日食——既尋常又稀有的奇觀

美國科幻作家阿西莫夫（Isaac Asimov，1920—1992）曾經寫過一個著名的科幻故事，叫做《黃昏》（Night fall）。在這個被許多讀者推舉為有史以來最優秀科幻作品之一的名篇中，阿西莫夫虛構了一個由六個太陽組成的多星系統，在那裡的一個有「人」棲居的行星上，幾乎任何時候都至少有一個太陽懸在空中，夜幕每隔2049年才會降臨一次。每當那一時刻來臨，地平線上碩果僅存的一個太陽會遭遇「日全食」（total eclipse），傳說中能奪人魂魄、讓人喪失理智，進而毀滅整個文明世界的星星會出現在黑暗天空里。所有人都在短時間內陷入巨大的恐慌和騷亂之中，周而復始地親手將星星毀滅文明世界的傳說變為現實。

我們很幸運，沒有生活在那樣的多星系統中。只有一個太陽的我們早已習慣了日夜的更替，星星在我們眼裡非但不是毀滅文明世界的恐怖象徵，反而是一種魅力無窮的美景（從這個意義上講，它倒也能奪人魂魄）。不過，即便對於我們來說，如果太陽在原本應該出現的時候突然消失，或其圓面出現破缺，依然是一件非同小可的事情。在這種被稱為日食（solar eclipse）的自然現象中，最扣人心弦就是阿西莫夫故事中提到的日全食。當太陽即將被全部遮蓋時，月球的巨大陰影自西向東掠過地面，夜幕驟然降臨，星星重新閃耀，有時還能看見美輪美奐的貝利珠（Baily"s bead）和壯麗的日冕（solar corona）。這時候，有些人將會感到顫慄——不是因為害怕，而是由於氣溫的驟降。在日全食的短暫過程中，氣溫會有相當明顯的降低（比如1878年7月29日的日全食期間，美國丹佛市的氣溫從酷熱的46°C驟降到28°C）。這種籠罩整個天空和大地的大自然的華麗演出，對親臨者來說往往是令人陶醉和畢生難忘的。

不過這只是現代。在古代，日食的出現可不是什麼輕鬆的事情（雖然有時也能導致好結果）。古希臘歷史學家希羅多德（Herodotus，公元前484—前425）曾經記載過公元前六世紀米底斯（Medians）與利底亞（Lydians）兩族交戰時，因遭遇日食致使雙方驚恐萬分、終止干戈的事情。那樣的事情在歷史上發生過多次，甚至直到20世紀60年代，柬埔寨內閣首相朗諾（Lon Nol，1913—1985）的軍隊還在一次戰鬥中因遭遇日全食而驚慌失措。

在對日食成因缺乏了解的古代，人們對日食有過許多荒誕不經的猜測。我們熟悉的「天狗吃太陽」就是其中之一。為了阻止天狗的「暴行」，民眾常常敲鑼打鼓、鳴金放炮，甚至連九五之尊的皇帝也往往要吃素齋、避正殿，誠惶誠恐。類似於「天狗吃太陽」的傳說在其他古文明也有，只是所涉及的猛獸不盡相同，吞吃太陽的原因五花八門而已。最搞笑的或許是印度的一種傳說，該傳說認為太陽常常向某個野蠻部落的成員借錢，卻借而不還。對方一怒之下就會吃掉它（但吃完後又吐出來，看來還是惦記著還錢的事情）。這種猛獸（或猛人）吃太陽的說法並不是古人對日食成因的唯一猜測。比這種「猛獸說」更有情趣的是所謂的「夫妻說」。那種說法也是形形色色，比如在某日耳曼傳說中，月亮和太陽是一對不和睦的夫妻，而且太陽是妻子，當月亮偶爾去看望太陽時就會出現日食，但它們和睦不了幾分鐘就又會鬧翻（幸虧如此），於是太陽就會重新出現。當然，也有些傳說不那麼「誣衊」太陽和月亮的夫妻關係，比如在北美某印第安部落的傳說中，太陽和月亮是恩愛夫妻，日食的成因——猜得到算你有本事——是太陽的手臂上抱著他們的孩子！

這些荒誕不經的傳說，以及視日食為恐怖天象的年代對於生活在現代文明社會中的人來說已經很遙遠了。對現代人來說，有幸觀賞到日食，非但沒什麼恐怖，反而是令人羨艷的經歷。有些天文愛好者甚至不惜破費，千里迢迢地趕往日食帶觀賞日食。有些天文學家更是甘當現代「夸父」，乘坐噴氣式飛機追逐日食，目的就是讓這一天象的持續時間儘可能延長。我們早已知道，日食並不神秘，它只不過是月球偶爾跑到地球與太陽之間，擋住了陽光而已。

明白了這個淺顯的道理，我們就可以冒充天文學家來分析一下日食的規律。我們知道，月球每個「月」都會繞地球轉一圈。既然是轉一圈，那就總會經過太陽的方向。這麼推算起來，日食似乎每個月都應該發生一次，每個世紀則應該有1 238次。（請讀者想一想，為什麼不是1 200次？）但事實上，在已經過去的20世紀中，總共只發生過228次日食。在21世紀中，也將只會有224次日食，只佔1 238次的18%左右。

看來天文學家不是那麼容易冒充的，我們首先得搞明白：那另外82%的日食哪裡去了？

答案是：被地球漏掉了。要解釋這一點，我們需要對地球與月球的公轉軌道特點有一個簡單了解。這其中對日食來說最重要的特點，是地球與月球的公轉軌道並不在同一平面上，而是有一個平均為5.14°的夾角。由於這個夾角的存在，即使月球位於地球和太陽之間，它相對於地球公轉軌道平面來說，也往往不是偏上，就是偏下，它的影子多數時候只能投射在清冷的虛空之中，而無法觸及地球，從而無法形成日食。

那麼什麼時候才會有日食呢？顯然只有當月球不僅位於地球和太陽之間，而且還恰好離地球公轉軌道平面不遠時。由於整個月球公轉軌道（作為一個橢圓）與地球公轉軌道平面的交點只有兩個，因此月球只有運動到地球和太陽之間，並且又恰好在這兩個交點之一的附近時，才能形成日食。在天文學上，這兩個交點有自己的名字，視月球自南向北還是自北向南穿越地球公轉平面而定，分別被稱為升交點（ascending node）和降交點（descending node），兩者的連線則被稱為交點線（line of nodes）。用這種術語，形成日食的條件也可以表述為：月球運動到地球和太陽之間，並且交點線與太陽方向幾乎重合（這保證了月球在兩個交點之一的附近）。交點線與太陽方向幾乎重合的情形在整個地球公轉周期上只會出現在兩個時段里，因此日食的發生並非每月一次，而似乎是每年只有兩次。

如果每年有兩次日食的話，一個世紀就是200次。這與前面提到的次數接近了不少，但仍有偏差，可見在日食的頻率中還隱藏了別的玄機。這玄機之一就在於月球的公轉軌道並不是固定不變的。主要受來自太陽的引力攝動影響，月球的公轉軌道平面在不斷改變著方位，由此導致的結果是交點線會緩慢轉動，這種轉動的方向與地球公轉的方向相反，周期約為18.61年，稱為交點的退行（regression of nodes）。如果不存在交點的退行，交點線將每隔半年與太陽方向重合一次，日食將會有規律地出現在每年年曆的固定時段中，它在歷史上的神秘感也將褪去不少。但由於存在交點的退行，日食的出現時間就變得有些撲朔迷離了。因為交點線離開太陽方向後，無需經過半年，就會由於自己的轉動而提前與太陽方向再次重合。簡單的計算表明，這之間的間隔只有173.3天（讀者可以利用交點線的轉動周期為18.61年這一信息自行計算一下）。兩次這樣的間隔則是346.6天，這稱為交點年或食年（eclipse year）。這個時間單位在分析日食時有著重要作用。

書名：上下百億年：太陽的故事

作者：盧昌海, 著

出 版 社：清華大學出版社

定價：￥32.00

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