台的绘画。绘画的中心位置是浑天仪,古代学者认为它是宇宙的模型。图片来源:科学历史图像

  “发现”月球周围的气体

  1605年,德国数学家和天文学家约翰尼斯·开普勒提出,日食期间可见的环绕太阳的明亮光环是月球大气反射的光线。只可惜,和地球或者太阳相比,月球实际上并没有大气层。1724年,法籍意大利天文学家马拉尔迪发现,光环环绕的是太阳而非月亮。直到1806年,西班牙天文学家Jos Joaqun de Ferrer才为这个光环——太阳的大气层——取名为日冕(在拉丁语中是“皇冠”的意思)。

  NASA太阳动力学天文台观测到的日偏食。

  图片来源:NASA

  发现新元素氦

  直到上世纪30年代科学家开发出能遮挡太阳光线的望远镜附件,在日食期间观察太阳的外层大气才成为可能。利用分光镜研究太阳大气层,法国天文学家Pierre Jules Csar Janssen在1868年看见了太阳光谱黄色部分中一条未知的线。分光镜是将白色光线分成广泛的光谱色系的仪器。随后,研究证实这条线是由如今被称为氦的新元素产生的。

  1893年,法国天文学家Pierre Jules Csar Janssen在默冬天文台望远镜的目镜前。

  图片来源:Newscom

  追寻不存在的星球

  美国天文学家Maria Mitchell和James Craig Watson以及发明家、《科学》杂志创始人托马斯·爱迪生曾利用1879年的日全食捕捉祝融星的踪影。祝融星是一颗从未被观测到的星球。当时,科学家认为,它引发了水星围绕太阳运行的不规则轨道。3人并未看见祝融星,因为这个神秘的星球根本不存在。阿尔伯特·爱因斯坦在1915年发表的广义相对论证实,扭曲的时空足以解释水星不寻常的运转轨道。

  2016年,从地球观测,水星以黑点的形式从太阳面前经过。

  图片来源:NASA/SDO

  探测到假元素癚

  在另一项利用光谱学开展的研究中,美国天文学家Charles Augustus Young和William Harkness在1869年各自观察到太阳光谱中的绿色部分同任何已知元素均对应不上。他们将这种新物质称为癚。不过,Young和Harkness的发现在上世纪30年代被推翻。当时,科学家发现,癚线实际上是由处于极高温度下的铁产生的。

  19世纪60年代美国哥伦比亚大学使用的分光镜。

  图片来源:美国历史博物馆

  ▲2006年在德国看到的日食的合成照片。

  图片来源:blickwinkel/Alamy Stock Photo

  ▲Arthur Eddington拍摄的1919年日全食照片之一。

  图片来源:F. W. Dyson, A. S. Eddington, C. Davidson

  证实爱因斯坦的广义相对论

  在1919年之前,爱因斯坦还不是为全世界所知的名人。不过,他的相对论预测,物体的引力场会令迎面而来的光线的路径弯曲程度变成牛顿重力说所预测的两倍。虽然影响很小,但在太阳附近经过的星光弯曲的角度会比此前想象的稍大一些。为证实爱因斯坦的预测,英国天体物理学家Arthur Eddington拍摄了一个位于太阳周边区域的星团的照片。得益于日食创建的黑暗,这个星团是可见的。Eddington的观测证实了爱因斯坦的理论。此项发现立即成为各大媒体的头条,从而使这位德国物理学家成为享誉世界的人物。

  历史上发生的日食在今天仍旧有用,因为它们能帮助科学家研究地球的形状和运动。而在此次日食期间,研究人员收集了很多有价值的数据。大气科学家或许会对重力波有更多了解。重力波(不要和引力波混淆,后者是诸如黑洞等两个巨大物体相互旋转产生的)是地球大气层中的涟漪。月亮的阴影会使其运转轨道上的气体冷却,从而引发重力波。同时,为理解日冕为何变得如此炎热——比太阳表面热上百倍,美国宇航局的天文学家在密苏里州、伊利诺伊州和田纳西州上空放飞了两架喷气机,以捕捉从日冕喷射出的一缕缕明亮物质的移动。

  此次日食期间,诸如纽约柯盖德大学研究历史天文学的专家Anthony Aveni等其他科学家只是带着敬畏注视天空。“日食是一种不同寻常的现象。”Aveni说,“你会感觉正在见证一件庄严的事情。”

(责编:陈海燕、蒋成柳)