改變歷史的日全食

日全食雖是罕見的天象，卻與人類的命運息息相關。

嚴鋒

2009年年7月22日，一次數百年難遇的日全食將橫掃長江中下游流域。日全食雖是罕見的天象，卻與人類的命運息息相關。這一次的日全食，又會喚醒我們什麼樣的記憶？

有史以來最有名的一次日全食，記錄在古希臘歷史學家希羅多德“歷史”第一卷第七十四節：

呂 底亞人和美地亞人之間就爆發了戰爭，這場戰爭繼續了五年。在這期間，美地亞人多次戰勝呂底亞人，而呂底亞人也多次戰勝美地亞人。他們常常也相互進行夜戰， 然而，他們雙方仍然分不出勝負來。在第六個年頭的一次會戰中，戰爭正在進行時，發生了一件偶然的事件，白天突然變成了黑夜。米利都人泰勒斯曾向伊奧尼亞人 預言了這個事件。他向他們預言在哪一年會有這樣的事件發生，而實際上這話應驗了。美地亞人和呂底亞人看到白天變成了黑夜，便停止了戰爭，而他們雙方便都十 分切望達成和平的協議了。

古人對天象的敬畏，竟至於化干戈為玉帛，看來迷信也並非只有負面的意義。但這也是科學在人類歷史上第一次展 現偉大的力量。現代天文學推算這一次日食發生在公元前585年。成功預測這一次日食的泰勒斯，是希臘的七哲之一，七哲中每個人都特別以一句格言而聞名;傳 說泰勒斯的格言是： “水是最好的” -他相信水是萬物的本原。泰勒斯常常被看成是最早的哲學家，但是羅素認為他更像一個科學家，在數學，天文學，工程等領域都作出了奠基性的貢獻。

泰 勒斯用什麼辦法來預測日食？這倒並非由於他已經完全掌握了日月運行的秘密。泰勒斯認為地球是一個扁平的圓盤，漂浮在一片巨大的海洋之中。月亮和太陽也是一 些圓盤，在地球的上方移動。有的時候，它們恰巧排成一線，月亮擋在太陽和地球之中，這時候日食就發生了。這個宇宙模型和我們今天的不太一樣，但是很奇怪， 如果擁有豐富的觀測數據，再荒謬的宇宙模型，也常常能做出一些正確的預測。

泰勒斯的家鄉米利都與呂底亞是聯盟，呂底亞與巴比倫有著文 化上的密切關係，而巴比倫人，擁有今天也令人驚嘆的天文知識。巴比倫人在公元前三十世紀的後期就已經有了曆法。他們對太陽和月亮的運行週期測得很準確，朔 望月的誤差只有0.44秒，近點月的誤差只有3.6秒，對五大行星的會合週期也測得很準。巴比倫人發現了日月食的週期，叫做“沙羅週期” （ “沙羅”是重複的意思） ，為十八年零十一天多一點，即6585.32天。知道了沙羅週期，就可以對日食進行預測了，當然你還是不知道它究竟會發生在什麼地方。所以泰勒斯的成功， 也有一半是瞎蒙的因素在裡面。

巴比倫人說他天文強，中國人就笑了。

古代中國人對天文的重視，舉世無二。顧炎武在“ 日知錄”開首就說： “三代以上，人人皆知天文。七月流火' ，農夫之辭也; '三星在天' ，婦人之語也; '月離於畢' ，戍卒之作也; '龍尾伏辰' ，兒童之謠也。 “顧炎武這裡舉到的都是”詩經“中的名句，他是把“詩經”當作天文學著作來讀了。中國是歐洲文藝復興以前天文現象最精確的觀測者和記錄的最好保存者，有著 世界上最早最完整的日食記載， “春秋“所記的二百四十二年中，有史可考的日食記錄有三十七次。

中國古代非常重視日食的觀測和推算， 因為中國人相信天和人相互通連，交相感應，天能干預人事，人亦能感應上天。在上天所顯示的各種天象中，日食是最嚴重的警示，表明統治者失德敗政，需要趕快 行動起來，進行各種各樣的自律，檢討和補救。這就是“史記天官書”裡所說的： “日變（日食）修德，月變省刑，星變結和“ 。公元前178年，發生了一次日食，漢文帝為此下詔： ”朕聞之：天生民，為之置君以養，治之。人主不德，布政不均，則天示之災以戒不治。乃十一月晦，日有食之，謫見於天，災孰大焉！膚獲保宗廟，以微眇之身托 於士民君王之上，天下治亂，在予一人，唯二三執政，猶吾股肱也。朕下不能治育群生，上以累三光之明，其不德大矣。 “

因日食而下罪己 詔，漢文帝開中國皇帝自我反省的先河，到後來逐漸固定成一種政治操作。 “資治通鑑”記載，公元719年出現日食，唐玄宗“素服以俟變，徹樂減膳，命中書，門下察系囚，賑飢乏，勸農功。 “日食發生後要”修政“ ，包括減免稅賦，賑濟貧弱，大赦囚犯，虛心納言等等。日食也是對軍事失利的預兆，日食之後不宜用兵，在這一點上和希臘人的心理是相通的。

通常我們會很容易認為古代中國皇帝的權力大到無邊，其實聰明的中國人怎會心甘情願讓統治者成為脫韁的野馬，他們自有一些別出心裁的約束辦法。用日食來嚇唬皇帝，這種想法其實相當不壞。北宋的名臣富弼一語道破其中的真諦： “人君所畏惟天，若不畏天，何事不可為？ ”

正 因為日食承載了那麼多的恐懼和期盼，我們可以理解它和中國歷史千絲萬縷的聯繫了。 “尚書胤徵”講述了中國最早的日食故事，天文官羲和因為貪酒漏報了日食，帶來殺身之禍。羲和的後任們從此戰戰兢兢，竭盡最大的努力去尋找日食的秘密。公元 前一世紀， “太初歷”以一百三十五個朔望月為交食週期，到公元762年的“五紀歷”中，已經採用了三百五十八個朔望月的紐康週期，比西方早十一個世紀。

但是他們預報得越準確，越是說明這個世界自有其不以人意志為轉移的規律，皇帝恐怕也就越不把他們當回事了。

對 日食精確的計算和預測，是在十七世紀牛頓發現萬有引力定律之後才真正實現的。到十九世紀，對日全食的研究進入黃金時期。借助日益強大的觀測儀器和手段，科 學家對太陽的結構組成逐漸有了深入的了解。日全食時顯現的日冕，日珥，色球層成為不可多得的觀測對象。隨著交通的發達，人們也不再守株待兔地對日全食發出 千年一嘆，而是主動出擊， “逐日族”由此產生，並結出豐碩成果。

1868年8月18日，印度發生日食。法國天文學家詹森長途跋涉來到印度。日全食開始後，他把分光鏡對準了日珥，看到了幾條亮線：紅線和藍線是氫的譜線。 而那條黃線呢？他相信這是一種新的元素“太陽元素” -氦。 9月19日詹森給巴黎科學院發信報告自己的發現。因為遠隔重洋，這封信10月26日才到巴黎科學院。

沒想到英國有一個科學家羅克耶，用電磁分光術的方法也獲得了同樣的發現。他在1868年10月20日給巴黎科學院寫了一封信，也在10月26日到達了巴黎科學院。科學院同一天收到了同樣的兩封關於發現太陽上新元素的信，也是史上絕無僅有的巧事了。

日 全食也激發了文人雅士的濃厚興趣。美國十九世紀著名作家， “最後的莫希幹人”的作者詹姆士庫柏回憶他看過的一次日全食： “我從未曾目睹如此壯觀的景象。日全食給我上了一課，讓我體驗到什麼是渺小和謙卑。 “庫柏看到獄卒把死刑犯人也從囚房中帶出來，讓他們最後體會一下那最難得的風景，這本身也是極奇異的景觀了。

1878年7月13日，托馬斯愛迪生離開紐約，赴懷俄明州的羅林斯觀看日全食。他隨身帶了一架他所發明的微動儀。這架儀器設計精密，構思巧妙，與望遠鏡結 合起來，可以精確測量來自不同方向的光源產生熱量的微小變動，這變動可以小到華氏五萬分之一度。愛迪生想用它來測量日冕的紅外輻射，並推斷其溫度。

不 幸的是，愛迪生百密一疏，把他的奇妙儀器安置在了一個雞棚旁邊，等到了食甚之時，天昏地暗，雞們誤以為安息之時已到，紛紛歸籠，嚴重地妨礙了愛迪生的工 作，使得觀測結果不盡如人意。不過他還是向美國科協提交了一份相關的論文。日食結束以後，愛迪生在羅林斯釣魚消遣，收穫頗豐。 8月26日，他回到新澤西的實驗室，第二天開始試制電燈泡。

下面的事情大家就都很熟悉了。愛迪生試驗了六千種不同材料，尋找可以耐久的電燈絲，都不太理想。後來他想起自己在羅林斯的時候，不小心折斷了一根竹製魚竿，隨手扔進篝火。他想起來那裂開的竹絲燃燒得格外明亮，也格外持久。也許竹絲是理想的燈絲材料？

輝煌的日全食，點亮一個小燈泡。這故事如果是神話的話，那也是古老的神話在近代的一線美妙的余光。

步入二十世紀，人類擁有越來越多先進的觀測太陽的手段，日全食的科學意義逐漸式微，開始淪為單純的觀賞對象和科學教育的工具。但是一個重大事件又讓日全食成為關注的焦點。

1905年年，一個瑞士專利局的職員發表三篇論文，改變了物理學的面貌，也改變了我們這個世界的面貌。

愛 因斯坦的相對論理論問世之後，引起軒然大波。這是一種全新的宇宙觀，徹底挑戰人類已有的常識。根據這種理論，引力能使光線彎曲。愛因斯坦認為檢驗的最好方 法是日全食，因為太陽質量巨大，能使遙遠星球發來的光線產生顯著彎曲。平時太陽光太強，遮蔽了微弱的星光，而日全食的時候太陽正好被擋住，成為絕佳的觀測 時機。只要把太陽周圍星域的照片與同一星域遠離太陽時的照片進行比較，就可以測出彎曲的程度。愛因斯坦預測其數值是0.87弧秒。幸運的是，一開始並沒有 這樣的機會，也沒有人有興趣進行驗證。愛因斯坦在1915年又提出廣義相對論，把彎曲值修改為1.75弧秒。

科學家知道1919年5 月29日會有一個絕佳的機會來考驗愛因斯坦。這一次日全食正好在畢宿星團，群星容易為望遠鏡所見。 1917年，儘管戰事吃緊，而且愛因斯坦是敵對陣營的科學家，英國皇家天文學家弗蘭克戴森還是成功勸說政府資助觀測。停戰後不久，驗證相對論的日食觀測團 開始遠足。他們一共分為兩隊，安德魯克倫默林與查爾斯戴維森去巴西，亞瑟愛丁頓與愛德溫柯丁漢去非洲幾內亞灣的西岸普林斯比。

戴森行前與兩組隊員會面，對他們說，測量可能有兩種結果：光線彎曲1.75弧秒，證明愛因斯坦理論;彎曲0.87弧秒，大家重新回到牛頓。柯丁漢問，如果是愛因斯坦預測數值的兩倍呢？戴森說，那愛丁頓肯定會發瘋，你們就自己回來吧。

兩 隊的運氣都不好，連續幾個月陰雨連綿。愛丁頓這一隊，到了日食的當天，依然烏雲密布。食甚前十八分鐘，太陽露頭，但是仍在雲中出沒。愛丁頓後來說，他一直 在緊張地換底片，根本沒有時間欣賞日食，就看了一眼，也還是看烏雲還能給他多少時間。最終檢查結果，有兩張底片上留下了五顆星。他測量了其中一顆，就對柯 丁漢說：你們不用單獨回家了。愛丁頓隊的測量結果是1.61弧秒，誤差0.30弧秒。

1919年11月6日，英國皇家學會和皇家天文學會聯合公佈結果，大廳中擠滿了人，大家都知道一個時代正在結束，牆上牛頓的巨幅畫像凝視著他們。皇家學會主席湯普森（電子的發現者）宣布廣義相對論得到實驗證實，並盛讚愛因斯坦的科學思想是這個時代的最高成就。

這也許是日全食在人類歷史上扮演的最後一個重要角色，一個最成功角色，一次最出彩的演出。

2008日全食5分鐘精華版

何謂日全食

一次日全食的過程可以包括以下五個時期：初虧，食既，食甚，生光，复圓。

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（即月面的東邊緣與月面的西邊緣相外切的時刻） ，稱為初虧。初虧也就是日食過程開始的時刻。

食既從初虧開始，就是偏食階段了。月亮繼續往東運行，太陽圓面被月亮遮掩的部分逐漸增大，陽光的強度與熱度顯著下降。當月面的東邊緣與日面的東邊緣相內切時，稱為食既。此時整個太陽圓面被遮住，因此，食既也就是日全食開始的時刻。



在太陽將要被月亮完全擋住時，在日面的東邊緣會突然出現一弧像鑽石似的光芒，好像鑽石戒指上引人注目的閃耀光芒，這就是鑽石環，同時在瞬間形成為 一串發光的亮點，像一串光輝奪目的珍珠高高地懸掛在漆黑的天空中，這種現象叫做珍珠食，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。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，就形成了倍利珠現象。倍利珠出現的時間很短，通常只有一二秒鐘，緊接著太陽光就全部被遮蓋住而發 生日全食了。

日全食時，大地變得昏暗，獸驚歸巢穴。這時天空中就會出現一番奇妙的景色：明亮的星星出來了，在原來太陽所在的位置上，只見暗黑的月輪，在它的周 圍呈現出一圈美麗的，淡紅色的光輝，這就是太陽的色球層;在色球層的外面還瀰漫著一片銀白色或淡藍色的光芒，這就是太陽外層的大氣-日冕;在淡紅色色球的 某些地區，還可以看到一些向上噴發的像火焰似的雲霧，這就是日珥。日珥是色球層上部氣體猛烈運動所形成的氣體“噴泉” 。色球層，日餌，日冕都是太陽外層大氣的組成部分，平時在一定的條件下也可以觀測到，但在日全食時，這些現象可以看得特別清楚。

生光食既以後，月輪繼續東移，當月輪中心和日面中心相距最近時，就達到食甚。對日偏食來說，食甚是太陽被月亮遮去最多的時刻。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，倍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，原來在日全食時可以看到的色球層，日珥，日冕等現象迅即隱沒在陽光之中，星星也消失了，陽光重新普照 大地。

复圓生光之後，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，稱為复圓。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。

日偏食的過程和日全食過程大致相同，由於它只發生偏食，因此就只有初虧，食甚和复圓，而沒有食既和生光這兩個階段。日環食則同樣有初虧，食既，食甚，生光和复圓等階段。

天文台對日全食或日環食進行預報時，往往要把這五個階段的時間報告出來。人們根據這些報告就可以了解整個日食的過程，並進行觀測。至於日偏食，天文台在預報時，當然就只給出初虧，食甚和复圓這三個時刻。

我們在日食的預報中，常常還可以看到“食分”這樣一個詞，它是用來表示日食的程度。對於日食而言，食分並不表示太陽圓面被遮俺的面積，而是表示日 面直徑的被遮部分與太陽直徑的比值。以太陽的直徑作為1 ，如果食分為0.5 ，這就表示太陽的直徑被遮去了一半;如果食分為1 ，那就是太陽的整個圓面被遮住，那就是日全食。很顯然，食分越大，日面被遮掩的程度就越大。日偏食的食分是小於1.0的，日全食的食分是1.0 。

食帶月影掃過的地方。日食的時間長短，同月球影錐在地面上移動的速度以及地球的自轉方向有關。以日全食來說，由於月球的視直徑僅略大於太陽，同時 月影在地面移動速度很快，因此日全食的時間是很短暫的。在全食帶的某個地點所看到的日全食時間通常只有兩三分鐘，最多不超過7分鐘。如果全食帶經過赤道附 近地區，日全食時間就可延續到7分40秒，這時是觀測日全食的最好機會。

在發生日環食時，月亮總是位於遠地點附近，這時月亮運行的速度較慢，因此日環食的時間比較長，如果日環食發生在赤道附近，那麼在赤道附近觀測日環食的時間可長達12分42秒。

就全球範圍來說，如果把月亮半影開始遮掩日面的時間計算在內，日食時間的長度由初虧至复圓的整個過程可長達三個半小時。

日偏食的時候，由於月影範圍大於其本影，食相經過的時間長短要視食分的大小而定，食分愈大，時間也就愈長。

由於月亮的影錐又細又長，所以當它落到地球表面時，所佔的面積很小，至多不會超過地球總面積的萬分之一，它的直徑最大也只有二百六十多千米。當月 球繞地球轉動時，影錐就在地面上自西向東掃過一段比較長的地帶，在月影掃過的地帶，就都可以看見日食。所以這條帶就叫做“日食帶“ 。帶內發生日全食的，就叫全食帶，帶內發生日環食的，就叫環食帶。可以看到偏食的範圍很廣闊，已經不像一條帶子，而是很大的一片地區。

全食帶是一條寬度不過二三百千米，長約數千到10000千米的狹窄路徑（有時全食帶的寬度甚至只有幾千米） ，只有在全食帶掃過的地區才能看見日全食或日環食的發生。全食帶的兩旁是較廣闊的半影掃過的地區，在這些地區內可見偏食。離全食帶愈近的偏食區，所見偏食 程度愈大;離帶愈遠，可見偏食程度愈小;半影區以外的地方是看不見日食的。

由於月球是由西向東運行，所以它的影子也是沿同一方向運行，因此各地看到日食的時間是不同的。當地面上的西部地區已經處在黑影區域內，這一地區的 人已經看到日食時，東部地區的人卻不能同時看到日食，得在月影向東移來後才能看到日食。所以，西部地區的人總是比東部地區的人先看到日食。

日食每年都有發生，但由於全食帶是一條狹窄的影帶，據估計，平均每200 〜 300年，某一地區或城市才有機會被全食帶掃過，所以，對住在一個城市的人來說，一生可能未看到過一次日全食。