中英科学家加蓬联合观测日全食

日全食时，地面可观测到太阳高层大气色球和日冕

日全食是科学研究的良机

地球围绕太阳公转，每年365.26天旋转一周，地球的轨道平面被称为黄道。月亮围绕地球公转，每27.3天完成一次周期运转，月亮的公转轨道面称为白道。白道与黄道之间的夹角略有变化，平均为5°9′。由于地球和月球的轨道运动，如果地球、月球和太阳恰好位于同一条直线上，月球处在地球和太阳之间时，在地球上处在太阳和月球连线方向的区域便会观看到日全食现象。

日全食是一种非常壮观的天文现象，此时，地面光线会迅速变暗，犹如黑夜到来，星星出现在天空，凉风吹起惊动群群飞鸟，如若身临其境定会感受颇深。

日全食作为一种少见的天象，为天文学家研究宇宙奥秘提供了难得的机会。如氦元素就是“太阳元素”，首先在日食观测中发现，而后在地球上实验室中经过光谱证认的。但最著名的例子是英国天文学家爱丁顿的非洲日全食观测，1919年5月29日，爱丁顿带领一支观测小组赴非洲，观测日全食期间太阳附近恒星的位置变化。只有在日全食的情况下，太阳和恒星可以同时被观测到。尽管爱丁顿等人的观测结果在可信精度的边缘，但他们首次观测到引力透镜效应，支持了爱因斯坦的广义相对论预言。

如今，国内外科学家仍然通过日全食进行科学研究。这是因为，尽管我们目前拥有了众多的日冕仪来观测高层大气，但是地球大气和仪器的杂散光导致测量精度远不如日全食时的观测。尤其是对太阳高层大气产生的辐射偏振测量来说更是如此。因此，日食期间，太阳高层大气（包括色球和日冕）是太阳物理学家关注的焦点。天文物理学家通过它研究引力问题，气象学家通过它研究大气和气象问题，地球物理学家则借此机会研究地球磁场的变化。每次日全食，我国天文学家都不辞辛苦，跨越千山万水进行科学研究。

日食形成原理

2013 年11月非洲日全食

2013年11月3日混合日食经过的日食带

2013年有两次日食发生，其中世界标准时间5月9~10日发生一次日环食，环食带宽171~225千米，经过澳大利亚、巴布亚新几内亚东部、所罗门群岛、吉尔伯特群岛。食甚最大持续时间为6分3秒，发生在太平洋中部的法属波利尼西亚群岛。2013年11月3日，是一次混合日食。它的一小部分是日环食，环食带在大西洋西部，发生时间在日出时刻。其他部分是日全食过程。整个日食带经过大西洋北部（美国佛罗里达州以东）到非洲大陆（包括加蓬、刚果、乌干达、南苏丹、肯尼亚、埃塞俄比亚和索马里），日全食食甚持续最长时间为1分39秒，食甚最长持续时间所处的地区在象牙海岸和加纳共和国南部的大西洋中。可观测日偏食的范围则十分广大，包括北美洲东海岸、格陵兰岛南部、百慕大地区、加勒比群岛、哥斯达黎加、巴拿马、南美洲北部、几乎整个非洲大陆、伊伯利亚半岛、意大利、希腊、马耳他、俄罗斯南部、高加索地区、土耳其和中东。

新型太阳观测仪器——光纤阵列太阳光学望远镜

2013年非洲日全食观测之旅，中国和英国科学家使用了新型太阳观测仪器——光纤阵列太阳光学望远镜（FASOT）。此观测仪器的构想最初由中国科学院云南天文台屈中权研究员提出，将“宽波段高效率偏振分析器”与“积分视场单元技术”相结合，可以实现太阳局部区域高时间分辨率偏振光的高精度成谱成像测量。致力于获得太阳大气中物质和能量（尤其磁场能量）从光球底层到色球高层的传输过程信息。可以发现太阳大气中的快速变化现象，并帮助理解对空间天气有决定影响的太阳爆发现象。

FASOT小组与英国杜伦大学高级仪器研制中心以及南京大学充分合作，经过一年多的艰苦努力，完成了原理样机的设计和制作任务。2013年7月24日在中科院云南天文台通过验收，获得了中外权威人士的肯定与好评。国际著名太阳物理学家斯坦福洛（J.O.Stenflo）评价道：FASOT的先进技术可能打开通向一类太阳观测新仪器的大门。

新型太阳观测仪器：光纤阵列太阳光学望远镜

值得指出的是，该原理样机由于其易搬动性，成为目前国际上太阳高层大气偏振观测的最先进仪器。

该次日全食观测的科学目的是：使用光纤阵列太阳光学望远镜原理样机，在国际上首次实现太阳高层大气中积分视场单元内多条闪耀谱线同时偏振成谱成像观测。

我国天文学家的科学追求

太阳是距离地球最近的一颗恒星，通过观测太阳，天文学家可以得出恒星多方面的物理参数和性质。太阳又是太阳系的主宰，它的一举一动牵动着整个太阳系的命运。如今人类科技水平已经发展到崭新的阶段，空间利用和空间探测活动日益频繁。这就更加吸引了科学家对太阳的关注。天文学家发现，太阳上存在剧烈的活动现象，如耀斑爆发、日冕物质抛射等等，它们可以向太阳系的行星际空间喷发出大量的高能量带电粒子以及强烈的高能电磁辐射，给空间卫星、飞行器、宇航员、甚至地球表面活动带来巨大的危害，引起一系列生产生活的不良后果。

太阳活动的能量释放过程主要发生在太阳大气中，尤其是中高层大气：色球和日冕层。弄清这里的物理过程和物理状况，是理解许多太阳之谜（比如日冕加热难题）的前提。中科院云南天文台屈中权研究员带领的太阳偏振测量小组，正在做这方面的努力。他们同英国科学家一起，设计制造观测设备，利用设备进行日全食观测，整理分析数据，试图探索太阳中高层大气的物理秘密。迄今为止，他们已经在国际顶级刊物，美国天文学会出版的《天体物理杂志》发表论文2篇，在国际上首次获得闪耀偏振光谱。

好事多磨的加蓬日全食观测

日全食的预报可以做到非常精确，但是全食带各处的天气准确预报却是难题。对于紫外、光学和红外波段，日全食发生时观测区域是否有云层的遮挡是观测成功的基础。

2013年的日全食扫过非洲大陆的中心地带。考虑到交通的便利、政局的稳定和社会发展程度（如在观测区域道路情况）的需要，只有加蓬和肯尼亚候选。在加蓬，日全食食甚持续时间为1分多，而在肯尼亚，作为全食发生收尾阶段，食甚只持续不到20秒。在加蓬，那时处于热带雨季，道路泥泞，全食时预报的晴天可能性只有50%，而肯尼亚的晴天概率为80%以上。面对这两难的选择，屈中权研究员基于仪器调试的需要和日全食食甚时间长短的考虑，选择观测地点在法语国家加蓬。

2013年10月26日，观测小组到达广州，深夜搭乘埃塞俄比亚航空公司班机于27日中午到达埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴，然后转机于当天下午到达位于非洲西海岸的加蓬共和国首都利伯维尔。令人十分预想不到和遗憾的是，由于加蓬日全食组织方面未能及时将携带的仪器清单报关，在通过海关时，装满精密观测仪器的11个箱子被加蓬海关扣留。在求助于我国驻加蓬大使馆后，由大使馆人员出面，于29日下午才将仪器取出。在此真诚感谢中国驻加蓬大使馆全体成员！

由于雨季道路泥泞，观测小组选择靠近全食带中心，沿1号公路的地方作为候选点。2013年10月30日，在租用一张皮卡和轿车后，在当地会说汉语的向导（曾经在中国长春留学7年）带领下，向中心线出发。然而，在考察全食中心线附近的学校和小村庄条件之后，他们只得将离中心线约12千米处于加蓬目前最好的1号和2号公路交叉的小镇比丰(Bifoun)作为观测地点。在从中心线返回比丰的过程中，皮卡车抛锚，幸得我国在当地工作的工程人员李师傅的帮助，才得以将仪器运送到比丰小镇的旅馆中。该地距离首都利伯维尔约185千米。

在随后的三天时间里，他们克服了赤道热带雨林炎热的天气，天气的反复无常以及蚊虫的无情叮咬等诸多困难，架设帐篷，在夜里为望远镜定位，在白天下雨的空歇将仪器调整至最佳状态。

11月3日早上，乌云密布，没有一丝阳光透出。上午云层慢慢散开。下午，朵朵彩云漂浮在发生日全食的区域。为了保证观测的成功，屈中权研究员将观测小组一分为二。根据仪器的特点，将测量闪耀偏振光谱的FASOT原理样机留下，而将进行偏振成像观测的两台小望远镜派遣到中心线。

日食发生过程中，彩云加快消散。当地时间2:53分前后FASOT原理样机成功获得从516nm到531nm波段内所有高层大气谱线的闪耀偏振光谱。通过资料处理后，将在国际上首次获得该波段同时成谱成像偏振信息。特别值得注意的是，通过这次观测，他们获得了日冕绿线FeXIV530.3nm的闪耀偏振光谱。此前，他们在2008年日全食、2010年日环食和2011年日全食都进行过尝试，但是没有获得该谱线的闪耀偏振光谱。

2013年11月5日，回到首都利伯维尔，这样屈中权一行6人完成日全食观测任务，再次搭乘埃塞俄比亚航班返回祖国。目前，他们正在紧张地处理观测资料中，以期获得观测上的突破。

（责任编辑 张长喜）

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□ 云 昆

迷你问答系列（三）