日全食的歷史故事

王玉民

7月22日，一次數(shù)百年難遇的日全食橫掃了我國人口稠密的大部分地區(qū)。對于我們現(xiàn)代人來說，日全食只是一次難得的天象觀測和天文研究的機(jī)會，而對古代人來說，日全食的發(fā)生可是一件天大的事情!

日食是一種較為罕見的天象，當(dāng)月亮繞著地球轉(zhuǎn)時，恰好走到太陽前面，遮住了射向我們的太陽光，就會形成日食。每次農(nóng)歷初一，都要“日月合朔”，但月亮運(yùn)行的軌道與黃道(太陽看上去在星空中走的路線)有5°多的夾角，所以月亮在太陽前面經(jīng)過時，常常不是偏上就是偏下，只有在個別情況下，月亮才會遮住太陽。就地球上一個地方來說，平均5年左右，才有機(jī)會看到一次太陽被部分遮住的“日偏食”。

至于太陽全被遮住的“日全食”就更罕見了。從地球上看去，月亮的輪廓與太陽大小差不多，月亮離地球遠(yuǎn)一些時，月亮看去比太陽小，月亮從太陽中心經(jīng)過時，就會發(fā)生“日環(huán)食”，這時太陽圓面僅剩下一圈明亮奪目的光環(huán)：月亮離地球近時，月亮看去正好比太陽大，月亮從太陽中心經(jīng)過時，就會發(fā)生“日全食”，這時月亮把太陽嚴(yán)絲合縫地遮住，太陽的明亮光盤看不到了，但還能看到太陽周圍黯淡的大氣。由于月亮走得很快，日全食一般3～5分鐘就結(jié)束了，短的甚至只有幾秒鐘。每次發(fā)生全食時，月亮本影的尖錐剛好掃過地球表面，形成一條寬幾千米到上百千米的“全食帶”。就地球上一個地方來說，平均250年，才能被全食帶掃過一次，也就是說，有機(jī)會看到一次日全食。

日全食不但罕見，而且在所有天象中最引人注目。全食發(fā)生時，立刻天昏地暗，如黑夜降臨，其過程簡直可以用“驚心動魄”來形容，所以在不知日食成因的古代，曰全食的發(fā)生會讓人極度恐慌；而近代和現(xiàn)代，對天文學(xué)家來說，日全食是探測太陽大氣的絕好機(jī)會，也是普通人翹首盼望的壯觀天象。正因為它這樣罕見而驚人，所以有些日全食在歷史上起到了重要的作用，下面，就讓我們來了解一下歷史上幾次重要的日全食現(xiàn)象。

“仲康日食”——讓天文官丟腦袋

在中國歷史上，很早就設(shè)有專門的部門和人員進(jìn)行天象觀測了。其目的一是了解日、月的運(yùn)行規(guī)律，制定盡可能精密的歷法以滿足農(nóng)耕的需要；二是古人認(rèn)為“天”是一個有意志、有人格的神，天經(jīng)常通過星象上的變化給人間以警告。因此，各代朝廷都有龐大的司天機(jī)構(gòu)日夜監(jiān)視天象的變化。天文官是人間君王“通天”的媒介和信使，朝廷對于天文官的期望往往很高，天文官也時刻不敢懈怠。

話說夏朝之時，第四位君王仲康時代，一天中午時分，人們突然發(fā)現(xiàn)，原本高懸在天空光芒四射的太陽，光線在一點(diǎn)點(diǎn)減弱，仿佛有個黑黑的怪物在一點(diǎn)點(diǎn)地把太陽吞吃掉——這是“天狗吃太陽”了!百姓們面對突如其來的兇險天象，個個驚恐萬狀，急忙聚集起來敲盆打鑼，按過去的經(jīng)驗，這樣就可以把天狗嚇走。

對這一天象最為恐懼的還是朝廷和天子。那時，朝廷已經(jīng)形成一套“救日”儀式，每當(dāng)發(fā)生日食時，監(jiān)視天象的天文官要在第一時間觀測到，然后立刻以最快的速度上報朝廷，隨后天子馬上率領(lǐng)眾臣到殿前設(shè)壇，焚香祈禱，向上天獻(xiàn)祭以把太陽重新召回?？蛇@次，時間過去了好久，大家眼看著太陽一點(diǎn)點(diǎn)消失，無盡的黑夜就要籠罩大地了，文武百官和仲康大帝都已聚到宮殿前了，卻獨(dú)不見天文官羲和的身影。已經(jīng)錯過了最佳救護(hù)時間，仲康大帝顧不得多想，連忙主持開始了救護(hù)之禮……

“天狗吃太陽”終于結(jié)束，身負(fù)重任的羲和仍然不見人影。幾個差役趕到清臺(當(dāng)時的天文觀測臺)，好不容易把喝了一夜的酒、爛醉如泥的羲和架到宮中。仲康大帝問明情況，才知原來是羲和酗酒誤事，頓時大怒，立刻下令將羲和推出斬了首。

這個故事記錄在中國最早的一本歷史文獻(xiàn)匯編《尚書》里，而且這是中國最早的一次日食記錄(很可能也是世界上最早的日食記錄)，被稱作“書經(jīng)日食”、“仲康日食”。此次日食可能發(fā)生在公元前1961年10月26日，據(jù)現(xiàn)代天文方法推算，日食發(fā)生在中午，全食帶恰好穿過中原地區(qū)。

世界各民族早期對日食的解釋幾乎都一樣，認(rèn)為是妖怪吃掉了太陽。那妖怪，除了中國說的“天狗”外，還有北歐人想象中的“天狼”，東南亞人說的青蛙，南美印第安人說的美洲虎，西伯利亞人說的吸血僵尸，印度人說的怪獸等等。美國的奧吉布瓦印第安人更有趣，他們在舉行日食救護(hù)儀式時要向天發(fā)射帶火焰的箭，據(jù)稱是想重新“點(diǎn)燃”太陽。

“泰勒斯日食”——阻止了一場戰(zhàn)爭

公元前6～7世紀(jì)，居住在伊朗高原上的米底人建立起一個米底王國。米底王國一度很強(qiáng)盛，向西征服了亞述帝國，然后繼續(xù)向西進(jìn)兵小亞細(xì)亞，遇到了新對手呂底亞王國。呂底亞王國瀕臨愛琴海東岸，即今天土耳其的西北部，也是個很強(qiáng)盛的小王國。面對侵略，呂底亞人拿起武器頑強(qiáng)抵抗，戰(zhàn)役一個接著一個，這樣一打就是5年，雙方士兵大量陣亡，無數(shù)百姓流離失所，明知這樣耗下去只會兩敗俱傷，但誰也不愿先退讓求和。

一天，兩軍正在進(jìn)行激烈的廝殺。忽然，士兵們發(fā)現(xiàn)，一個黑影闖進(jìn)入圓圓的日面，把太陽一點(diǎn)一點(diǎn)地吞食，眩目的太陽光盤逐漸減少，大地的亮度慢慢減弱，好像黃昏提前來到。隨即，太陽全被吞沒，頓時天昏地暗，仿佛夜幕突然降臨，一些亮星在昏暗的天空中閃爍。士兵們從來沒見到過這種景象，頓時驚得目瞪口呆，在茫茫的“黑夜”中停止了廝殺。雖然過了不久，太陽就重新出現(xiàn)，日全食很快就結(jié)束了，但雙方認(rèn)為，這是上天不滿兩國的戰(zhàn)爭而發(fā)出的警告。雙方的首領(lǐng)決定握手言和，簽訂了永久的和平契約。一場曠日持久的戰(zhàn)爭，就這樣因偶然遭遇一次曰全食而化干戈為玉帛。

這個故事記載在古希臘歷史學(xué)家希羅多德的著作《希波戰(zhàn)爭史》中。根據(jù)背景信息，天文學(xué)家推算出這次日食發(fā)生在公元前585年5月28日。這部書中還記載說，在愛琴海東岸米利都的著名學(xué)者泰勒斯預(yù)報了這次日全食。米利都屬于古希臘城邦。此時，古希臘的文明正跨入自己的輝煌時代，泰勒斯作為一個先驅(qū)者，在哲學(xué)、數(shù)學(xué)、天文學(xué)、工程、政治等領(lǐng)域都作出了奠基性的貢獻(xiàn)。因此，如果說世界上第一位真正意義上的“科學(xué)家”是誰，應(yīng)該非泰勒斯莫屬。

泰勒斯預(yù)知了這次日全食后，打算利用當(dāng)時人們對日食的恐懼心理來消除戰(zhàn)禍。于是，他向交戰(zhàn)兩國宣布：“上天對這場戰(zhàn)爭十分厭惡，將用遮蓋太陽的辦法來向你們示警，若你們再不休戰(zhàn)，將有大難臨頭?！苯Y(jié)果，交戰(zhàn)時真的發(fā)生了日全食，戰(zhàn)爭也由此結(jié)束了。那么，泰勒斯是怎樣預(yù)知這次日全食的呢?難道他那時就精確掌握了日、月的運(yùn)行規(guī)律?后人對此做過種種考證，推測泰勒斯可能是使用古巴比倫人發(fā)現(xiàn)的沙羅周期(即：日、

月食經(jīng)過18年11天又8小時以后會重復(fù)出現(xiàn))來預(yù)報的。不過沙羅周期只是個近似周期，特別是日全食，全食帶很窄，同一周期里每次發(fā)生的位置都不一樣?？磥?，如果說泰勒斯作了預(yù)報的話，也是僥幸說對，因為全食帶恰好落在兩國交戰(zhàn)的戰(zhàn)場上。

泰勒斯是否真能預(yù)報日食，人們一直議論紛紛。有人認(rèn)為，泰勒斯真的做出了精確的預(yù)報，于是進(jìn)一步認(rèn)為：古希臘科學(xué)誕生于公元前585年5月28日，或者干脆說人類科學(xué)誕生于公元前585年5月28日。不管是不是真的如此，這種說法至少可看出，對日、月食的認(rèn)識和成功預(yù)報是人類歷史上多么重大的事件!

“萬目驚看白晝星”——古代詩歌中的日全食奇景

明清以前的天文歷法家尚不能預(yù)測全食帶，當(dāng)然更談不上去專程觀測日全食，所以絕大多數(shù)天文學(xué)家終生沒有見過日全食。因為這個緣故，古代對日全食的記載非常少，不過，在古代詩歌中有一些很生動的日全食描寫。這類詩數(shù)量很少，彌足珍貴，我們從中選擇幾首，來體會一下古人眼中日全食的精彩和壯觀。

誰撤天門虎豹扃，群妖食日上青冥。一眉不及黃昏月，萬目驚看白晝星。

這是宋代詩人艾性夫作的《日食》，民間雖然稱日食為“天狗吃太陽”，但詩人僅借用這種說法，又不受此局限，說：是誰把天上關(guān)虎豹的門閂打開了?讓群妖吃了太陽!看，光芒萬丈的太陽慢慢縮成了比新月還要細(xì)的一彎蛾眉，天昏地暗，隨后，許多星星出現(xiàn)在昏暗的天穹上，引得萬眾舉目，驚慌不已。

再看明代王族朱權(quán)的《日蝕》，與上一首有異曲同工之妙：

光浴咸池正皎然，忽如投暮落虞淵。青天俄有星千點(diǎn)，白晝爭看月一弦。

“咸池”、“虞淵”出自《淮南子·天文訓(xùn)》：“日出于嚦谷，浴于成池”，“日至于虞淵，是謂黃昏?！贝嗽娬f，太陽行在中天，正如古人說的浴于咸池，光焰四射之際，忽然卻如沉入西海一般，頓時暮色蒼茫，俄頃，深青色的天幕上現(xiàn)出無數(shù)星星。天空出現(xiàn)星星的時間雖短，但偏食的時間很長，太陽或像一鉤彎月，或像半規(guī)弦月，引得眾人引頸爭看。

《全宋詩》中，收有一位叫“五邁”的作者的詩《甲戌九月，日有食之紀(jì)異三十韻》，其開頭寫道：

甲戌九月秋，朔旦風(fēng)災(zāi)眚。孛彗犯太陽，凄凄如月冷。

方其如虧時，宛然蟲食皿。食之至於既，當(dāng)空懸黑餅。

仿佛存圈子，中陷猶枯井。云間星疏見，草木森弄影。

天地寂無聲，疑似非人境……

詩中把日全食的過程、天地的景象描寫得非常生動。尤其是詩中明確給出了日食發(fā)生的時間：甲戌年九月朔，甲戌年是宋寧宗嘉定七年，該年九月朔，公歷是1214年10月5日。查《日月食典》，這次日食是日全食，全食帶在宜昌、南昌、福州一線上掃過。

這首詩出自南宋，南宋時有關(guān)日全食的詩還有多首，因為這時國家積貧積弱，偏安江南，那種朝不保夕的心態(tài)，使人們對日食格外關(guān)注。南宋末年一位詩人陳普在他的《壬辰日蝕》詩中就寫道：“憶昔度宗皇帝時，十年十三日食之。”10年就發(fā)生了13次日食，是夠頻繁的，這對南宋的滅亡也起到一定的心理影響。

近代日食——“太陽元素”的發(fā)現(xiàn)與廣義相對論的驗證

在古代，觀測日食主要用于確定初虧、復(fù)圓的時刻以修改校正現(xiàn)有的日、月運(yùn)行歷表，這樣，日偏食就足夠了，對日全食，除了觀賞價值之外，人們不知它還有什么“用途”。

人們早就注意到，日全食發(fā)生時，黑黑的月輪外面總有一圈銀白色的光暈，所以中國古代典籍中有“日食既而黑，光反外照”、“月正掩日，光從四面出”等記載，太陽被遮住了，怎么還有這么多的光泄露?人們一直沒有意識到這圈光暈有什么意義，以為不過地球高層大氣的折射現(xiàn)象，或是一種光學(xué)幻覺，英國天文學(xué)家哈雷則認(rèn)為是月球上大氣的散射光。

直到1860年，科學(xué)家通過日全食時的天文照相，才證認(rèn)這些光暈既不是地球大氣，也不是月球大氣造成的，而是太陽大氣的影像。離太陽遠(yuǎn)的光暈稱“日冕”，近的突起稱“日珥”，再貼近日面的叫“色球?qū)印?。從此短短幾分鐘的日全食成了天賜人類的禮物，成了研究太陽大氣的寶貴機(jī)會。特別在月輪完全遮住日輪或日輪剛好要露出的一剎那拍攝的太陽大氣光譜，更為珍貴，稱“閃光光譜”。全世界的天文學(xué)家積累的資料到現(xiàn)在加一起也沒有十幾分鐘。不少觀測過多次日全食的天文學(xué)家竟沒看過一眼日全食的景象，因為操作儀器太忙碌了，根本沒時間抬頭。

1868年8月18日，在印度可以看到一次日全食，法國天文學(xué)家讓桑帶了很多笨重的儀器，不遠(yuǎn)萬里趕到印度進(jìn)行觀測，全食發(fā)生時，他把分光鏡對準(zhǔn)黑色月盤邊緣突出的紅色火焰(日珥)，拍照了一系列彩色的線條——日珥光譜。事后他分析這些光譜時，發(fā)現(xiàn)其中有一條黃色的譜線，不在當(dāng)時已知任何元素譜線的位置上。隨后，他用太陽望遠(yuǎn)鏡觀測太陽光譜，又觀察到了這條黃線，不久英國天文學(xué)家洛克耶也在太陽光譜中發(fā)現(xiàn)了這條黃線，他認(rèn)為這是太陽上一種特有的元素的譜線，于是將其命名為“氦”(來自希臘文“太陽”，意為“太陽元素”)，元素符號定為He，這是首次在地球以外發(fā)現(xiàn)的新元素。

人們一直以為氦在地球上不存在，哪知26年后，英國化學(xué)家拉姆塞從地球的釔鈾礦的燃燒光譜中也發(fā)現(xiàn)了這條黃線，證明了地球上也存在氦。氦作為唯一先在地球以外發(fā)現(xiàn)的元素，證實天上、地上元素完全對應(yīng)，這是繼萬有引力定律后又一次證明了天、地的統(tǒng)一現(xiàn)象。

1919年發(fā)生的一次日全食十分著名，因為通過這次觀測，驗證了愛因斯坦的天才理論——廣義相對論。

1911年，愛因斯坦預(yù)言，當(dāng)恒星的光從太陽表面掠過時，太陽的巨大引力會使光線有一個小小的偏離。1915年，愛因斯坦完善了他的廣義相對論，計算出星光在掠過太陽表面時所產(chǎn)生的偏折角度為1.75角秒。愛因斯坦的大膽設(shè)想很難讓人接受，當(dāng)時，牛頓的“萬有引力”理論被認(rèn)為是正確無誤的。牛頓力學(xué)認(rèn)為，月球繞地球運(yùn)行是因為月球受到地球引力的吸引，但廣義相對論卻認(rèn)為是地球的質(zhì)量扭曲了附近的時空，月球是在彎曲時空中走出了一條阻力最小的曲線，就像火車的鐵軌變彎曲后，火車自然沿彎衄的鐵軌運(yùn)行一樣。

愛因斯坦的理論是正確還是錯誤呢?唯一的辦法是用觀測來證實，可是太陽耀眼的光芒使人們不可能觀測到太陽旁邊的星星，只有等日全食的時候拍下太陽周邊的恒星，再與太陽不在時同一星空的照片比較，才能確定星光是不是真有偏折。就全世界來說，大約每3年就有兩次日全食，應(yīng)該有很多的機(jī)會進(jìn)行觀測驗證，但由于陰天、地域等原因，好幾次日全食觀測也沒得出結(jié)果。

轉(zhuǎn)眼到了1919年，這年的5月29日，在南美、大西洋、中非一帶將發(fā)生一次日全食，英國著名天文學(xué)家、物理學(xué)家愛丁頓爵士組織了一支日食觀測隊，前往非洲西海岸的普林西比島觀測。愛丁頓是愛因斯坦理論的堅決支持者，據(jù)說有記者問愛丁頓：“聽說全世界只有3個人真正懂得相對論，是嗎?”愛丁頓回答：“誰是第三個人?”

幾個月后，觀測隊回到英國，結(jié)合其他觀測隊的成果，經(jīng)過處理，愛丁頓最后得出星光偏離1.64角秒的結(jié)論，與愛因斯坦的預(yù)言很接近，離牛頓理論預(yù)言的0.87角秒則很遠(yuǎn)。據(jù)說，消息傳到愛因斯坦那里，他對這結(jié)果出奇的冷靜，說：“我從來沒有想過會是別的結(jié)果。”

11月7日，《泰晤士報》刊出頭版頭條新聞，其標(biāo)題聳人聽聞：《科學(xué)革命：牛頓的思想被推翻》。這一年成了愛因斯坦的又一個“奇跡年”。過去愛因斯坦一直是個普通的年輕物理學(xué)家，名聲基本限于科學(xué)界，而且還是個“有爭議的人物”，但這次日食觀測使他在公眾中間名聲鵲起，成為家喻戶曉的名人，也奠定了他大科學(xué)家的地位。

由于其劃時代意義，使這次觀測成為科學(xué)史上最著名的一次日全食觀測。(文章代碼：1606)

責(zé)任編輯龐云