世界从过去的日食中学到了什么

(SeaPRwire) –   1919 年 5 月 29 日下午，在非洲西海岸的普林西比小火山岛上，乌云密布。英国 Cambridge Observatory 的负责人 Arthur Eddington 等待太阳出现。清晨雷暴残留可能会毁掉一切。

该岛即将体验罕见且令人震撼的日全食。在这场 1416 年以来持续时间最长的六分钟日全食中，月亮将完全遮住太阳，并在地球上的一条细长地带上拉下一道黑暗的幕布。Eddington 前往日全食路径，试图证明那个时代最重要的一个思想：Albert Einstein 的广义相对论。

作为一名物理学家，Eddington 是当时少数几个理解该理论的人之一，Einstein 在 1915 年提出了该理论。但很多其他科学家都被重力不是相互吸引，而是时空弯曲的怪异思想难住了。光本身也会受到这种弯曲的影响。所以日全食将是证明该理论是否正确的最佳方式，因为在月亮遮挡住太阳光的情况下，天文学家将能够看到太阳的引力是否会弯曲其背后遥远恒星的光线。

1919 年 3 月，两支天文学家团队登上从英国利物浦起航的轮船，观看日全食，并测量恒星。Eddington 和他的团队前往普林西比，另一支由格林尼治天文台的 Frank Dyson 带领的团队前往巴西索布拉尔。

在普林西比，全体性，太阳完全被遮挡的时间将是当地时间下午 2:13。在月亮滑到太阳前面之前的短暂时间内，乌云最终开始散开。有一小会儿，天空完全放晴。Eddington 和他小组迅速捕获了当天在太阳附近找到的一个名为 Hyades 的星团图像，该星团位于 Taurus 星座中。天文学家们使用了当时最好的天文技术，即摄影底片，这是在玻璃而不是胶片上拍摄的长曝光。在七块底片上出现了恒星，在其他底片上出现了太阳“光斑”，即太阳流出的气体细丝。

Eddington 想留在普林西比，在没有日全食的时候测量 Hyades，但船员罢工让他提前离开了。后来，Eddington 和 Dyson 都将日全食期间拍摄的玻璃底片与在天空不同部分，没有日全食时拍摄的其他玻璃底片进行了对比。在 Eddington 和 Dyson 的探险带回的图像中，恒星没有对齐。40 岁 Einstein 是正确的。

当科学论文发表后，《纽约时报》宣称“天堂之光全乱套了”。日全食是发现的关键——在此之前和之后的很多日全食都照亮了关于我们宇宙的新发现。

要理解 Eddington 和 Dyson 为何要跋涉如此远距离观看日全食，我们需要谈谈引力。

至少从 1687 年写下这些内容的 Isaac Newton 时代以来，科学家们就认为引力是相互吸引的一种简单力。Newton 提出，宇宙中的每一个物体都吸引着宇宙中的每一个其他物体，并且这种吸引力的强度与这些物体的尺寸及其之间的距离有关。实际上，这通常是正确的，但这比这要微妙得多。

在像黑洞或星系团这样的更大尺度上，牛顿引力不足。它也不能准确解释相互靠近的大物体运动，例如水星的轨道如何受太阳邻近影响。

Albert Einstein 最重要的突破解决了这些问题。广义相对论认为，引力并不是相互吸引的无形力，而是扭曲。大物体，如太阳和其他恒星，并不是像某种相互拉锯战一样做出响应，而是因为它们所处的空间被改变了。它们质量极大，以至于弯曲了自己周围的空间和时间的结构。

这是一个奇怪的概念，很多科学家认为爱因斯坦的想法和方程式很可笑。但其他人认为这听起来有道理。爱因斯坦和其他人知道，如果这个理论是正确的，现实结构在围绕大物体弯曲，那么光本身也必须遵循这种弯曲。举例来说，一颗遥远恒星的光似乎会在它前面一个更靠近我们的巨大物体周围弯曲——比如我们的太阳。但通常，不可能研究太阳后面的恒星以测量这种效果。于是发生了日全食。

爱因斯坦的理论给出了太阳引力将如何使背景恒星的图像发生位移的方程式。牛顿理论预测的位移量只有这个数值的一半。

Eddington 和 Dyson 测量了 Hyades 星团，因为它包含很多恒星；要扭曲的恒星越多，对比越好。两支科学家团队在取得发现的进程中遇到了奇怪的政治和自然障碍，物理学家 Daniel Kennefick 在《毫无疑问：1919 年证实爱因斯坦相对论的日全食》一书中对此进行了精彩的记述。但爱因斯坦思想得到证实是值得的。Eddington 在给母亲的一封信中说：“我测量的一个好底片得出的结果与爱因斯坦的理论一致，”他说，“我认为我从第二块底片中获得了一点证实。”

Eddington-Dyson 实验绝不是科学家第一次利用日全食进行重大的新发现。这可以追溯到人类文明的早期。

月食和日食的详细记录是古代巴比伦最伟大的遗产之一。天文学家——或者说占星家，但目标是一致的——能够以令人印象深刻的准确性预测月食和日食。他们制定了我们现在所说的沙罗周期，一个 18 年、11 天和 8 小时的重复周期，在这个周期中，日食会重复出现。一个沙罗周期等于 223 个朔望月，这是从地球上观测到月亮从一种月相恢复到同一月相所需的时间。他们还弄清楚了使日食发生成为可能的几何形状，尽管可能尚未完全理解它。

我们绕太阳运行的路径被称为黄道。我们地球的自转轴相对于黄道平面倾斜，这就是我们有季节的原因，也是其他天体在我们天空中的同一常走路径的原因。

当月亮绕地球运行时，它一年也会两次穿过黄道平面。上升交点是月亮进入北黄道平面上的位置。下降交点是月亮进入南黄道平面上的位置。当月亮穿过一个交点时，有可能会发生日全食。古代天文学家知道天空中的这些点，在巴比伦文明的顶峰时期，他们已经非常擅长预测日食发生的时刻。

两个半千年前，在 2016 年，天文学家利用了这些相同的古代记录来测量地球自转减慢的速度变化——也就是在数千年的时间里我们的日子如何变长。

在 19 世纪中期，科学发现以惊人的速度涌现，日全食为其中的很多发现提供了动力。1868 年 10 月，两位天文学家 Pierre Jules César Janssen 和 Joseph Norman Lockyer 在日全食期间分别测量了太阳光的颜色。每个人都发现了未知元素的证据，表明一项新发现：氦，以太阳神命名。在 1869 年的另一次日全食中，天文学家发现了另一个新元素的确凿证据，他们给它起了个绰号叫“coronium（科罗纳元素）”——几十年后他们才知道这并不是一个新元素，而是高度电离的铁，表明太阳的大气层非常奇怪、异常炎热。这种怪异现象在 20 世纪 50 年代让人预测到如今我们称之为太阳风的持续外流