天文學家帶你看日食：專訪國際天文學聯盟日食工作組主席帕薩喬夫

整理 《環球科學》資深編輯 韓晶晶

北京時間今天（8月21日）晚上，身處美國俄勒岡州到南卡羅來納州的一條狹窄通道內的人將看到一次超級日全食，為了幫助天文愛好者更好地了解日食，我們採訪了美國威廉姆斯學院的傑伊·M·帕薩喬夫（Jay M. Pasachoff）。作為一名天文學家，也是國際天文學聯盟日食工作組的主席，帕薩喬夫到目前為止已經在全球各地觀測了65次日食。

對於普通愛好者來說，可能主要是欣賞日全食這種奇妙的天文景觀；而作為天文學家，他們除了欣賞之外，他們還要藉此研究一些天文問題。

Q：日食有哪些觀測方式？

A：我喜歡在日食的時候來到戶外，一邊享受著世界變黑的過程，一邊進行觀察研究。很久以前，我會建議別人製作小孔成像裝置，或者用廚房裡的乾酪擦板觀賞日食。不過近年來，僅需1美元即可買到的日偏食濾光片逐漸流行，這樣的建議也就過時了。如今任何人都可以用這種濾光片看著太陽，從日食開始到太陽完全被遮住的這一個多小時中，慢慢觀察太陽被一點點遮住的情景。在太陽完全被擋住的前幾分鐘，你會注意到太陽周圍的光發生了奇妙的變化，甚至有點詭異。由於此時日光僅來自太陽邊緣，物體的影子變得十分尖銳。微風攪動著涼爽的空氣，陰影在地上快速地擺來擺去。

Q：你覺得日全食最精彩的時刻發生在什麼時候？

A：月亮幾乎完全遮住太陽的前幾秒，只有幾縷日光從月球表面的峽谷中穿過來，整個太陽似乎變成了一串珠子。這些亮珠慢慢失去光輝，直到只剩最後一個，彷彿戒指上嵌著一顆閃亮的鑽石。有時候「鑽石」兩側是紅色的狹窄鑲邊，還有整個白色的「戒指環」套在月亮的輪廓之外。然後鑽石也消失了，此刻你可以拿開濾光片直視太陽，而且我也推薦你這麼做。平時被藍天隱蔽的太陽大氣一下出現在你眼前。

這是日冕的內層和中層，由從太陽表面飛出的等離子體構成。日冕的亮度和滿月差不多，比正常日光暗100萬倍，因此用裸眼觀看也沒有危險。乍一看，日冕就像是鑽戒的金屬環，不過仔細觀察就能看到它的完整模樣——像是從太陽表面延伸出來的珍珠色氣體暈，其範圍甚至比太陽半徑還大數倍之多。假如你足夠幸運，你甚至能看到等離子體噴射到宇宙空間的壯麗景象。

Q：你觀測過多少日全食了？

A：我在大學一年級的時候看了我人生中的第一次日食，從此我便被深深的迷住了。我在那之後一共到世界各地觀看了65次日食，其中33次是日全食。我很期待今年的8月21日，那將是我的第66次日食體驗。這次日全食的觀察範圍橫跨了整個美國領土，這還是1918年以來第一次。

Q：每次觀察日全食，你有什麼感受？

A：日全食的美麗是那麼震撼人心，沒人能找到合適的語言表達。每個看過日食的人都告訴我，雖然他們知道我已經儘力在抒發自己的激動之情，但相比真實觀看的感受，我的語言還是太過蒼白無力。電視轉播和電腦屏幕也不能完全傳遞這美妙的感覺。因為照片不能準確反應動態的亮度變化，丟失了令人炫目的對比度。在戶外感受世界變暗的過程是一種完全超乎常識的體驗，天空的亮度先是緩慢變暗，接著在幾秒內變成原來一萬分之一的亮度，幾乎每個人都會感受到太陽被奪走的恐懼。

Q：作為天文學家，日全食對於你們的研究有什麼意義？

A：我追逐日食並不僅僅是為了感官享受，還因為日食為科學家提供了平時無法得到的觀測條件。雖然科學家可以給地面望遠鏡加上金屬錐或遮光板製成所謂的日冕儀，用來觀察太陽邊緣，但這種人工日食的效果遠不如真實日食好。即使在偏遠的高海拔山區，周圍的空氣分子依然會讓天空顯得太藍太亮。太空中的日冕儀也有其他問題，除了遮住整個太陽圓盤外，還需要遮住周圍很寬的範圍，不然會有太多光通過散射進入儀器。除此以外，每個望遠鏡的解析度都是有限的，會讓入射光變得有一點模糊。而天然日食就沒有這個問題，因為此時的「望遠鏡」實際上是整個地月系統，解析度極高。我們可以結合地面與太空的觀測，得到一副完整的太陽圖像。只有在清涼的月影內，我們才能在可見光波段觀察日冕的內部和中部。

Q：這一次超級日全食，你和同事主要想研究什麼問題？

A：我們希望在日冕的內部找到天體物理學中最令人費解的一個問題的答案：為什麼離太陽表面越遠的地方，溫度反而越高。通常來說，熱源，比如營火或暖氣片周圍的溫度會隨距離增大而降低。太陽中心的溫度高達1500萬攝氏度，向外逐漸降低，在太陽的光球層（向宇宙發射陽光的部位）附近降到5500攝氏度。可是接下來溫度反而開始上升了。在光球層之上薄薄的一層氣體中，溫度回升到10 000攝氏度以上，接著又突然躍升到數百萬攝氏度。目前，科學家對這種現象的成因依然沒有定論。

從我第一次在1973年的《科學美國人》雜誌上描述日冕科學以來，科學家已經進行了大量觀測，理論上也有了很多進展。太空中現在有一系列望遠鏡在紫外波段和X光波段持續對太陽進行觀測，這些信息我們在地面是無法得到的。同時研究者開發了各種複雜的工具，把不同的觀測結果結合在一起。如今我們對日冕溫度問題的解釋有了一點眉目，我們知道這應該與太陽磁場有關，但具體細節我們還不清楚。日冕的謎團遠不止這一個，即將到來的日食應該能幫助科學家在解決這些科學難題的道路上更進一步。

Q：天文學家對日冕還有什麼了解？

A：科學家對日冕已有很多了解。首先，它看起來像一隻巨大的豪豬，向外延伸出許多纖細的冕流，有一些底部較粗，在高處變細，像一個尖尖的頭盔。這些冕流的形狀隨太陽活動周期變化。

2012年到2014年是太陽周期中太陽黑子較多的年份，盔狀流爆發的位置可延伸至南北緯30度位置，因此日冕整體看起來是圓形。我們如今正處於太陽活動極小期，這個時期內的日冕呈扁平狀，盔狀流大多出現在太陽赤道附近，同時兩極出現細直的冕羽。太陽表面有帶電粒子飛入太陽系，也即是所謂的太陽風。在冕流之間的空曠區域流出的太陽風速度可達每秒數百千米，是其他區域的太陽風速的兩倍。在日冕底部和太陽光球層的連接處，有著氣體形成的小型環流，可能由目前觀測手段難以分辨的細流組成。當波沿著或穿過冕環來回反彈時，這些冕環還可能發生脈動。

日冕的這些紛繁複雜的細節源自太陽深處的粒子流形成的磁場。但研究者還不知道磁場的變化是怎樣讓日冕溫度變得如此之高的。我們之所以確定這和磁場相關，是因為與熱傳導不同，磁過程是不受熱力學限制的，有可能讓能量從低溫的太陽表面流向高溫的日冕區域。

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