#1

運動中的月亮

上個(ge) 月底的夜空迎來了一位特殊嘉賓—草莓月亮。

圖源：網絡

哦不對，是這張。

圖源：網絡

“草莓月亮”雖然含有“草莓”，但並不是指月亮的外形像草莓，而是人們(men) 認為(wei) ，夏季第一個(ge) 滿月到來的時候，是收獲成熟草莓的日子。

這種由月球、地球的相對位置產(chan) 生的絢麗(li) 景象還有很多，比如超級血月、月相和日（月）食。

左：超級血月 中：月相 右：月食（圖源NASA）

對於(yu) 日食，想必大家並不陌生，日食以其短暫卻絢爛絕妙的演出，吸引著成千上萬(wan) 的天文、攝影愛好者和普通民眾(zhong) 的目光。日食又分為(wei) 日偏食、日環食和日全食。

日全食是最為(wei) 神秘且迷人的一種，每一次日全食的到來不僅(jin) 是一場視覺盛宴，更是一場科研工作者的科學大餐！小編今天就帶大家了解一下日全食。

絢麗(li) 的日全食（圖源：MrEclipse網站）

#2

神秘且完美的月球

日食出現在當行星、衛星和太陽排列在同一個(ge) 平麵時，恰好衛星處於(yu) 行星和太陽之間，衛星阻擋了太陽入射的光。所以日食的發生具有不確定性，且同一地點觀測到日食的時間間隔很長，這使得日食具有時間神秘性。

但更加神秘的是，在太陽係中，地球就處在日全食劇目的“最佳觀影區”。

為(wei) 什麽(me) 說地球是“最佳觀影區”呢？是因為(wei) 地球並非太陽係中唯一能夠欣賞日食或月食的行星，但卻是欣賞日全食的最佳位置，日全食可以完全遮擋住太陽。我們(men) 拿火星來舉(ju) 例，下圖是好奇號火星車拍攝到的火星日食景象。

火星日食（圖源：NASA）

上麵的動圖顯示的就是火星的衛星火衛一（Phobos）經過太陽麵時的景象。火衛一飛快地掠過了太陽，留下了一個(ge) 不規則的黑影。但由於(yu) 火星一太小了，它不能完全擋住太陽。因此火星上看到的隻是日偏食或者是日環食：

地球的日全食（圖源：NASA）

我們(men) 在地麵上可以欣賞到日全食，要多虧(kui) 月球完美的大小和相對距離。太陽直徑大約是月球直徑的400倍，太陽到地球的距離差不多也是月球到地球距離的400倍。因此我們(men) 從(cong) 地球上看，天上的太陽和月亮幾乎是一樣大的。這樣當月球運行到地球和太陽中間時，它就會(hui) 完全擋住太陽。我們(men) 在地球上就可以看到壯觀的日全食景象。

#3

揭開神秘的麵紗，

日全食令科學家著迷

一個(ge) 多世紀以來，科學家們(men) 已經利用日全食得到了很多突破性成果，比如：破譯太陽的結構和爆炸事件，為(wei) 愛因斯坦的廣義(yi) 相對論提供了有力證據，甚至還發現一種新元素——氦，等等。直到現在，每一次日全食的到來，也都會(hui) 令科學家深深的著迷。

接下來小編就帶大家分別看看，日全食的過程中，在太陽、地球方麵的一些研究內(nei) 容。

在太陽物理方麵：

日全食期間可以很好的觀測到被太陽光照遮掩的太陽最外層大氣——日冕。因為(wei) 在日全食時，月亮擋住了太陽大部分的麵積，太陽周圍黯淡的日冕顯現出來，我們(men) 就可以對日冕進行直接觀測。

日全食下觀測到的日冕，不同顏色代表不同溫度（圖源：NASA）

為(wei) 什麽(me) 要觀測日冕呢？

是因為(wei) 日冕是太陽活動的重要發生區域，而太陽的種種活動都會(hui) 強烈地影響地球上的生命繁衍、通信導航、氣象氣候等。因此，研究日冕的結構、演化、物理機製，是空間物理研究的重要內(nei) 容。比如由《Science》在2012年評選出當代天文學的八大未解之謎之一中，就包含違背熱力學第二原理的日冕加熱問題。這個(ge) 謎團目前也是國際的研究熱點。

但由於(yu) 日全食出現的神秘性，科學家就借助日全食的原理設計了“人造日全食”——日冕儀(yi) 。日冕儀(yi) 就是選用合適的濾光片充當“月球”擋在望遠鏡和太陽中間，製造出日全食的效果。這樣我們(men) 就可以通過日冕儀(yi) 持續觀測太陽周圍日冕等區域。

下麵是可見光日冕儀(yi) SOHO觀測到的日冕物質拋射現象。圖片中的中間實心圓是日冕儀(yi) 遮擋的明亮部分，白色空心圓對應太陽日麵的大小。

SOHO探測器的日冕儀(yi) 拍攝到日冕物質拋射現象（圖源：NASA）

日冕物質拋射（CME）是太陽大氣中劇烈的爆發現象，一般2~4天會(hui) 到達地球，也是影響空間天氣的重要因素，如果鬧起脾氣來會(hui) 對地球造成非常嚴(yan) 重的影響。因此，加強對日冕的研究和監測具有極其重要的意義(yi) ！

在地球大氣（電離層）中：

我們(men) 不僅(jin) 可以利用日全食研究太陽，也可以研究地球。在日全食到達時，月球會(hui) 遮擋住太陽，導致到達地麵的太陽輻射降低。下圖是2017年美國日全食期間到達地麵的太陽輻射量。

2017年美國大日食到達地麵的太陽輻射量（圖源：NASA）

我們(men) 知道太陽輻射和地球大氣之間是息息相關(guan) 的。在地球大氣大約60-1000公裏區域內(nei) ，中性氣體(ti) 分子會(hui) 因太陽輻射等的作用被部分電離，形成導電的電離層。太陽輻射還會(hui) 影響電離層電子的產(chan) 生率，例如電離層會(hui) 受到太陽輻射的影響，在白天和夜晚產(chan) 生不同的分層結構。

電離層受太陽輻射出現不同的日夜分層（圖源：維基百科）

在白天，太陽輻射大，電離層分為(wei) D層、E層、F1層和F2層，整體(ti) 電子密度高；夜間由於(yu) 太陽輻射消失，電子產(chan) 生率下降，就會(hui) 導致整體(ti) 電子濃度下降，隻存在E層和F層。

日全食陰影區進入夜間狀態（圖源：NASA）

日全食某種程度上就像一次快速的日落日出，日食陰影區電離層光電離突然停止，電離層電子密度會(hui) 顯著下降，同時也會(hui) 影響電子溫度等。所以日全食的出現，也提供了一個(ge) 在特殊情況下研究太陽輻射對地球大氣層影響的機會(hui) 。

我們(men) 可以通過多種手段來測量電離層對日全食的響應，例如電離層測高儀(yi) 、非相幹散射雷達、GNSS掩星等。通過這些手段，研究人員發現日全食不僅(jin) 作用於(yu) 陰影區，還會(hui) 通過大尺度重力波向全球範圍傳(chuan) 播。還有一些影響會(hui) 通過熱層大氣環流沿磁力線運輸，產(chan) 生電離層的共軛響應。日全食對地球的作用不再是一個(ge) 局部作用，而會(hui) 產(chan) 生“牽一發而動全身”的效果。

#4

“天狗食日”no！

科學盛宴 Yes！

我國也是最早有日食記錄的國家。但在古代，由於(yu) 當時還沒有認識日食自然規律，人們(men) 將日食視為(wei) 不吉祥的征兆。比如在夏代仲康時期《尚書(shu) 》中提到“乃季秋月朔，辰弗集於(yu) 房，瞽奏鼓，嗇夫馳，遮人走”中，描述的就是日食期間人們(men) 驚慌失措，鳴鼓奔走的情況。

張仙為(wei) 保護孩子用弓箭射天狗（清代畫）

圖源：網絡

隨著我們(men) 科學技術、探測手段的不斷發展，我們(men) 也在慢慢揭開“天狗食日”的神秘麵紗。現在日食也不僅(jin) 僅(jin) 是壯美的自然景象，更是解決(jue) 科學難題的有效方法。

讓我們(men) 一起期待下次日全食的到來！（ps：我國境內(nei) 大範圍可見的日全食要到2035年了），具體(ti) 日全食過境可以參考下圖（來源見圖片下方）。

2035年中國境內(nei) 日全食模擬

參考文獻

1.https://moon.nasa.gov/moon-in-motion/eclipses/

2.https://eclipse2017.nasa.gov/

3.https://www.nasa.gov/eclipse

4.夏至約你看“金邊日食”－遮天蔽日的空間天氣效應。微信公眾(zhong) 號“石頭科普工作室”

5.Zhang S.-R., Erickson, P. J., Goncharenko, L. P., Coster, A. J., and Frissell, N. A. (2017). Monitoring the geospace response to the Great American Solar Eclipse on 21 August 2017. Earth Planet. Phys., 1, 72–76. https://doi.org/10.26464/epp2017011

美編：朱文瀟

校對：李玉鈐

來源：中科院地質地球所

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