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日全食:现代科技和天文奇观在太阳上的邂逅

  日全食:现代科技与天文奇观在阳光下相遇

  在全日食出现之前的两三分钟内,天空似乎并没有渐渐变暗,而是像幻灯片一样突然变黑。月亮的影子也像飞云,从西方迅速飘浮,黑暗而快速。作为一名天文学家,中国科学院云南天文台研究员林军对中国7月22日发生的日全食一直期待。因为他的研究方向恰恰是理论太阳物理和各种太阳活动的分析和研究。 “太阳实际上是一个普通的自发光明星,就像天上的星星一样,但比其他恒星更接近我们。”这也意味着太阳很有可能对物种的研究会使人们对遥远的恒星乃至宇宙的认识更加深入。在“科学时报”记者林俊说:“无论是科学家还是业余天文学家,日全食都是观察太阳的绝好机会。历史上最有名的科学观测一个全日食,它是1919年5月29日爱丁顿验证爱因斯坦的广义相对论观测的一个循环。当时英国剑桥天文台Editington已经成功地获得了日食观测资料。经过仔细的测量,分析和计算,偏转角度为1.64秒,这与爱因斯坦在1.75秒秒内预测的完全一致。这接近了广义相对论正确性的无可辩驳的证明。从整个地球上,发生日食甚至全日食的概率并不是很低。科学计算表明:一年两到四次月食,个别年份可能发生5次。仅日全食,每100年发生65次,平均一年以上。但是,每次你看到的全蚀都只是一条两三百公里的狭长带,占地面积不到地球总面积的1%,大约需要375年才能使整个地球表面都在转弯一次。因此对于每个具体的地方,日全食已成为罕见的自然奇观,统计显示,同一地点两次看日全食,大约平均间隔370年。 “最长的平均全食时间只有3分30秒”。林军说:“7月22日发生的日全食之所以长期受到关注,是因为很多科学家认为这是本世纪最重要的第一次日全食。”
这次日全食从印度西部开始,阴影将花费八分钟席卷印度。席卷尼泊尔最南端和孟加拉国最北端,大部分不丹穿越缅甸北部,并将西藏(Zayu)的尖端摩擦到云南,最终在太平洋东部结束。整个食用区仅占地球表面的0.71%,并占有很大一部分海域,因此,这次全日食的最佳观测点在我国。7月22日,月球将比地球更接近通常情况下,太阳远离地球的距离远远大于地球的观测结果显示,月球的直径似乎比太阳大8%左右,所以日全食时间特别长。日全食的中心可以持续六分半钟以上,这是1991年至2132年间世界上最长的日全食。然而,只有在太平洋,我们才能达到这样的时间长度,因为我国的土地观测,上海可以达到5分钟,这是自1814年以来我国最长的日食。“林军解释说。肉眼看来,人们只能看到太阳的光球表面,有时可以看到太阳的太阳黑子,对太阳内部的了解是科学家进行的各种科学研究的结果,现在他们对恒星以外的色球,突起,日冕等现象的认识还在不断加深,最早的人类也是在日全食期间可以看到和研究的。 “林军说。科学的非凡价值
科学家研究日食的初步观察是从天体力学的角度进行的。自19世纪中叶以来,随着光学的发展和应用,天体光谱学和摄影技术,日食观察已经转向了太阳自身的物理状态,太阳是太阳系家庭的中心,已经存在了约50亿年,现在处于其“年轻时代”的主要地位。林俊形容,就好像太阳的表面看起来就像一个煮熟的米粥一样,米粒结构一直保持着上下的强大的磁场。使用日食,可以观察到一些通常不会发生的特殊现象。最明显的是观察太阳周围的明亮环,太阳日冕。 “日全食阶段是用肉眼看到冠状星的独特机会,当月亮完全被明亮的太阳遮挡时,我们可以看到日冕,它有11年的变化周期,太阳黑子“林俊说。白冕相机是一个日全食的经典项目,其研究具有重要的意义电晕的亮度,形状,冠状的精细结构(如流光,拱形结构,冕洞等),冠状磁场等。日冕是太阳最外层的大气层,非常薄而黑,亮度只有太阳本身的百万分之一,即使在日食和日食的时候也看不见它。林俊说,在太阳日食观测历史确实可以成功,理想的冠状白色照片并不多,因为获得这样的照片对仪器有很高的要求:一是在较高的光学空间分辨率下需要几米长的焦距照相机;二是在那里是所有内部电晕特征的合适曝光时间;再次,需要一个合适的径向调光板来补偿内部和外部不均匀的电晕强度,使用精心设计的辐射板,天文学家可以采取1到6个日冕白光自20世纪70年代以来,随着各类科学卫星在天空和空间技术方面的飞速发展,特别是在SOHO卫星翱翔之后,太阳电晕在非日食期间可以观测到20个太阳半径以内,使人们的视野大大开阔。白色电晕极化观察是重要的元素。 1871年科学家发现了日冕白光偏振光的存在,而且偏振态更高,这与大气的磁场有关。因此,在日食观察期间对白光极化的观察几乎是一个传统的项目。科学家认为,光的偏振可能是由太阳日冕中自由电子的“汤姆逊散射”引起的。林军说:“观测主要集中在日冕的极化方向,极化随太阳周期变化,太阳极地区与赤道地带的极化差异,太阳极化沿太阳半径的变化等,从观察和验证“汤姆逊散射”机理,研究电晕高极化度的精细结构。“光谱观测需要光谱仪(也称光谱仪),这就是光谱仪中的电晕在狭缝平面上,只有一小部分的冠状光线通过狭缝进入光谱仪,并被一个光栅分开,以不同的波长排列,形成一个彩色的光谱带,然后科学家将自己放置在一些感兴趣的光谱带上,图像并拍摄成照片,由于电晕的低亮度,冠状光谱观测比白光和偏振观测更困难servations。为了研究太阳日冕的物理性质,如冠状温度,电子密度,物质运动速度,化学成分和元素丰度等,不能没有光谱观测。通过测量线形的形状并用一些理论指导,我们可以推导出日冕的一些重要物理参数,进而推断太阳日冕的物理状态。科学家通过角度研究发现,日冕温度高达数百万度,这是难以想象的高温。 “林军说,闪光光谱是日食中最难观察的项目,日光色球是光球的大气层,在球层薄层之上,厚度只有2000多公里,只有当月亮即将完全覆盖的日子一会儿,太阳即将从月球后面出现,太阳色层有机会透露出来,只有10秒的时间就可以使用了。“由于这个观测的难度,目前还没有很多日月食已成功获得了闪光光谱“,林俊说,中国的天文学家获得了1980年云南全日食期间的第一个闪光光谱数据,2008年在中国的甘肃日全食中,云南天文台的天文学家中国科学院不仅成功地观测了太阳色球的闪光谱,而且获得了色球谱的偏振观测资料,国外天文学家多年来所取得的成就,引起了国际上的高度关注。闪光谱(包括连续谱)观测资料极其宝贵,其处理和分析可得到太阳色球的大气色彩模型,大气温度,密度,速度,化学元素和丰度等重要物理量与高度太阳。 “2035年再见”从去年开始,一连串的外国科学家和我联系,想来中国看日全食。由于机会非常少,林俊也早有良好的观察准备,但是为了让市民更加科学地观察这次难得的日全食,林军放弃了去现场的机会,选择了作为在媒体上的客人。 “下一次你看到我们国家的日全食,26年后你要等到2035年,只有西藏和其他偏远地区才能看到。林俊说,随着科学的发展,天文学家们已经完全知道为什么日食发生,每次日食的一般过程是什么。在全蚀出现前的两三分钟内,日光的变化似乎不是渐变的,而是突然下滑,就像飞云的阴影一样,月亮的阴影从西方迅速飘落,阴沉而快速。林俊认为,全蚀阶段是最重要的观察。例如,红色,比日冕略大的突出的突出部分,总是靠近太阳的水星,以及包括金星在内的几颗明亮的星星都是观察的关注点。 “这一次,水星在太阳东边约10度,离太阳约10度 - 也就是说,它向前伸展你的手臂,拳头很宽,金星在地平线附近约44度,似乎是晚上的风景。“林俊说。虽然我不能参观现场,但林俊并不觉得太遗憾。他说:“中国天体物理研究的进展是巨大的,即使是外国科学家也叹息并认识到中国科学家的工作不容忽视。 “目前中国非常重视天文学的发展,比如正在打造世界上最大的单孔径射电望远镜FAST,这在国内的重大需求上具有重要的应用价值。林军认为,天文研究在很大程度上依靠观察,一旦有了更先进的观测仪器,你就领先于其他国家。 “日全食是罕见的,但更重要的是,它可以激发一些年轻人对天文学的兴趣,这对我国未来的天文研究后备人才具有重要意义。”林俊说。 “科学时报”(2009-7-22 A3每周焦点)
 

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