SPACE 空间
返回主页   http://space.lamost.org

请选择适合您的字体大小:【

追赶日全食

中国国家天文

  导语:2009年7月22日上午,在我国长江中下游地区,本世纪最重要的、持续时间最长的一次日全食将在这里发生。届时,月球本影将沿长江东行,扫过长江中下游两岸的许多重要城镇,许多地方的日全食持续时间将长达5~6分钟,目睹者人数之巨也将会是史无前例的。

点击查看更详细日全食带地图

2009年7月22日全食带中国部分

日全食

  日全食,一种宏伟壮观的自然天象,自古以来就为人类所敬畏、崇拜、惊叹和欣赏。新中国建立以来,在我国曾经观测到了1968年9月22日的日全食(农历八月初一,观测地新疆喀什、伊宁等),1980年2月16日日全食(农历正月初一,观测地云南瑞丽、畹町等),1997年3月9日的日全食(农历二月初一,观测地黑龙江漠河等)和2008年8月1日的日全食(农历七月初一,观测地新疆、甘肃、陕西等广大区域)。2009年7月22日(农历六月初一)上午,在中国长江中下游地区,又将会看到本世纪最重要、持续时间最长的一次日全食。

  实际上,对于这次日全食,地球上最早观测到它的地方将是在印度西部孟买以北的沿海地区,在那里会出现十分罕见的奇异景观“全食日出”。此后,日全食带会穿越印度、不丹以及我国西藏自治区部分地区,再进入缅甸北部,此后进入我国的云南省和四川省。成都地区的人们在上午8时刚过就可以开始观测日全食了,接下来日全食带将移至长江中下游地区。

  发生日全食的基本条件是太阳、月球和地球这三个天体在一个特定时刻,恰好运行到非常接近一条直线的位置上。因为地球公转轨道面和月球公转轨道面之间有一个交角,并不重合,因此这样的机会很难出现。导致全食的月影在地球上形成的全食带很窄,只有大约200千米左右。根据估算,全食的机会对地球上的某一具体地点来说,平均大约370年才能出现一次。全食时间最长不会超过7分40秒,平均值为3分30秒。这一时间对于一次日食的全食带上的不同地点也是不相同的。本次日食的最长持续时间是6分39秒,可惜对应的地点在烟波浩淼的太平洋中。在上海和杭州地区,人们可以“享受”到大约5~6分钟的全食时间。

意义究竟何在

  日全食为什么会吸引科学家和社会公众如此关注呢?大体上说,有如下三个原因:

  一是“欣赏自然”。日全食是一种自然的天象,而人类是本能地热爱大自然的。日全食现象不仅宏伟而壮观,而且又非常罕见。举例来说,在上海地区,上一次见到日全食是在1575年,那还是在明代的万历年间;而下一次能看到日全食,则要到2309年。看来,就“食机”来说,生活在今天的人们是堪称幸运的。所以,观测日全食可以极大地满足人们的“欣赏大自然的美”以及表达对大自然的热爱。

  二是“体验科学”。在远古时代,人们不理解日全食的成因,更不能预报日全食的发生。这就使日全食蒙上了一层神秘的色彩,还产生了种种虽然看上去有趣、但难免牵强附会的故事。观测日全食,人们自然要关心、了解日食的成因,以及太阳物理、太阳构造等有关的科学问题。而且,现在天文台的计算机给出的日全食发生时间预报,其精度可准确到秒以上。这里还用不上相对论和量子物理学的任何修正,只要经典的牛顿力学的结果就足够了。今天,当广大的社会公众看着手表、在预定的时间屏住呼吸,开始惬意的观赏日全食之际,不是也体会到了科学的力量,以及科学是什么、什么是科学了吗?

  三是“研究探秘”。在近代科学史上,日全食期间的专门观测曾经做出了里程碑式的重大贡献。1868年8月18日,法国天文学家让桑(Janssen)在印度观测日全食,他利用分光镜观察在月影后面露出的日珥,发现在日珥光谱中,在对应于元素钠的两条黄色光谱线的很近位置上有第三条谱线,后来证实了这条谱线来自一种以前完全不知道的元素——氦。英国的洛克耶(Lockyer)将其命名为Helium,这个词来源于希腊文的“ηλιοs”,也就是太阳。1915年,爱因斯坦发表了广义相对论。但这种创新的理论却苦于得不到实验的证实。广义相对论的一个推论是,光线在引力场中将发生偏转,例如光线经过太阳附近时要发生偏转,这样就使得光源“看起来”要发生一点位置移动。爱因斯坦希望在日全食时观测太阳附近的恒星位置,以验证这一预言。这一想法得到了英国天文学家爱丁顿(Eddington)的重视。1919年5月29日,在南半球发生了一次日全食。爱丁顿率观测队到西非几内亚湾的普林西比岛(Principe)观测,同时英国皇家天文学会的另一支观测队到巴西的索布腊尔(Sobral)观测。两地的观测结果于1919年11月6日公布,以实测数据第一次证实了广义相对论的正确性,此事在国际间轰动一时。现代的日全食研究课题大都集中于太阳物理学领域,如日冕温度反转、太阳磁场、太阳射电、太阳风、太阳对日地空间环境的影响等,也有关于中微子、引力异常等基础物理学的研究。

追赶日全食

  尽管日全食的实时观测给我们带来了许多惊喜,但天文学家们仍为全食时刻的短暂易逝而感到遗憾。例如1973年6月30日发生于非洲的日全食是20世纪时间第二长的日全食,虽然在地面上观测时间长达7分4秒,但这仍然短的让人沮丧。

  但是,如果用一架高速飞机来追踪月球飞快掠过的阴影,全食的时间就可以被延长。在1973年非洲日全食中天文学家就这样做了!搭乘第一架协和飞机原型机、以超过两倍音速的速度飞行,他们看到了前所未有的长达74分钟的全食。无疑,到目前为止协和飞机上的任一人处在月影中的时间比任何一个在地面上观测的人都要长得多。

  故事开始于1972年春天,当法国恒星和行星物理学实验室的Pierre Lena遇到了第一个试飞协和飞机的飞行员Andre Turcat时,Lena解释说,在日食发生期间,月球阴影移动的速度仅略高于协和飞机正常的巡航速度。因此,搭载上这样的超音速飞机,就可以和月球的阴影赛跑,从而大大延长飞机上的科学家观测日全食的时间。

  在实际操作上,机载日食观测不仅需要考虑飞行速度和飞行距离,而且还需要有足够的空间和载荷能力来搭载科学家和观测仪器。许多战斗机的飞行速度可以达到两倍音速(2马赫),但是受限于相对短的航程和相对轻的载荷能力。协和飞机却与众不同。它一次加油后能以超过2马赫的速度连续飞行3个多小时,飞行距离达6500千米,可携带的有效载荷相当于多达118名乘客和他们的行李。

  导航任务从理论上讲很简单,但实际上要求却很严格:按照规定的时间进入月球的本影,然后继续向东,并尽可能长时间地停留在月影中。在一个半小时的飞行中,每一秒都要精确地掌握。首先从拉帕玛机场飞往会合点,在那里直径250千米的月球本影将以2500千米/小时的速度追上协和飞机,接着以2145千米/小时的时速继续东行。如果协和飞机早到了6分钟,则必须花费42分钟才能等到月球本影的前沿,这样,在飞机不得不进入准备降落状态之前就只有32分钟的全食观测时间。另一方面,如果协和飞机晚了6分钟到达,则本影将刚刚过去,这样就将完全错过全食的观测。考虑到可能遇上的不稳定气流,飞行员Turcat决定日食那天从拉帕玛机场提前20秒起飞。如果有必要,也可以通过采取些空中减速来延迟到达时间。

  1973年日食的轨道形状允许协和飞机在一个大弧线上飞行并保持停留在月影之中。图中表明了日食在开始、中间和结束时飞机的速度(以马赫数表示)和月影的速度(以每小时英里数表示)

  日食那天,在Turcat和四名机组人员的引领下,由七名天文学家、两名助理以及一名摄影师组成了一个“超音速之旅”团组,格林尼治标准时间10点53分30秒,协和飞机飞到了西经9°、北纬20.6°、海拔16057米的毛里塔尼亚上空。以2.03马赫的飞行速度,协和飞机在与预订时间仅相差一秒的时间到达了月球本影区,日食开始慢慢展现在人们面前。

  从协和飞机的舷窗向外探望的人们观察到了一副超现实主义的由两部分组成的全景画。前面一半的世界沐浴在光线昏暗的半影中,后一半则被本影的黑暗所覆盖。月影的边缘缓慢地扫过远处的大地。

  当进入本影时,协和飞机的边缘已沉浸在黯淡的平流层的蔚蓝色中,但全食会慢慢给飞机涂上一层黑色。机翼的弧形前沿仍然闪烁着耀眼的白色,这些光来自于对流层的反射。下方,地球表面的弯曲弧线在465千米以外的地平线上明显可见。

  在进入本影约74分钟后,即格林尼治标准时间12时7分24秒,全食结束了。协和飞机不再追赶移动的月影,开始在尼日尔上空以每小时2206千米的速度和17602米的高度飞行,45分钟之后飞机降落在恩贾梅纳机场,那里,日偏食仍处于回复阶段。

  协和飞机的这一历史性飞行纪录再也没被打破过。直到今年,因为2009年7月22日将发生的本世纪最长的一次日全食,国际著名的日食观测者Glenn Schneider才有机会声称,要打破1973年协和飞机上的观测者们已经创下的日全食观测时间记录(请参见网址:www.clock-tower.com/total.htm)。然而,日食的持续时间仅仅是那次飞行创下的记录之一。

文章来源:中国国家天文

空间天文网 (http://space.lamost.org)整理

电子邮件 | 留言本 | 设置首页 | 回页顶 | 主页
建议使用800*600以上分辨率的显示器及 IE 5.0 以上浏览器浏览
© Copyright space.lamost.org  2003-2010