天文奇景 – 日全食

圖／王斌威提供
文╱原館訊351期

目前確定最早記錄的日食發生在將近 4 千年前，記載在《書經》裡。在中國古時候，人們認為太陽逐漸消失是由於試圖吞噬太陽的惡龍或天狗造成的，那時宮廷天文官有責任組織人群利用射箭、打鼓，或製造任何聲響來嚇唬惡龍或天狗離開。但現今大家都知道，日食發生在月亮位於地球和太陽之間時，月亮在地球上所投下的陰影。所以日食只能發生在新月的階段，隨著地球、月亮及太陽之間的距離差和角度差，使得日食可細分為下列幾種：日全食、日環食、日偏食以及全環食。當然，月食不會在每個新月出現。這是因為月球繞地球的軌道（白道）相對於地球繞太陽軌道（黃道）傾斜超過 5 度。因此，月亮的陰影通常在地球上方或下方通過，所以不會發生日食。

自然界的奇蹟

以日全食來說，可說是一個自然界的奇蹟。這麼說好了，自從大約 45 億年前月亮形成以來，月球以每年 4 公分的速度逐漸遠離地球。但很剛好的現在月亮和地球的距離也約為太陽距離地球的四百分之一，且太陽的直徑也比月球的直徑大 400 倍，因此，當軌道平面相交並且對齊時，月球可以完全遮蔽太陽的光球層。在這個短暫的時刻，太陽盤面被完全覆蓋，美麗的日冕 – 太陽的稀薄外層高溫大氣會完全顯露，會在每個人的視網膜下留下難以抹滅的記憶。經過簡單的計算，平均約 18 個月會在地球上發生 1 次日全食，且理論可達的最長時間可長達 7 分 31 秒，但實際上大多數日全食時間卻短得多。並且估計在 6 億年之後，地球和月球的距離會增加 2 萬多公里，這意味著，即使月球在近地點，地球在遠日點，月球仍不能完全遮蓋掉太陽的盤面。那時候，月球將會因離地球太遠而不再發生日全食。

除了震撼人心的美景外，天文學家也藉由研究日食學到了很多。古代的天文學家會利用日食的發生時間來檢驗曆法的正確性。直至近代，日食的觀察還是被認為是提供天文信息的寶庫，雖然想要得到這些訊息並不容易。像是藉由對於太陽的大氣研究、日冕的形狀及太陽磁場的關聯性，進而推論出太陽的活動。在 1868 年 8 月 18 日的日全食期間，法國天文學家皮埃爾 • 讓森 (Pierre Janssen) 發現了一個新的化學元素，後來把它命名為「氦」。直到 1895 年之前，地球上還沒有發現到天然氦的紀錄。此外，在 1919 年 5 月 29 日的日全食期間，天文學家發現原該被日食遮蔽的星星，其光線竟然因受太陽重力而以彎曲路徑方式照向地球，此乃是科學史上第一次以實驗方式測試愛因斯坦著名的廣義相對論，其結果強烈支持愛因斯坦理論的正確性。

3 大天文事件

但對於一般人來說，日全食有什麼看點，以及大家感興趣的要去哪裡看和怎麼看。以下是筆者個人的觀點，有 3 大天文事件，是一生當中有機會千萬不要錯過的：一為肉眼可見的大彗星；二為流星雨爆發；三為日全食。想要觀賞日全食，首先可以先上網查詢未來日全食發生的時間和地點。以目前*來說，下一個可見的日全食會發生在 2017 年 8 月 21 日，全食帶會掃過整個北美，從美國奧勒岡州一路到喬治亞州，筆者知道有不少日食旅行團已經準備好行程，準備一睹丰采。至於不想出國的大家，一定很想問，什甚麼時候才能在臺灣當地看見日全食？答案可能會讓大家有點失望。下一次臺灣本地的日全食會發生在恆春半島，不過是 2070 年了，那大家真的要好好保重身體，才能撐到那時了。

*本文撰寫時間為2017年，本次日全食請見 2017/08/21——美國日全食 一文。

如何觀察日全食

在日全食的階段，有幾項奇景值得去觀察，首先是日冕。日冕是太陽外側的大氣，呈現出白色，而且它的形狀可展現出太陽磁場的狀態，所以你觀測日食的經驗超過 1 次以上，你會發現每次日冕的型態都不相同。再來是看日珥，日珥實際上是在太陽色球層上，像飄動起來的火焰一樣。且日珥並不固定，是時有時無。一般來說，日食的時候會有機會看到火焰般的日珥。最後是注意看全食發生時的天空和環境。日全食的時候，可以看到許多亮星，快到食既的時候，天空會迅速變暗，金星、水星 2 個內行星會依次出現（尤其水星要好好把握，平常不容易觀測到），非常明亮。這時天空並不是完全黑的，但也跟日出和日落的晚霞有所不同，尤其是在地平線的地方，一般會呈現橘紅色，非常特殊。

安全觀測太陽

隨著日食的接近，大家通常會警告，避免以肉眼直視太陽，否則會造成眼睛永久性傷害甚至失明。大多數人認為觀測日食是危險的，其實並不完全是這樣！太陽光的確具危險性尤其是太陽還會不斷地發出不可見的紅外線，也會傷害你的眼睛。但是有安全的方法可以克服這些問題，到目前為止，觀察日食最安全的方式是利用針孔成像。可利用安裝在三腳架上的小望遠鏡將太陽的放大圖像投影到白板上。利用這種方法，還可以在全食發生前尋找太陽黑子。

如要直接觀測太陽，要用專門的太陽濾鏡，例如巴德濾鏡。目視用的巴德濾鏡可以讓太陽光減低為原本亮度的十萬分之一，並可過濾掉一些對眼睛有害的不可見波段。在消减光線和有害輻射的同時，並不會降低反差，也就是說，使用巴德膜作為太陽濾鏡可以取得更好的畫質，甚至可以輕易記錄下太陽表面的黑子活動，巴德膜外觀是銀色的薄膜。至於坊間常用的一些減光器材，例如底片、太陽眼鏡、焊接用護目鏡等，大多數只能濾除可見波段，會讓你覺得好像已經把強光濾除，對眼睛無害，其實長時間暴露在不可見的紅外線輻射之下，對於眼睛的傷害也是非常大，而且還是不知不覺的。

讀了這麼多，希望大家在安排長假的旅程時，可以把日全食當作是行程安排的重點之一，這項大自然的奇景，也希望除筆者外，所有沒有經歷過的人都可以好好體驗一番，相信它會帶給大家無窮的回憶。