看日全食還能驗證廣義相對論？不信？讓月亮咬一口太陽試試！

知識 08-21

今年最大的天文熱點事件想必一定是這次的日全食了，雖然此次日全食並不在中國境內，而出現在美國大陸，但是對於很多喜歡天文的朋友們來說依舊是一次讓人血脈僨張的大事件，不少朋友還不遠萬里特地跑到美國去觀看此次日全食。

不管能不能親眼看見日全食，關於日全食的知識還是要多少了解一些，所以，今天就用一篇文章讓你換個姿勢了解「日全食」！

來源：資深攝影師葉梓頤

1.日全食、日環食、日偏食真叫人傻傻分不清楚！

日食，又叫做日蝕，是月球運動到太陽和地球中間，如果三者正好處在一條直線時，月球就會擋住太陽射向地球的光，月球身後的黑影正好落到地球上，這時就會發生日食現象。

一般來說日食分為日偏食、日全食、日環食、全環食。

日偏食則意味著月球並沒有完全的遮住太陽。太陽和月球只是一部分的重合了。當然，在日全食或日環食發生的時候，如果你沒有在日全食、日環食的軌道上觀看日食，而是在離軌道有一定距離的地方的話，看到的則就是日偏食了。

日全食即在地球上的部分地點太陽光被月亮全部遮住的天文現象。由於月球比地球小，只有在月球本影中的人們才能看到日全食，民間稱此現象為天狗食日。

日環食就是當月球處於遠地點時，月球的本影錐不能到達地球；到達地球的是由本影錐延長出的偽本影錐。此時月球的視直徑略小於太陽。因此，太陽邊緣的光球仍可見，形成一環繞在月球陰影周圍的亮環。上一次日環食發生於2013年5月10日。

全環食在一次日食過程中，如果在掩食帶中心線上的有些地方可以觀測到全食，另一些地方可以觀測到環食，那麼我們就稱其為「日全環食」，也叫「混合食」或「第四種日食」。全環食發生機率甚少，上一次全環食發生於2013年11月3日。

2.日全食？天狗來吃太陽了！

日全食被中國民間稱之為「天狗食日」，每當這個時候，老百姓們會敲鑼打鼓以嚇跑「天狗」，但是用科學的眼光來看日全食時就會重新認識其中的不同階段。

日全食分為初虧、食既、食甚、生光、復圓五個階段。

初虧：

由於月亮自西向東繞地球運轉，所以日食總是在太陽圓面的西邊緣開始的。當月亮的東邊緣剛接觸到太陽圓面的瞬間稱為初虧。初虧也就是日食過程開始的時刻。

食既：

這是由於月球表面有許多崎嶇不平的山峰，當陽光照射到月球邊緣時，就形成了貝利珠現象。英國天文學家倍利最早描述了這種現象，因此又稱為倍利珠。

食甚：

食既以後，日輪繼續東移，當月輪中心和日面中心相距最近時，就到食甚。食甚是太陽被月亮遮去最多的時刻。

生光：

月亮繼續往東移動，當月面的西邊緣和日面的西邊緣相內切的瞬間，稱為生光，它是日全食結束的時刻。在生光將發生之前，鑽石環、貝利珠的現象又會出現在太陽的西邊緣，但也是很快就會消失，接著在太陽西邊緣又射出一線刺眼的光芒。

復圓：

生光之後，月面繼續移離日面，太陽被遮蔽的部分逐漸減少，當月面的西邊緣與日面的東邊緣相切的剎那，稱為復圓。這時太陽又呈現出圓盤形狀，整個日全食過程就宣告結束了。

3.為什麼會發生日全食？

發生日全食是因為太陽靠近月球軌道與地球軌道的一個交點，而同時月球在距此點的最遠的點上，即為光的直線傳播。日全食，是因為存在一種神奇的對稱性，太陽的直徑是月亮的400倍，而它距地球的距離正好也是月亮的400倍。結果，當月亮完全處於地球和太陽之間時，對那些完全處於月亮陰影中的人來說，太陽的表面便被完全遮擋了。

太陽變成了黑色，只留下一個金色的光環，天空變成了靛青色。鳥兒此時會失去方向，或者會飛回巢中，蝙蝠和其它夜行動物則可能睡眼惺忪地出來活動。

4.這次哪些地方能看到日全食？

2017年8月21號發生的日全食將貫穿美國大陸，從西海岸的俄勒岡州塞勒姆市到東邊的南卡羅來納州查爾斯頓市。日全食通常每一段時間就出現一次，可是這種現象通常發生在海上或人口稀疏地帶，美國大陸這次卻難得的處於中心位置，這是99年來首次有日全食橫貫美國東西兩岸。

2017美國日全食：經過的全美國境內的圖/來源：NASA

此次日全食五個階段如下：

所以正在美國的朋友們可千萬不能錯過了哈！

5.日全食驗證了廣義相對論？

不少朋友一聽說此次日全食不在中國境內便失去了興趣，要知道，日全食的出現可不只是讓你看熱鬧的！

日全食可是人們認識太陽的極好機會，平時所見到的太陽，只是它的光球部分，光球外面的太陽大氣的兩個重要的層次—色球層和日冕，都淹沒在光球的明亮光輝之中。

色球層是太陽大氣中的中層，它是在光球之上厚約2000千米的一層；在太陽外面，還包圍著溫度極高（百萬攝氏度）但卻十分稀薄的等離子體，延伸的範圍比太陽本身還大好幾倍，這叫做日冕。

日冕的光度只有太陽本身的百萬分之一，平常它完全隱藏在地球大氣散射光造成的藍色天幕里。

日全食時，月亮擋住了太陽的光球圓面，在漆黑的天空背景上，相繼顯現出紅色的色球和銀白色的日冕，科學工作者可以在這一特定的時機、特定的條件下，觀測色球和日冕，並拍攝色球、日冕的照片和光譜圖，從而研究有關太陽的物理狀態和化學組成。例如在1868年8月18日的日全食觀測中，法國的天文學家讓桑拍攝了日餌的光譜，發現了一種新的元素「氦」，這個元素一直在過了二十多年之後，才由英國的化學家雷姆素在地球上找到。

不僅如此，更讓你想不到的是，人們利用日全食證實了愛因斯坦廣義相對論的正確性。

戳視頻！（讓你看看日全食是如何證明廣義相對論的！）

原來，愛因斯坦在1915年發表了在當時看來是極其難以置信的廣義相對論，這種理論預言光線在巨大的引力場中會拐彎。

二十世紀初科學家對愛因斯坦提出這種理論的第一反應是：他肯定是瘋了！！！不過鑒於愛因斯坦的理論實在是過於迷人，導致當時英國最有名的天文學巨擘愛丁頓爵士瞬間變成愛因斯坦的迷弟，並努力使自己成為第三個理解廣義相對論的人！實踐是檢驗真理的唯一標準，當時的科學家都在尋找一個證明廣義相對論的機會，而這時一場橫跨南美洲和非洲的日全食使愛因斯坦這個名字迅速傳遍整個地球。

6.那麼日全食和廣義相對論有什麼關係呢？

由於太陽集中了整個太陽系99%以上的質量，根據廣義相對論，太陽的質量足以凹陷周圍的時空，甚至光經過太陽附近時都會拐彎。所以理論上只需要兩張照片，一張有太陽，一張無太陽，就可以驗證廣義相對論。不過太陽非常耀眼，想在白天看到彎曲的星光幾乎是不可能的。愛因斯坦隨即想到日食發生時天空會變暗，天文學家可以拍到太陽之後的恆星。