天文学家：大日食观测究竟有哪些科学意义？

　　张枚：中科院国家天文台研究员，在日冕物质抛射的模型方面有深入研究。

　　包星明：中科院国家天文台博士，主要从事日珥磁场测量和日冕物质抛射分析研究。

　　7月22日的大日食绝对是一次“天文盛宴”：无论是公众，还是天文学家，都忙得不亦乐乎。

　　对于公众而言，日全食是最为壮观的天象之一;而对于天文学家而言，观测日全食则有助于人类研究太阳对地球的影响。据了解，中国科学院和国家自然科学基金共同支持了11项科学研究项目，还有一项是科普项目，实际上支持了12个项目，各个天文台都有，国家天文台、紫金山天文台、云南天文台、上海天文台都有。

　　今天，人类对日食天文现象有了全面、透彻的了解，但是，很多科学问题，如“日冕加热”、太阳黑子变化等都还没有解决，而日全食为天文学家寻找这些谜题的答案提供了难得的观测良机。

　　那么这次“长江大日食”观测究竟科学意义何在呢?本报特邀有关专家进行解读。

　　新闻缘起

　　7月22日日全食的发生，不仅为2009国际天文年增添了一次“天文盛宴”，更为世界各地的天文工作者提供了一次科学观测良机。

　　江苏省天文学会秘书长李旻说，长期以来，太阳物理领域有三大谜题一直困扰着国际天文学界。这三大谜题分别是：日冕的加热问题、太阳耀斑和日冕物质抛射的产生问题、太阳黑子周期性变化的起源问题。日全食的发生，为天文学家深度观测太阳周围物质、寻找这些谜题的答案提供了难得的观测良机。

　　日全食为天文学家寻找“日冕加热”、太阳黑子变化等谜题的答案提供了观测良机

　　有助解决“日冕加热”疑惑

　　国家天文台张枚研究员介绍，日冕的活动对地球有重要影响，但至今还有许多未解之谜。在日全食的短暂瞬间，常常可以看到太阳周围除了绚丽的色球外，还有一大片白里透蓝，柔和美丽的晕光，这就是太阳大气的最外层──日冕。

　　根据恒星结构理论，人们认为，太阳发光的源泉是内部的热核反应，太阳的温度从内部的上千万摄氏度降到表面的几千摄氏度。但令人奇怪的是，光谱观测发现，到了太阳表面光球层以外的日冕层，太阳大气的温度又突然从几千摄氏度增高到上百万摄氏度。人们的一般常识是“离热源越近，温度越高”，但日冕层为什么离热源(太阳核心)越来越远，温度反而会越来越高?这一奇特现象已经困扰天文学家70多年，至今没有得到合理和公认的解释。而日全食发生以后，平时光芒四射的太阳被月亮完全遮住，日冕的光辉展露出来。

　　“这次日全食在我国历史上持续时间最长，为解决‘日冕加热’疑惑提供了最佳观测和研究的时机。”张枚说。

　　研究地球电离层结构和扰动规律

　　日全食发生时，太阳的辐射会逐渐减弱，从而可能对无线电通讯产生影响，因此利用无线电通联的方法，就能测定太阳辐射对地球电离层的影响，研究电离层日食效应和电离层的性质。据了解，1997年3月9日的日食发生时，有人曾在漠河进行实验，实验结果显示，日食开始时，以漠河为圆心，500公里以内的无线电信号全部消失。

　　同时，日全食发生期间，还可进行地球物理观测，包括日照观测(日全食过程中地面接收太阳辐射的变化)、大气和电离层观测(利用阳光消失的过程深入了解大气层和电离层机制)、地磁和重力异常监测等。

　　探索太阳耀斑和日冕物质抛射谜团

　　古今中外的天文学家还曾经数千次地观测到，在太阳周围的日冕层和较低一点的色球层，有时亮度突然增加，这一现象被称为“太阳耀斑”。大的太阳耀斑爆发时，其瞬间的亮度可以达到平时的几千倍，有的如一条巨龙在太阳上飞舞，有的则像从太阳上发射的绚丽礼花;此外，太阳大气中还有一种活动最为剧烈的现象“日冕物质抛射”，这一现象爆发时，等离子体物质从接近日面的低日冕喷出，就像从太阳发射出的猛烈炮弹一样，瞬时释放出巨大的能量，当这些物质和能量传播到地球附近时，可以造成短波通讯中断、卫星工作失常等破坏现象。对“太阳耀斑”和“日冕抛射物质”现象的成因，科学家至今无法解释，更无法准确预测。

　　“耀斑是最强烈的太阳活动现象，因为目前对太阳磁场的精确测量只限于光球层。所以人们认为，耀斑是受太阳磁场影响而成，但其实太阳耀斑起源于日冕磁场，日全食的上演可以提供研究的良好观测时机。”国家天文台科学家包星明博士说。

　　寻求太阳黑子的变化原因

　　太阳黑子是太阳上的小黑点。科学家通过对太阳黑子几百年来的系统观测，发现日面上的太阳黑子的数目具有平均为11.1年的周期变化，这一周期被称为“太阳活动周”。太阳黑子较多的年份，太阳上的活动现象如太阳耀斑、日冕物质抛射等就比较频繁。此外，人们还发现，不仅黑子的数目呈现周期性的变化，它们在太阳表面上出现的位置也呈现出规律性的变化。但直至现在，科学家仍然不能解释太阳为什么会产生黑子?为什么在不同的时段、在不同的地点产生黑子?为什么有些黑子的出现会引发太阳活动，而有些黑子则不会引发太阳活动?

　　目前，国际天文学家普遍认为，要解开太阳的这些谜团，谜底就藏在太阳的磁场中，是磁场控制着太阳上的各种活动现象。而日全食的发生，十分有助于科学家进一步研究太阳磁场。

　　寻找水星轨道内小行星

　　水星内行星的寻找，这项研究项目已经有上百年了。“去年和今年都有这个观测项目研究，水星离太阳比较近，它和太阳一起升落，所以平时不容易看到水星，日全食期间，月亮挡住整个太阳，有希望看到水星和有可能存在水星轨道以内的小行星，但是在水星内有没有小行星目前还不能确定。”包星明说。

　　另外，天文学家还可通过日全食机会寻找太阳附近的彗星。

　　有助开展寻找引力波的探测实验

　　由于引力波探测是关系到能否打开一扇天文观测窗口的大事。所以上世纪至今,世界少数发达国家倾注大量的人力、物力、财力于引力波的实验探测。但是截至今天还没有人宣布直接测量到引力波。而日全食可以为引力波及其他基本物理问题的探索提供机会。我国科学家曾经用高精度微伽重力仪，在日全食的“初亏”和“复圆”时检测到两个“重力谷现象”，这是中国人成功探测到引力波的重大实验。