天文學家：大日食觀測究竟有哪些科學意義？

　　張枚：中科院國家天文臺研究員，在日冕物質拋射的模型方面有深入研究。

　　包星明：中科院國家天文臺博士，主要從事日珥磁場測量和日冕物質拋射分析研究。

　　7月22日的大日食絕對是一次“天文盛宴”：無論是公眾，還是天文學家，都忙得不亦樂乎。

　　對于公眾而言，日全食是最為壯觀的天象之一;而對于天文學家而言，觀測日全食則有助于人類研究太陽對地球的影響。據了解，中國科學院和國家自然科學基金共同支持了11項科學研究項目，還有一項是科普項目，實際上支持了12個項目，各個天文臺都有，國家天文臺、紫金山天文臺、云南天文臺、上海天文臺都有。

　　今天，人類對日食天文現象有了全面、透徹的了解，但是，很多科學問題，如“日冕加熱”、太陽黑子變化等都還沒有解決，而日全食為天文學家尋找這些謎題的答案提供了難得的觀測良機。

　　那么這次“長江大日食”觀測究竟科學意義何在呢?本報特邀有關專家進行解讀。

　　新聞緣起

　　7月22日日全食的發生，不僅為2009國際天文年增添了一次“天文盛宴”，更為世界各地的天文工作者提供了一次科學觀測良機。

　　江蘇省天文學會秘書長李旻說，長期以來，太陽物理領域有三大謎題一直困擾著國際天文學界。這三大謎題分別是：日冕的加熱問題、太陽耀斑和日冕物質拋射的產生問題、太陽黑子周期性變化的起源問題。日全食的發生，為天文學家深度觀測太陽周圍物質、尋找這些謎題的答案提供了難得的觀測良機。

　　日全食為天文學家尋找“日冕加熱”、太陽黑子變化等謎題的答案提供了觀測良機

　　有助解決“日冕加熱”疑惑

　　國家天文臺張枚研究員介紹，日冕的活動對地球有重要影響，但至今還有許多未解之謎。在日全食的短暫瞬間，常常可以看到太陽周圍除了絢麗的色球外，還有一大片白里透藍，柔和美麗的暈光，這就是太陽大氣的最外層──日冕。

　　根據恒星結構理論，人們認為，太陽發光的源泉是內部的熱核反應，太陽的溫度從內部的上千萬攝氏度降到表面的幾千攝氏度。但令人奇怪的是，光譜觀測發現，到了太陽表面光球層以外的日冕層，太陽大氣的溫度又突然從幾千攝氏度增高到上百萬攝氏度。人們的一般常識是“離熱源越近，溫度越高”，但日冕層為什么離熱源(太陽核心)越來越遠，溫度反而會越來越高?這一奇特現象已經困擾天文學家70多年，至今沒有得到合理和公認的解釋。而日全食發生以后，平時光芒四射的太陽被月亮完全遮住，日冕的光輝展露出來。

　　“這次日全食在我國歷史上持續時間最長，為解決‘日冕加熱’疑惑提供了最佳觀測和研究的時機。”張枚說。

　　研究地球電離層結構和擾動規律

　　日全食發生時，太陽的輻射會逐漸減弱，從而可能對無線電通訊產生影響，因此利用無線電通聯的方法，就能測定太陽輻射對地球電離層的影響，研究電離層日食效應和電離層的性質。據了解，1997年3月9日的日食發生時，有人曾在漠河進行實驗，實驗結果顯示，日食開始時，以漠河為圓心，500公里以內的無線電信號全部消失。

　　同時，日全食發生期間，還可進行地球物理觀測，包括日照觀測(日全食過程中地面接收太陽輻射的變化)、大氣和電離層觀測(利用陽光消失的過程深入了解大氣層和電離層機制)、地磁和重力異常監測等。

　　探索太陽耀斑和日冕物質拋射謎團

　　古今中外的天文學家還曾經數千次地觀測到，在太陽周圍的日冕層和較低一點的色球層，有時亮度突然增加，這一現象被稱為“太陽耀斑”。大的太陽耀斑爆發時，其瞬間的亮度可以達到平時的幾千倍，有的如一條巨龍在太陽上飛舞，有的則像從太陽上發射的絢麗禮花;此外，太陽大氣中還有一種活動最為劇烈的現象“日冕物質拋射”，這一現象爆發時，等離子體物質從接近日面的低日冕噴出，就像從太陽發射出的猛烈炮彈一樣，瞬時釋放出巨大的能量，當這些物質和能量傳播到地球附近時，可以造成短波通訊中斷、衛星工作失常等破壞現象。對“太陽耀斑”和“日冕拋射物質”現象的成因，科學家至今無法解釋，更無法準確預測。

　　“耀斑是最強烈的太陽活動現象，因為目前對太陽磁場的精確測量只限于光球層。所以人們認為，耀斑是受太陽磁場影響而成，但其實太陽耀斑起源于日冕磁場，日全食的上演可以提供研究的良好觀測時機。”國家天文臺科學家包星明博士說。

　　尋求太陽黑子的變化原因

　　太陽黑子是太陽上的小黑點。科學家通過對太陽黑子幾百年來的系統觀測，發現日面上的太陽黑子的數目具有平均為11.1年的周期變化，這一周期被稱為“太陽活動周”。太陽黑子較多的年份，太陽上的活動現象如太陽耀斑、日冕物質拋射等就比較頻繁。此外，人們還發現，不僅黑子的數目呈現周期性的變化，它們在太陽表面上出現的位置也呈現出規律性的變化。但直至現在，科學家仍然不能解釋太陽為什么會產生黑子?為什么在不同的時段、在不同的地點產生黑子?為什么有些黑子的出現會引發太陽活動，而有些黑子則不會引發太陽活動?

　　目前，國際天文學家普遍認為，要解開太陽的這些謎團，謎底就藏在太陽的磁場中，是磁場控制著太陽上的各種活動現象。而日全食的發生，十分有助于科學家進一步研究太陽磁場。

　　尋找水星軌道內小行星

　　水星內行星的尋找，這項研究項目已經有上百年了。“去年和今年都有這個觀測項目研究，水星離太陽比較近，它和太陽一起升落，所以平時不容易看到水星，日全食期間，月亮擋住整個太陽，有希望看到水星和有可能存在水星軌道以內的小行星，但是在水星內有沒有小行星目前還不能確定。”包星明說。

　　另外，天文學家還可通過日全食機會尋找太陽附近的彗星。

　　有助開展尋找引力波的探測實驗

　　由于引力波探測是關系到能否打開一扇天文觀測窗口的大事。所以上世紀至今,世界少數發達國家傾注大量的人力、物力、財力于引力波的實驗探測。但是截至今天還沒有人宣布直接測量到引力波。而日全食可以為引力波及其他基本物理問題的探索提供機會。我國科學家曾經用高精度微伽重力儀，在日全食的“初虧”和“復圓”時檢測到兩個“重力谷現象”，這是中國人成功探測到引力波的重大實驗。