日全食姿势知多少？天文学家带你领略

　　——专访国际天文学联盟日食工作组主席杰伊·M·帕萨乔夫采访、整理：韩晶晶北京时间今天晚上，身处美国俄勒冈州到南卡罗来纳州的一条狭窄通道内的人将看到一次超级日全食，为了帮助天文爱好者更好地了解日食，我们采访了美国威廉姆斯学院的杰伊·M·帕萨乔夫（Jay M. Pasachoff）。作为一名天文学家，也是国际天文学联盟日食工作组的主席，帕萨乔夫到目前为止已经在全球各地观测了65次日食。

　　来源：资深摄影师叶梓颐对于普通爱好者来说，可能主要是欣赏日全食这种奇妙的天文景观；而作为天文学家，他们除了欣赏之外，他们还要借此研究一些天文问题。问：日食有哪些观测方式？我喜欢在日食的时候来到户外，一边享受着世界变黑的过程，一边进行观察研究。很久以前，我会建议别人制作小孔成像装置，或者用厨房里的干酪擦板观赏日食。不过近年来，仅需1美元即可买到的日偏食滤光片逐渐流行，这样的建议也就过时了。如今任何人都可以用这种滤光片看着太阳，从日食开始到太阳完全被遮住的这一个多小时中，慢慢观察太阳被一点点遮住的情景。在太阳完全被挡住的前几分钟，你会注意到太阳周围的光发生了奇妙的变化，甚至有点诡异。由于此时日光仅来自太阳边缘，物体的影子变得十分尖锐。微风搅动着凉爽的空气，阴影在地上快速地摆来摆去。问：你觉得日全食最精彩的时刻发生在什么时候？月亮几乎完全遮住太阳的前几秒，只有几缕日光从月球表面的峡谷中穿过来，整个太阳似乎变成了一串珠子。这些亮珠慢慢失去光辉，直到只剩最后一个，仿佛戒指上嵌着一颗闪亮的钻石。有时候“钻石”两侧是红色的狭窄镶边，还有整个白色的“戒指环”套在月亮的轮廓之外。然后钻石也消失了，此刻你可以拿开滤光片直视太阳，而且我也推荐你这么做。平时被蓝天隐蔽的太阳大气一下出现在你眼前。

　　这是日冕的内层和中层，由从太阳表面飞出的等离子体构成。日冕的亮度和满月差不多，比正常日光暗100万倍，因此用裸眼观看也没有危险。乍一看，日冕就像是钻戒的金属环，不过仔细观察就能看到它的完整模样——像是从太阳表面延伸出来的珍珠色气体晕，其范围甚至比太阳半径还大数倍之多。假如你足够幸运，你甚至能看到等离子体喷射到宇宙空间的壮丽景象。问：你观测过多少日全食了？我在大学一年级的时候看了我人生中的第一次日食，从此我便被深深的迷住了。我在那之后一共到世界各地观看了65次日食，其中33次是日全食。我很期待今年的8月21日，那将是我的第66次日食体验。这次日全食的观察范围横跨了整个美国领土，这还是1918年以来第一次。问：每次观察日全食，你有什么感受？日全食的美丽是那么震撼人心，没人能找到合适的语言表达。每个看过日食的人都告诉我，虽然他们知道我已经尽力在抒发自己的激动之情，但相比真实观看的感受，我的语言还是太过苍白无力。电视转播和电脑屏幕也不能完全传递这美妙的感觉。因为照片不能准确反应动态的亮度变化，丢失了令人炫目的对比度。在户外感受世界变暗的过程是一种完全超乎常识的体验，天空的亮度先是缓慢变暗，接着在几秒内变成原来一万分之一的亮度，几乎每个人都会感受到太阳被夺走的恐惧。

　　问：作为天文学家，日全食对于你们的研究有什么意义？我追逐日食并不仅仅是为了感官享受，还因为日食为科学家提供了平时无法得到的观测条件。虽然科学家可以给地面望远镜加上金属锥或遮光板制成所谓的日冕仪，用来观察太阳边缘，但这种人工日食的效果远不如真实日食好。即使在偏远的高海拔山区，周围的空气分子依然会让天空显得太蓝太亮。太空中的日冕仪也有其他问题，除了遮住整个太阳圆盘外，还需要遮住周围很宽的范围，不然会有太多光通过散射进入仪器。除此以外，每个望远镜的分辨率都是有限的，会让入射光变得有一点模糊。而天然日食就没有这个问题，因为此时的“望远镜”实际上是整个地月系统，分辨率极高。我们可以结合地面与太空的观测，得到一副完整的太阳图像。只有在清凉的月影内，我们才能在可见光波段观察日冕的内部和中部。问：这一次超级日全食，你和同事主要想研究什么问题？我们希望在日冕的内部找到天体物理学中最令人费解的一个问题的答案：为什么离太阳表面越远的地方，温度反而越高。通常来说，热源，比如营火或暖气片周围的温度会随距离增大而降低。太阳中心的温度高达1500万摄氏度，向外逐渐降低，在太阳的光球层（向宇宙发射阳光的部位）附近降到5500摄氏度。可是接下来温度反而开始上升了。在光球层之上薄薄的一层气体中，温度回升到10 000摄氏度以上，接着又突然跃升到数百万摄氏度。目前，科学家对这种现象的成因依然没有定论。从我第一次在1973年的《科学美国人》杂志上描述日冕科学以来，科学家已经进行了大量观测，理论上也有了很多进展。太空中现在有一系列望远镜在紫外波段和X光波段持续对太阳进行观测，这些信息我们在地面是无法得到的。同时研究者开发了各种复杂的工具，把不同的观测结果结合在一起。如今我们对日冕温度问题的解释有了一点眉目，我们知道这应该与太阳磁场有关，但具体细节我们还不清楚。日冕的谜团远不止这一个，即将到来的日食应该能帮助科学家在解决这些科学难题的道路上更进一步。

　　问：天文学家对日冕还有什么了解？科学家对日冕已有很多了解。首先，它看起来像一只巨大的豪猪，向外延伸出许多纤细的冕流，有一些底部较粗，在高处变细，像一个尖尖的头盔。这些冕流的形状随太阳活动周期变化。2012年到2014年是太阳周期中太阳黑子较多的年份，盔状流爆发的位置可延伸至南北纬30度位置，因此日冕整体看起来是圆形。我们如今正处于太阳活动极小期，这个时期内的日冕呈扁平状，盔状流大多出现在太阳赤道附近，同时两极出现细直的冕羽。太阳表面有带电粒子飞入太阳系，也即是所谓的太阳风。在冕流之间的空旷区域流出的太阳风速度可达每秒数百千米，是其他区域的太阳风速的两倍。在日冕底部和太阳光球层的连接处，有着气体形成的小型环流，可能由目前观测手段难以分辨的细流组成。当波沿着或穿过冕环来回反弹时，这些冕环还可能发生脉动。日冕的这些纷繁复杂的细节源自太阳深处的粒子流形成的磁场。但研究者还不知道磁场的变化是怎样让日冕温度变得如此之高的。我们之所以确定这和磁场相关，是因为与热传导不同，磁过程是不受热力学限制的，有可能让能量从低温的太阳表面流向高温的日冕区域。文章由企鹅科学和科普中国联合推出转载请注明来自“科普中国”