日冕之光 日全食退去科学继续：广义相对论被证实竟与此有关

美国当地时间8月21日，一场席卷美国14个州的日全食引起全球关注。美国大陆上最后一次同样大小的日全食可以追溯到大约100年前，当时是第一次世界大战。日全食也带来了难得的科研机会。那么在历史上，人们利用日全食这种特殊的天文现象有过哪些重要的发现呢？正在进行什么样的研究？

观测到引力场中光线弯曲广义相对论预言是真的

阿尔伯特·爱因斯坦的名字家喻户晓。1916年，爱因斯坦发表了一篇题为《广义相对论的基础》的论文，其中假设引力不是力，而是时间空连续统中的弯曲场，质量的存在是弯曲的原因。特别是在太阳系中，牛顿引力理论可以看作广义相对论的一阶近似，可以通过测量水星轨道近日点进动和引力场中光的弯曲来验证。

太阳系中的大质量天体属于太阳。验证光在引力场中的弯曲，要观察太阳附近的恒星发出的光是否由于太阳的存在而弯曲。但是首先光在引力场中的偏转角很小，其次太阳光太强，很难观察到地球上其他非常接近太阳方向的恒星的光。因此，天文学家认为，当日全食发生时，由于月球阻挡了来自太阳光球层的强光，应该可以仔细测量恒星光的偏转角，进而验证广义相对论是否正确。

1919年5月29日，日全食带席卷了巴西的索布尔和非洲的普林西比。英国向巴西和非洲派出了两个日全食观测小组，目标很明确，就是验证广义相对论。著名天文学家阿瑟·爱丁顿爵士参加了非洲小组的观测。多亏了摄影的发明，天文学家可以利用巧妙设计的底片计算出太阳附近恒星光偏转的最小角度。1.98角秒的计算结果与爱因斯坦广义相对论预测的1.75角秒的理论值基本一致。

这次日全食观测的结果为广义相对论提供了坚实的观测支撑，极大地改变了对广义相对论持怀疑态度的人的天才理论。当冷静的爱因斯坦通过电报得知爱丁顿等人的观测结果时，他只是平静地回答说:“我一点也不惊讶，因为如果观测不是这样，那对上帝来说就太遗憾了。”

日冕为什么这么热仍然没有答案的谜题

历史的车轮把我们带到了21世纪的第二个十年。各种高新技术层出不穷，各种深空探测器各有神通。天文学家可以使用的观测设备和获取天体信息的手段真的不一样。为什么包括NASA在内的天文专业研究机构依然珍惜8月21日的日全食？总之，答案只有两个字——电晕！

日冕是最外层的太阳大气，是我们平日听到的“太阳风”、“日冕物质抛射”等太阳物理现象的起源。这些太阳物理现象与生活在地球上的人类息息相关。通常，日冕只能在日全食期间观察到。当然，聪明的天文学家已经发明了日冕仪，它人为地在望远镜上加了一块遮光板，挡住太阳球的光线。但是为了防止太阳光子进入探测设备，日冕的挡板一般比太阳盘大，会遮挡住日冕的内部区域，还有衍射等其他问题。日全食时，月亮完全挡住了太阳的光球，是最好的天然遮光板。此时，地面拍摄的图像比日冕拍摄的图像清晰得多，所以日全食仍然是观察日冕的最佳时间。

日冕是一种向外辐射并在太阳最外层不断变化的日冕状高温等离子体。有时其中一个环结构会断裂，将高能物质抛入Tai 空，这就是所谓的日冕物质抛射。这种高能物质的爆发极其严重。如果喷发针对的是地球，会破坏卫星和电网，破坏力极强。为此，空之间的天气研究变得越来越重要，研究的主要目标之一是我们的恒星，太阳。

在日全食期间，天文学家可以研究日冕的磁场、太阳风起源的细节等。在不同波段的特殊条件下借助各种观测设备，特别希望能对太阳物理最大的谜团“日冕为什么这么热”给出更合理的答案。日冕的物质密度只有太阳表面的万亿分之一，所以很容易认为它是太阳温度最低的地方。相反，太阳的表面温度在几千摄氏度左右，而日冕的温度在几百万摄氏度左右，这就意味着离热源越远，温度越高，真的无法理解。因为加热物质最基本的方式是粒子碰撞，但是日冕中物质的密度很低，粒子之间的碰撞应该很少，所以天文学家一直没有搞清楚是什么原因导致日冕有几百万摄氏度的高温。

验证古籍记载“天再旦”中国历史纪年的重大突破

日全食不仅为自然科学研究带来了机遇，也为人文社会科学研究做出了巨大贡献。

1997年3月9日，中国北极村漠河发生日全食。很多天文学家、天文爱好者和各大媒体都对这次日全食给予了无限关注。但很少有人知道，与此同时，在新疆阿勒泰和塔城，中国天文学家组织了一个60人的观测小组，在看不到日全食的地方进行细致的观测，所有的观测都是在日出之前进行的。他们到底在观察什么？原来，天文学家试图通过观测日全食日出前天空光线的变化来验证一个重要的历史记录，这是国家“九五”重大科研项目“周断代工程”的重要内容。

以前中国有一个确切的日期记录，只能推到公元前841年，也就是西周晚期的民国元年。能否根据古籍中对特殊天象的记载将确切日期推至更长的时间，成为断代工程的目标之一。因为天文学家可以精确计算出前后几千年的日食、月食和行星运动，而中国保留了最古老的天文记录，如果我们能用现代天文学方法计算出古籍中记录的一个特殊天文现象的实际日期，我们就可以为这个天文记录确定绝对的时间参考点。这对历史断代的研究极其重要。

《竹书·编年史》中有记载“王逸元年...这一天又是在郑”。我们从武王知道易王是西周的第七个天子，但是不可能知道哪一年是易王元年。“郑”现在位于陕西省华县，事件的关键是“天又一次”，字面意思是陕西省华县有两个明。什么样的天象会让当时的历史学家留下这样的记录？有学者推测，正定黎明明前发生了日全食，使得逐渐变亮的天空突然又变暗。直到日全食结束，天空才第二次明亮起来，感觉那天有两个黎明明。然而，由于这一推测没有得到实地观测的证实，天文学家们渴望在日出前经历一次日全食。97年的日全食刚好符合实验条件，真的是“天赐良机”。

经过天文学家的实际观测，交叉验证了日出前的日全食确实可以产生“天空再美一次”的结果。根据当时的记载，在天刚亮，太阳即将从地平线上出现的时候，天空空突然变暗，短短一分钟，天空空就变得漆黑一片，出现了很多星星。最特别的是，1997年恰逢著名的海尔-波普彗星回归，观察者在晨光中清晰地看到彗星重新出现在东方天空空，于是黑暗持续了两分钟多。后天空，它会重新发光，用食物迎接日出。天文学家的计算表明，“天空再次升起”的现象非常罕见，在地球上某一特定地点发生的概率约为1000年。严格的计算证明，“复明”发生在王怡元年公元前899年4月21日凌晨5点40分左右，所以王怡元年是公元前899年。这一结论是夏商周断代工程的重大突破。