中国国家天文：不要错过今年8月1日的日全食

中国国家天文
　　文/林元章

　　导语：“黑夜”突然降临在白天，天空中出现了星星，一些飞禽走兽因“黑夜”的提前到来而惊恐不宁，这就是天象奇观中最奇特、最令人敬畏的天象——日全食。2008年8月1日，在我国西北部地区将发生一次日全食，那里的云层覆盖率较低，观测环境较好，是一次不容错过的感受日全食的良机。

　　新世纪我国首次日全食

　　日全食就是大白天突然降临“黑夜”的罕见天象。它起因于月球绕地球公转而走到日地中间时，遮挡掉整个太阳光球的强光，使处在月影中的地球大气和地面失去阳光的照射，如同黑夜。此时天空出现星星，黑色日轮的周围显现出太阳的高层大气——红色的色球层和银白色的日冕，非常壮美。同时，一些飞禽走兽也因“黑夜”的提前到来而惊恐不宁，从而形成奇特的大自然景观。难怪有人认为日全食是所有天象奇观中最为奇特和最令人敬畏的天象，是天象奇观之冠。

　　随着月球在其轨道上继续运动，以及地球自转和公转，月球本影在地面上扫出一条狭长地带(称为全食带)，它的宽度不过几十公里至几百公里，长度可达几千、上万公里。只有位于全食带内的人们，才能看到日全食。虽然从世界范围来说，大致每三年可以发生两次日全食，然而对任一具体地点而言，平均需要几百年才能看到一次日全食。尽管我国幅员辽阔，但上个世纪发生在我国境内的日全食也仅仅只有6次。不过值得庆幸的是，本世纪头10年就将在我国境内发生两次日全食，即2008年8月1日我国西北地区的日全食和2009年7月22日在长江流域广大地区的日全食。

　　今年8月1日的日全食开始于加拿大北部，穿过北极圈、俄罗斯、蒙古之后，进入我国境内。其中在俄罗斯境内的日全食持续时间(也称为食延)超过两分钟，日食时太阳的地平高度也较大(25º~33º），照理说应有利于观测和观赏。然而根据历年的气象资料分析，该地区7月~8月间经常云层密布，云层覆盖率超过60%，可观测风险较大。但在进入我国境内之后，云层覆盖率迅速下降，观测环境愈益改善。我国哈密和酒泉地区7月~8月份的日照率非常高，能够看到日全食的概率分别达到76%和67%。根据我国专家多方面的分析，一致认为这次日全食在我国境内的最佳观察地点应是哈密至酒泉(嘉峪关)之间的地带。虽然哈密和酒泉市区均位于全食带边缘，但全食带中心线穿过这两个城市的东北郊，从市区很容易到达中心线进行观测，那里的食延比全食带边缘处的食延还长。

　　对于日全食观测，除了观测地的天气条件(阴雨或晴朗)之外，日全食本身最重要的条件就是食延和当时的太阳高度。食延决定有多长时间可以观测和观赏，当然是愈长愈好；太阳也是愈高愈好，因为太阳太低时地球大气消光严重，不利于观测和观赏。这次日全食在哈密市郊中心线上的食延为1分56秒，太阳高度约为19º；酒泉市郊中心线上的食延为1分48秒，太阳高度约为13º。我们可以把这两个条件与上个世纪发生在我国境内的三次日全食进行比较。1968年9月22发生在新疆地区的日全食，太阳已快下山，其地平高度只有5º，食延只有18秒。1980年2月16日发生在云南地区的日全食，也是太阳快下山时，太阳高度为9º，食延为1分42秒。可见这两次的日全食本身条件均不如今年这次。只有1997年3月9日发生在黑龙江漠河地区的日全食，观测条件比这次要好，其食延为2分45秒，太阳高度为21º。对于上述三次日全食，我国均组织了专业的天文观测，其中后两次(1980年和1997年)，还有许多天文爱好者和大众参与。

　　许多人可能已经知道，2009年7月22日在我国长江流域的广大地区将发生日全食，全食带从西藏进入我国后，横扫云南、四川、湖北、湖南、江西、安徽、江苏和浙江等省，其中包括许多大城市，如成都、重庆、武汉、合肥、南京、无锡、苏州、上海和杭州，食延时间长达5分种~6分种。全食带通过我国人口稠密地区，而且又有相当长的食延，太阳高度也较高(36º~57º），的确是一次非常难得的日全食。因此有些人可能会认为，干脆放弃今年西北的日全食，尤其还是在奥运会开幕前夕，而等到明年再去有更好交通和生活条件的南方城市，观察较长食延的日全食。但本文的主要目的就是提醒大家，这种打算有很大风险。不要忘记，在我国南方地区，尤其是长江中下游地区，每年7月下旬经常出现阴雨天，云层覆盖率很高。当然不会是整个地区同时如此，然而对于一个人来说，只能选定一个地点，这就有很大风险。如果放弃今年西北的日全食，又在明年到南方观测时碰见阴雨天，那又是多遗憾啊！笔者从我国资深历算专家刘宝林教授处得悉，再下一次在我国发生的日全食就得等待25年了。2034年将在新疆和西藏交界附近发生日全食，但那里是荒无人烟的地区。2035年的全食带将会经过北京、大同、秦皇岛等北方大城市。然而20多年可是一段不短的等待，有些人可能就没有机会了，更不用说到时候仍然会有天气的风险。那为什么不就今年西北这一次观察成功率相当大的日全食来个先睹为快呢？因此，还是希望大家不要错失今年这次日全食观测的“天赐良机”。

　　1980年云南日全食回忆

　　过去40年，在我国发生的三次日全食中，1968年新疆发生日全食时，正逢文化大革命高潮时期，虽然那时科研处在半停顿状态，但考虑到发生在国内的日全食机会毕竟难得，我国有关部门还是组织了相当规模的联合观测活动，在伊犁和喀什各设一个观测点，同时进行高空飞机观测。观测项目包括太阳物理、电离层、气象、地磁和重力等，参加观测的科研人员大约200多人。笔者参加了观测准备工作，但未去新疆观测。

　　1980年云南发生日全食时，我国刚从文化大革命的混乱中恢复生机，正处在“科学的春天”时期。这次日全食的食延和太阳高度比1968年好得多，再加上云南地区风景优美和气候宜人，交通还算方便。因此，不论是天文专业工作者或是天文爱好者，都是以兴奋和积极的态度迎接这次日全食，笔者也有幸参与其中。虽然时间已过去近30年了，许多细节已经模糊不清，不过还是能够回忆起一些印象深刻的事物。中国科学院组织了由各天文台和有关研究所科技人员组成的多种观测队伍，进行日全食的太阳光学观测和太阳射电观测，以及电离层、电磁和重力场测量，还有气象部门进行日全食期间天气变化的研究。参加的专业人员比1968年还多，而且有大量天文爱好者前往观测。太阳光学观测基本上集中在中缅边界附近的瑞丽县境内的营盘山(海拔高度1827米)进行，太阳射电观测则集中在昆明凤凰山云南天文台进行。笔者所属的北京天文台日全食观测队就在营盘山上。观测项目包括拍摄太阳色球的闪光光谱、不同波长的日冕单色像以及大范围日冕白光照相。遗憾的是笔者参加的大范围日冕照相因曝光量不足，未能取得成果。营盘山上还有其它观测队进行各种类型的观测，例如观察日全食时在地面显现的飞影(一种迄今未能合理解释的特殊现象，其存在与否也有些争议)和搜寻水星轨道内行星等。上海科教电影制片厂则在现场拍摄这次日全食和各项观测活动的全过程纪录片。

　　日全食是在2月16日，为了有充足时间准备这次观测，我们大约在1月底就从北京乘火车去昆明。那时，北京到昆明得在火车上睡两个晚上。我们在昆明停留两天，稍事休息和采购一些必需品后，改乘长途汽车去瑞丽，中途在楚雄和保山各住一夜，第三天到达瑞丽，然后住进营盘山下面的小村庄，每天上山进行仪器安装、调节、校准和各种试验，迎接日全食的到来。日全食当天，瑞丽的天气并不稳定，时阴时晴，可喜的是在日全食发生时天气变晴，使得各项观测能够顺利进行。我们在操作仪器的间隙中也会向太阳瞄一眼日全食的情景。当月轮把最后一丝太阳光球遮挡掉的瞬间，银白色的日冕立即展现在暗黑的日轮周围。尽管过去也曾多次在文献中看到日全食时的照片，然而现在能够亲眼看到太阳外层大气的真面目，还是令人兴奋不已。由于黑夜提前来到，确实也看到一些鸟儿胡乱飞窜，大概是提前归巢。

　　后来听说，当天昆明天气不好，日全食时太阳被云层遮住。不过这对射电观测影响不大，因为射电波段的太阳圆面比月轮大得多，本来就不存在“日全食”。但在月球穿越太阳圆面的过程中，仍提供了一次高分辨率的太阳射电观测。不过不能目睹难得一见的日全食景观，他们还是感到莫大的遗憾。

　　由于瑞丽营盘山的大部分观测都取得成功，当天又是春节，营盘山的观测队员在晚上尽情欢宴，一些人还喝得酩酊大醉。

1997年漠河日全食盛况

　　尽管1997年的全食带仅从我国最北端的边界擦边而过，全食带的中心线均不在我国境内，不过被全食带扫过的黑龙江省漠河县地区，日全食时太阳高度达到21º（发生在上午9点8分)，食延长达2分46秒，比1968年和1980年日全食的条件好得多。因此笔者早在1996年5月，就在《中国科学报》和《天文爱好者》上呼吁人们不要错失这次日全食观测机会，并得到了天文界热烈响应。更难得的是，肉眼可见的最明亮彗星，即海尔-波普彗星当时尚在天际。这样，日全食时就会看到日冕与彗星同相辉映的情景，这真是千载难逢的奇特天象。另一方面，我国经过多年改革开放，经济状况包括各单位的科研经费，已比较充实。同时，全国还在大力宣传科教兴国和科普教育。在这样的形式下，天文专业人员、天文爱好者和社会大众对这次日全食都相当重视，在全国范围内组织了以中国科协副主席、上海天文台名誉台长叶叔华院士为组长的协调组，负责指导和协调本次日全食的观测活动。黑龙江省和漠河政府也非常重视，积极配合。日全食的专业观测仍然是以中国科学院院属的各天文台、地球物理和空间研究单位为主力，观测项目包括光学太阳、射电太阳、电离层、地磁、地电和大气等诸多领域。南京大学天文系和北京天文馆等专业单位也有自己的观测项目。台湾中央大学天文研究所也派来9个人的观测队。专业观测点主要集中在隶属中国科学院地球物理研究所的漠河地磁台以及漠河第三中学。在地磁台进行观测的有太阳色球和日冕光谱、日全食时的地磁效应以及台湾中央大学的观测项目。其余专业观测均在漠河三中进行。大约有2、3万人的专业观测者都是提前好几天进驻观测点，进行仪器安装、调试和其它准备工作的。3月6日，笔者乘坐的由哈尔滨开往西林吉(漠河县政府所在地)的专列火车上估计有近千人，都是去观测或观赏日全食的。

　　为了配合这次日全食，有关单位还举行了“太阳和人类环境国际学术讨论会”。与会的100多位国内外太阳、空间和地球物理研究者就太阳及其对地球和人类的影响问题进行学术探讨，共有7位中国科学院院士包括天文学家叶叔华、王绶琯、艾国祥、苏定强和方成，以及物理学家王大珩和何泽慧参加了讨论会。他们当中有几位是全国人大代表，正在北京开人大会，是请假来漠河的。笔者从哈尔滨开到漠河的火车上还遇到一位化学家院士，因此这次至少有八位院士来观看日全食。在讨论会上，总共有40多篇学术论文进行了交流。笔者也在会上宣读了一篇关于太阳可能影响地球自转的论文。

　　3月9日的漠河天气晴朗，上午9时8分，当明亮的太阳圆盘即将被月轮完全遮盖的瞬间，日轮东边缘出现了一道橘红色的光弧，那就是太阳的色球层，接着在日轮东下方闪出一粒光芒四射的光点，如同一颗璀璨的钻石，镶嵌在刚开始呈现的银白色日冕环上，这就是所谓“钻石环”。有时这种亮点不止一个，而且沿着日轮边缘排列成串，形成所谓的“贝利珠”。钻石环和贝利珠都是太阳光从月球表面的凹陷环形山渗漏出来造成的。钻石环消失后，日冕范围变大，并且立即在太阳的西面看到两颗明亮的星星。离太阳较近的应是水星，较远的那颗应是金星。这也是笔者有生以来第一次看到水星。经过短暂寻找，终于在天顶附近的天区找到了海尔-波普彗星，估计其地平高度超过60º。但是由于天空背景较亮，彗星显得很短，很模糊，这也是不易找到它的原因。这次日全食的天空背景似乎比1980年瑞丽日全食时要亮。这可能与两个因素有关。其一是瑞丽日全食时间是下午6时34分，太阳已经快下山(太阳高度只有9º），天色本来已开始变暗；而漠河日全食时间为上午9点左右，本应是旭日当空之时。另一个原因是漠河周边的积雪反射了剩余的阳光，增加了天空的背景亮度。正因为如此，也未出现瑞丽日全食时鸟儿乱飞的情形。这次日全食观测的大部分项目都取得成功，观测成果已收入《日全食与近地环境》一书。

　　考虑到大多数人，包括一些太阳研究者一生都未能看到一次日全食，作为从事太阳研究的笔者，能够看到两次日全食，真是感到非常幸运。还令笔者欣慰和自豪的是，所看到的两次日全食具有空间和时间上的典型性。1980年的日全食，是在我国的西南国境线附近(瑞丽距中缅边境仅几公里)看到的，云南南部美丽的亚热带风光令人难忘。而当时的太阳正处在太阳活动峰年，看到的日冕大致呈圆形，这是日面上太阳活动区纬度分布范围较大造成的结果，是太阳活动极大期期间日冕的典型结构。与此正好相反，1997年的日全食是在我国东北边界附近看到的，3月初的北国严寒也同样令人印象深刻。而当时的太阳又正好处于它的活动极小期，于是我们的确看到了日冕呈椭圆形状，其长轴在太阳赤道方向。这是由于太阳活动极小年，往往只有零星的活动区位于日面上的低纬度处，造成赤道区延伸范围较大，是太阳活动极小年间日冕的典型结构。

　　1997年漠河日全食的另一特色是有非常多的天文爱好者参加观测活动。3月9日在漠河三中的大操场上，除了大约200位专业观测者外，估计有上千名来自全国各地的天文爱好者。他们当中有由10多人组成的大观测组织，配备2台~3台望远镜，也有几个人带一台望远镜的小组。有些望远镜的口径达到20厘米~30厘米，与专业观测者所用的相当。许多小组都插挂他们所属地区或学校名称的旗子，其中有来自青海和深圳的，还有一些来自台湾、香港以及国外的天文爱好者。漠河地区的所有居民，也是人手一块简易的滤光片，目睹了日全食过程。中央电视台和黑龙江省电视台利用现代科技手段，对这次日全食过程在北京、漠河、南京和昆明看到的情况，进行了长达两个多小时的现场直播，使国内外的亿万观众也能够观赏到这一奇特的大自然景观，同时接受了一次生动的科普教育。中央电视台和黑龙江电视台的确是做了一件非常有意义的事情，这在我国的日食观测史上也是空前的。

　　(责任编辑：孙媛媛)