日蚀成就 日食成就了爱因斯坦的科学巨星地位

100年前，阿尔伯特·爱因斯坦是德国柏林大学的教授。当时他的名字还不是家喻户晓，只为少数科学家、知识分子和身边的人所知。

1919年5月29日是一个重要的日子，尤其是对爱因斯坦来说。就在这一天，当月球刚刚在太阳和地球之间运动的时候，日食证明了爱因斯坦广义相对论的正确性，这让爱因斯坦一下子成名，成为当时最权威的科学家。广义相对论也取代了牛顿的引力理论，成为解释之间最有力的物理理论空。

由于这个历史性的日子已经过去100年了，让我们一起来了解这段历史。

凝视太阳

1687年，艾萨克·牛顿出版了他的巨著《自然哲学的数学原理》，提出了万有引力定律，即宇宙中相隔一定距离的任何两个质量物体之间都存在引力的作用。根据牛顿的理论，空只是一个固定的背景，重力引起物体的运动。一段时间以来，牛顿的万有引力理论很好地解释了一些天体的运动，包括月球绕地球的运动，甚至成功地预测了海王星的轨道。

但是万有引力定律也有很多问题，最典型的就是水星的进动。每个行星围绕太阳以椭圆轨道运行，一般有近日点和近日点。这些轨道不是固定的。以太阳为中心，行星轨道会慢慢改变位置。行星每自转一周，其近日点就会发生位移，称为近日点进动。偏移主要由进动和摄动引起，但牛顿定律的计算结果与实际观测结果有明显差异。1859年，法国天文学家勒维耶发现，区别在于水星近日点进动是每100年38角秒；1882年，加拿大天文学家纽康修正了这个值，得出水星近日点进动值为每100年43角秒。所以为了解释水星的进动，爱因斯坦提出了广义相对论。

在1915年提出的广义相对论中，爱因斯坦直接向牛顿提出了挑战。广义相对论抛弃了引力把物体拉在一起的观点，提出空和时间一起形成一个四维的东西叫做时间空，而所谓引力实际上是时间的扭曲空。物体质量越大，时间的形变空越大。当一颗星星放在原直时间空上，时间空弯曲，就像重物放在拉直的布上，它就塌了。

由于太阳质量的原因，太阳附近的时间空发生了扭曲，正好造成了水星的岁差，爱因斯坦的计算结果与观测结果正好吻合。然而，当时的人们仍然不同意广义相对论。

根据爱因斯坦的理论，光也会经过时间空，在大质量天体附近改变路径。当一个发光的天体在另一个巨大的天体后面时，我们也有机会看到它。但是因为光线是弯曲的，所以我们看到的天体位置不是它原来的位置，这就是“引力透镜”现象。引起光线变化的巨大天体称为透镜天体。它的周围往往有几个亮点，有时可以观察到这些亮点连成一个美丽的环，即爱因斯坦环。在透镜天体后面发光并呈现多个亮点的天体称为“源天体”。

在爱因斯坦发展广义相对论的十年间，他意识到太阳的质量足以使这种效应引人注目。当然，要检验这个预测并不容易，因为太阳太耀眼了，我们白天看不到它后面的星星。晚上出现的星星不是太阳后面的星星，所以太阳不会弯曲它们的光。只有太阳出来了，但是它的光被挡住了，人们才能验证爱因斯坦的理论。这也是爱因斯坦在1911年研究广义相对论时要求天文学家在日食期间观测天空空的原因。

寻找证据

第一个试图验证广义相对论的人是德国天文学家欧文·芬利-弗兰德·里希特。他是个悲剧人物。他一生的大部分时间都致力于证明爱因斯坦弯曲光的正确性，但他从未成功过。芬利首先分析了日食的照片，但由于照片中的星星不够清晰，他筹集了一笔钱，去了乌克兰，在那里他可以观察到1914年的日食。不幸的是，第一次世界大战爆发时，俄罗斯士兵俘虏了芬利，没收了他的观察仪器。

除了芬利，加州Like天文台的天文学家也试图拍摄乌克兰基辅附近的日食，但他们被大自然挡住了:云挡住了他们的视线。因此，在1914年，没有人能帮助爱因斯坦证明他的理论。然而，在这段时间里，爱因斯坦纠正了他理论中的一些小计算错误，最终发表了完整的广义相对论。

后来，爱因斯坦理论的一份副本落入英国剑桥天文台台长亚瑟·爱丁顿手中。爱丁顿相信爱因斯坦的理论，并与英国天文学家弗兰克·沃森·戴森合作，提出了解决这一争议的方案。

1919年5月29日日食期间，太阳将位于地球和毕星团之间。这是一个明亮的球状星团，有300多颗成员恒星。日食期间，天文学家将有6分钟的时间观察它。他们计划将日食期间拍摄的Bi星团图像与几个月后夜间出现Bi星团空时的正常图像进行比较，观察光线是否偏移以及偏移的程度。

爱丁顿和戴森知道拍摄日食的难度，于是他们组织了两个团队:爱丁顿去了非洲西海岸外的普林西比岛，另一个团队去了巴西的索布拉尔岛。1919年决定性的一天到来时，虽然天气并不理想，但爱丁顿还是拍了关键照片，证明了爱因斯坦的正确性。

之后，爱因斯坦的名字成为家喻户晓的名字，甚至成为天才的代名词。然而，一些令人怀疑的声音仍然存在。美国天文学家乔治·埃勒里·黑尔曾在一封信中承认，广义相对论对他来说仍然难以理解。但是进一步的日食观测继续为广义相对论提供基础。1922年澳大利亚日食和1923年墨西哥日食再次证实了相对论。

1919年的日食是爱因斯坦成为科学巨星的第一步，也是最重要的一步，真正让他出名的是他的理论的正确性。然而，科学一直在发展，新的理论层出不穷。没有人知道广义相对论什么时候会被完全取代。

水星的进动、扰动和进动

岁差是指天体的旋转轴在空内缓慢而连续的变化。举个例子，地球自转轴实际上是旋转的，圆锥的形状在25786年左右被扫出来。这是因为地轴不是完全垂直的，地球也不是完美的球形，这是由于太阳和月亮对地球和轨道平面的引力角度很小造成的。岁差导致水星近日点90%的岁差。

摄动是指其他天体对轨道天体施加的引力。对于水星来说，金星、地球、木星的摄动会引起近日点进动。

水星近日点每百年进动5600角秒。经过5025角秒的岁差修正和532角秒的行星摄动修正，还有43秒的世纪岁差。