日食与日凌

苏更林

在浩瀚的天际，尽管各种天体和人造飞行器相距甚远，并且在各自的轨道上运行，但在太阳系中，太阳、地球、月亮以及人造飞行器的光影在一定条件下是可以发生作用的，由此呈现的光影奇观令人叹为观止。

据称，一个地方的人如果不去其他地方，平均400年左右才能看到一次日全食。2015年3月20日，一次壮观的日全食在天宇上演，但中国绝大部分地区的人无缘目睹这一奇观，只有新疆北部地区的人可看到日偏食。不过，人们不必为此遗憾，因为2016年3月9日还将发生一次全国许多地区都能观赏到的日全食。

从“天狗蚀日”说起……

日食作为古今中外最受人们关注的天象之一，人们对其科学的认识经历了极其漫长的岁月。在很早以前，“天狗蚀日”的说法就在民间广为流传。我国保存有世界上最古老、最系统的日食观测记录。不过，限于当时的科技水平，人们对于日食的观测和研究还是十分粗糙的。直到16世纪中叶，由于天文学和其他学科的发展，人们对日食的观测研究才得到了发展和提高，从而逐步揭示了日食的成因。

原来，日食现象是当月球绕地球运转到太阳和地球的中间时，如果此时太阳、月球、地球三者正好排成（或接近）一条直线，那么月球就会挡住太阳射向地球的光芒，因此月球的黑影就会正好落到地球上，这时就会发生日食现象。根据交食的情况，日食可以分为日全食、日偏食、日环食三种。

日全食必须在太阳、月球、地球排成一条直线时才能发生。在日全食的时候，月球在地球的影子分为两部分，中心的地区叫本影，外面的区域叫半影。只有处在本影的位置才能看到日全食;在半影区域的位置能看到日偏食。也就是说，在发生日全食时，月球距离地球比较近，此时月球的本影能扫过地球，所以从这个位置来看，月球把太阳全部遮住了。

日环食作为一种日食现象，发生概率是非常低的，因此是一种十分少见的天象。当月球处于太阳和地球之间的时候，就会遮挡住射向

地球的太阳光。而当月球距离地球比较远的时候，由于不能完全遮住太阳就会形成日环食。发生日环食的时候，太阳中心黑暗，边缘明亮，在天空中会形成一个耀眼的光环。因此，相比于日全食和日偏食来说，日环食更具有观赏性。

在日食中现身的“元素”

日食观测是人们认识太阳的重要手段，因此具有十分重要的科学意义。天文学家严森和洛克耶通过日全食观测发现“太阳元素”的事例，一直被科学界认为是日食观测史上的一段佳话。巴黎科学院为了纪念这一具有划时代意义的科学发现，特别铸造了一枚金质纪念牌。这枚金质纪念牌一面雕有传说中的“太阳神”，另一面则是两位天文学家的浮雕像。每当人们看到“太阳神”驾驶4套马车的英姿，就会联想到这两位天文学家的功绩。

日冕的细节

在19世纪，当天文学家预测到印度将于1868年8月18日发生日全食时，世界各地的天文学家和物理学家异常兴奋。法国米顿天体物理观象台台长严森和英国皇家科学院太阳物理天文台台长洛克耶就是其中的代表人物。1868年10月26日，法国巴黎科学院收到了两封内容相同的来信，分别是严森和洛克耶写来的，都报告了同一个重要的科学发现，那就是在观测日全食时意外地发现了日饵中的黄色光谱。巴黎科学院对这两封来信极为重视，经过比对认为这条黄色光谱不属于当时已知的任何元素。

后来发现，这是人类有史以来第一次发现的一种太阳上的元素，因此人们就取希腊神话中的“太阳神”之意，把这一元素命名为“太阳”元素（中文名称为“氦”）。为什么日食观测具有如此重要的科学意义呢？原来，我们平时所见到的太阳只是它的光球部分，光球外面的太阳大气则淹没在它明亮的光辉之中了。其中色球层和日冕是太阳大气的两个重要的层次，对揭示太阳的物理状态和化学组成极具价值。

色球层是太阳大气中的中间层，在光球之上大约有2000千米的厚度;日冕是指太阳外面包裹的具有极高温度而又十分稀薄的等离子体，其范围要比太阳本身还大好几倍呢！据说，日冕的光度只有太阳本身的百万分之一，平常由于其完全隐藏在地球大气散射光造成的蓝色天幕中，因此我们通常是观测不到它们的。而在发生日全食时，由于月亮挡住了太阳的光球圆面，从而在漆黑的天空背景中可以相继现出红色的色球和银白色的日冕，因此科学家可以抓住这一有利时机来观测色球层和日冕，进而揭示有关太阳的科学秘密。

“神的惩罚”是怎么回事？

在漫长的历史长河中，因观测日食方法不当造成的眼睛伤害不计其数，古人认为那是“神的惩罚”。现在我们早已知道，这是太阳红外线的热效应对眼睛的灼伤。

原来太阳是一个能够发出极度强光的天体，其发出的强光是由各种频率的单色光组成的复色光。我们如果把太阳光进行色散处理，就可以得到赤橙黄绿青蓝紫7种颜色的单色光。这就是我们通常所说的“可见光”。实际上在太阳光中还有并不被我们眼睛感知的“不可见光”，这种“不可见光”主要有红外线和紫外线等。红外线的波长非常大，照射到机体上时具有显著的热效应。太阳红外线具有很强的穿透力，很容易通过我们眼球的角膜、晶状体和玻璃状体而直达视网膜，当它被视网膜上的色素细胞吸收后就会转化为热能，从而对视网膜造成严重的灼伤。这在医学上被称为“日食性视网膜灼伤”，目前对此还没有有效的治疗方法，所以应当以预防为主。

电视信号受到日凌干扰

那怎样观测日食才安全呢？对于一般的天文爱好者来说，应当采用以下几种方法来观测日食。一是使用保护镜观测日食。因为保护镜可以有效阻隔阳光中的红外线和紫外线，从而可以保护我们的眼睛免受阳光的伤害。这种保护镜可以使用两块已曝光过的黑白胶片重叠制成，也可以使用特制的太阳屏滤光片，当然还可以使用涂有黑墨的玻璃片。无论使用什么样的保护镜，都要注意检查它的滤光效果，只有在确定它安全可靠时才可以使用。二是使用望远镜观测日食。有些望远镜是专门用于观测日食和月食的，倍率从几十倍到二三百倍不等。

日凌——守时的“访客”

如果说太阳、月球、地球三者排成一条直线会发生日食现象，那么，太阳、通讯卫星和地面接收天线处在一条直线上会发生什么呢？那就是日凌现象。日凌是一种无法避免的自然现象。在日凌期间，太阳、通讯卫星和地面接收天线恰巧处在一条直线上。从地面上看，通讯卫星的影子正好投在了太阳上，即通讯卫星把太阳给遮挡了。因此，太阳的无线电波就会干扰原本接收卫星信号的地面天线，从而造成电视画面出现雪花甚至黑屏现象。

太阳每时每刻都在向外辐射电磁波，波长从最短的伽马射线、X射线、紫外线，到我们肉眼能直接感受到的可见光，还有更长的红外线和无线电波。其实，日凌是一个非常守时的“访客”，在每年的“春分”和“秋分”时节都会准时造访。这与太阳的转动有关，只有在每年的春分和秋分前后，太阳才会经过地球赤道上空，而赤道上空的地球同步轨道通信卫星又与地球保持同步转动。当通讯卫星正好处于太阳与地球之间的直线上时，卫星地球站天线在对准卫星的同时也对准了太阳，使得太阳产生的强大的电磁波直接投射在了地球站天线上，从而干扰地面天线正常接收卫星信号。

对于不同城市，受日凌影响的日期和时间并不一样，这主要是因为日凌发生的时间与城市所在地的经纬度有关。收看地区所在的纬度越高，看到卫星的高度越低，太阳的位置越早与之重合，因此发生日凌的日期越早。纬度相同的地方，经度越大，由于卫星相对地球自转静止不动，卫星地面站和通讯卫星的连线指向天空的位置越靠西边，因此每天发生日凌现象的时刻越晚。日凌持续的时间长短，还与用户天线的口径有关，天线口径越大，方向性越好，受太阳“噪声”的干扰就越小，日凌持续时间就越短。

日凌来访只是对卫星通信造成一定的影响，而对有线电视、手机以及固定电话等基本上不产生影响。这是因为手机一般不通过卫星传输，而是通过地面基站进行传播。那么汽车GPS导航系统是否会受到日凌影响呢？实际上，尽管汽车GPS导航系统也是依赖卫星进行定位的，但由于GPS导航系统由多颗卫星组成。即便是某一颗卫星受到了影响，但还有多颗其他卫星可以正常运行，并且这些卫星并不在地球同步轨道上，所以汽车GPS导航系统是不会受到日凌干扰的。

【责任编辑】庞  云