今年8月21日，美国国家航空航天局预测能够观测到日全食的线路

王鹏超 编译

1911年爱因斯坦预言，当恒星的光非常接近太阳时，因为太阳的引力将会有一个小小的偏离，并第一次提出这种恒星光线的弯曲是可以测量的。而1919年日全食观测验证了广义相对论关于经过太阳时光线偏折的预言。

2017年8月21日，时隔99年的日全食再次降临在美洲大陆上。如今，即使是寻常百姓也可以轻松的通过电视直播、网络新闻甚至是购买一台天文望远镜来观测这神奇的天文现象。但是在天文学研究的历史上，科学家们为了能够观察日全食可谓煞费苦心、周密计划。但是即便如此，各种各样的原因都会最终影响他们的观测结果。

几个世纪以前，天文学家就已经意识到日全食提供了一个宝贵的日冕观测机会。当食甚（食既以后，月轮继续东移，当月轮中心和日面中心相距最近时，就达到食甚。对日偏食来说，食甚是太阳被月亮遮去最多的时刻）到来时，月亮完全遮挡了纤薄的太阳光球层发出的耀眼光芒。让天文学家有机会一睹太阳绚烂多彩的外部结构以及光球层外不时迸发的日冕。在阳光没有被月球遮挡时，这些结构都淹没在无尽的太阳的光芒之中而让人难以观察。

然而，日全食并不常见，而且只在一条狭长的路径上可以观测。日食的研究需要细致充分的计划，以确保天文学家和他们的设备可以出现在正确的时间且合适的地点。正如天文学的研究历史所示，即使再完善的日食追踪计划，也不意味着万无一失。

穿越火线的观测

哈佛大学数学和自然哲学教授塞缪尔·威廉姆斯（Samuel Williams）一直致力于日食的研究。他在1769年曾观测过金星凌日，但从未有机会研究太阳日冕。他根据计算，确信日全食将在1780年10月27日发生在缅因州佩诺布斯科特湾（Penobscot Bay）。

塞缪尔·威廉姆斯曾计划穿越敌人的封锁线观测日食

但正值独立战争时期，缅因州被英国军队控制，如何从马萨诸塞州到缅因州成为一个大问题。幸运的是，马萨诸塞州政府帮助了威廉姆斯，政府命令国家战争委员会调拨了一艘船，载着日食研究者们到达预定的观测地点。约翰·汉考克议员写信给缅因州的英国司令，要求允许科学家们对日食进行观测。当载着天文学家的船抵达佩诺布斯科特湾时，威廉姆斯和他的研究团队被允许登陆，但活动范围被限制在距离大陆三英里的艾尔伯勒岛（Isleboro island）。

日食那天是个好天气，随着理论计算的日全食时间点12点30分的到来，太阳的光芒逐渐褪去，科学家的兴奋到达了极点。然而在12点31分，太阳开始恢复它的光芒。令威廉姆斯感到沮丧的是，他没有处在日全食发生的路线上，而是偏南了三十海里。

在一段沮丧的旅程过后，威廉姆斯回到了马萨诸塞州，他试图寻找问题究竟出在哪里。一些天文学家在当时和接下来的几个世纪里提出，威廉姆斯对日全食路径的计算不准确是导致日食观测失败的主要原因。

不过，威廉姆斯却有不同的解释。在提供给新成立的美国艺术与科学学院的报告中，他指出地图的错误是导致路径计算不准确的原因：“我们观察点的经度与我们的计算完全一致，但是地图上标示的纬度与实际纬度相差近半度。”由于半度对应着30海里的距离，因此错误的地图指示威廉姆斯设定错了观测点。

威廉姆斯关于日食的报告，在右上角的图7中可见“贝利的珠子”

虽然塞缪尔·威廉姆斯错过了日全食，但他的考察并不是完全的失败。 在12点31分太阳几乎被完全遮住时，他注意到那仅存的阳光变成了“破碎且分散的水滴”。这些明亮的水滴，如今被称“贝利珠”（ Baily’s Beads），是太阳的光芒照亮月球上的山谷和凹陷边缘的结果，它的命名是为纪念天文学家弗朗西斯·贝利（Francis Baily）；贝利于1836年看到并描述了这个“珠子”，不过这已经是威廉姆斯观察到这一现象的56年之后的事情了。

差点被浓烟搞砸的观测

近一个世纪后，1871年，英国天文学家诺曼·洛克（NormanLockyer）一直在寻找一个观测日食的机会。此前三年，他和法国天文学家朱尔斯·詹森（Jules Janssen）测量了太阳色球光谱。令人惊讶的是，他们发现了一条在黄色范围内不对应于任何已知的元素的射线。

詹森和洛克发现太阳光谱在波长为587nm处有一条明亮的黄色射线

洛克大胆地声称，这种射线是一种叫做“氦”（helium）的新元素发出的，而“氦”这个名字正是来源于希腊神话中太阳神（Helios）。在意识到日食会为寻找更多未被发现的元素提供了机会后，洛克成为积极的日食研究的倡导者。当得知日全食将于1871年12月12日发生在印度南部后，他游说英国科学促进会资助他开展日食研究。而英国政府正希望表明其在印度的统治同英国的科学进步之间的关系，因此政府资助了洛克2000英镑，以支付他乘坐轮船的费用。

洛克从英国到印度的航行非常顺利。他的团队在印度西南海岸的贝尔高姆堡（Bekal Fort）的一座塔上建立了观测站。 1871年12月12日上午万里无云，虽然洛克有一点发烧，但是他也完全准备好了。

在日食的开始阶段，他发现他们所在的堡垒下有一些异常活动。当地居民正在收集大量木柴来点燃篝火；显然，他们希望通过地球上明亮的火焰能使逐步变暗的太阳再次点亮。洛克很是郁闷，因为烟柱直接在他和正在变暗的太阳之间升起，这将直接毁掉了他的观察计划。

幸运的是，当地警察总监恰好在场；他召集了一个警察中队驱散了人群。没有了浓烟的干扰，洛克对太阳的日冕结构作了非常细致清晰的观察。

被阴天耽误的日食观测

时间来到二十世纪初，英国皇家天文学家史丹顿·戴森（Frank Dyson）爵士一直致力于日食的研究。1927年6月29日，日全食出现在英格兰北部，其观测范围从西部的布莱克浦（Blackpool）延伸到东部的哈特列尔（Hartlepool）。作为科学界的杰出人物和著名的日食研究专家，戴森轻而易举地获得了政府对于日全食研究的资助。

然而，他却不能左右英国波诡云谲的天气。六月份，英国北部每天平均有大约七个小时的阳光直射；然而，这是基于全天阴天和全天无云的日子平均得到的结果。戴森也不知道日食发生时天气会是什么样子的。

经过对日食发生路径的历史气象资料研究，戴森决定在约克郡（Yorkshire）格吉利斯维克村（village of Giggleswick）观察。虽然他和他的团队为日食观测做着各种准备，但是这个观测点的选择却一直让人有些忐忑。因为在日食之前的两个星期，这里每天下午都浓云密布。

尽管天气情况仍然未知，但是在日全食发生的整条路径上还是聚集了对日食充满热情的人们。铁路公司为日食专门开设了特别旅游列车，日全食路径沿线的村镇举办了各式各样以日食为主题的娱乐活动，连报业公司都向订户们提供了观察日食的眼镜。

不幸的是，天公不作美，从黑池塔（Blackpool Tower）到哈特尔浦（Hartlepool）都阴云密布，没能看到太阳，这让大多数聚集在日食路径的观众都失望了。

弗兰克·戴森和他的团队在格吉利斯维克村拍摄的日食照片

但弗兰克·戴森是非常幸运的，因为格吉利斯维克村几乎是这条日食线路上唯一一个整个日食过程中都有好天气的地点。估计有七万人聚集在那里，在皇家天文学家的带领下，人们幸运的看到了日全食。

在日食之后，戴森发表了一份充满英伦风的声明

“照片非常好……一个非常清晰和完美的日食……我们的观察位置确实很好。”

尽管糟糕的天气、滚滚的浓烟、错误的地图……各种各样的细节都可能影响最终日全食观测的成败，但是天文学家却一刻未曾停息对于日全食的探索。