2017年日全食色球光谱

Jerry Zhu, 2017/8/21

diamond ring photo by Jerry Zhu solar corona photo by Jerry Zhu
左图是全食时的日冕, 右图是钻石环 2017/8/21 (All photos by Jerry Zhu)

开车七个小时去St Louise, MO附近的全食带。 美国中部预报有多云至雨可能性。 早上6点从研究卫星云图开始,赌下午云最少的地方。决定再开两个小时到Missouri 和Illinois 南部两州交界处广袤的玉米地里。艳阳高照,34度暴晒下汗如雨注地架起各种设备。但好景不长,随着日食初亏的开始大批白棉花云气势汹汹扑来。全食前半小时孤注一掷把设备胡乱往车里一塞再向南云少的方向开。赶紧找个野草地停下,在蚂蚱、毛毛虫中间再架起设备。眼看太阳只剩西瓜皮那么薄一个弯,全食即将开始。忽然不知哪来的一朵孤独的云不紧不慢地挪到太阳前蹲下了!心跳骤停…… 但是云在最后一刻瓦解了!在小朋友欢呼声中迅速按预定计划操作4只相机。黑暗来临。两分四十秒一下过完了。左图是全食时的日冕,注意Y字形分叉。太阳左边三个太阳直径处可见一颗亮星,这是轩辕十四,或狮子座alpha 。当时肉眼还可见木星和金星。右图是钻石环。

科普小制作!找一副衍射光栅眼镜,网上五元左右,放在相机前面(左图)。这种眼镜看亮东西有星光彩虹效果(右图)。这就是个简易的光谱仪。

Simple spectroscope with diffraction grating glasses, photo by Jerry Zhu the sun through diffraction grating, by Jerry Zhu
平时及日偏食阶段太阳拉成的彩虹条是连续的一段从红色到紫色的长条(图一)。但是全食开始时头十秒内长条迅速变成几根断续的短线,然后消失(图二、三、四)。怎么回事?
Flash spectrum during solar eclipse, photo by Jerry Zhu
全食时的色球光谱被称为闪谱flash spectrum
可别小看这实验。一百五十年前科学家用它发现了一个新元素:氦。还记得中学物理讲黑体辐射是连续光谱,但高温稀薄气体则是离散谱线?平时看到的太阳是明亮的黑体辐射,所以平时太阳光谱连续的从红到紫。雨后彩虹的颜色也是这个道理。 但光球层上有层薄薄的色球层,是高温气体。它的光微弱,但光谱是离散谱线。不同元素有其独特的光谱线"指纹"。平时色球层谱线被巨亮连续谱掩盖,就象白天星星还在天上但看不到一个道理。 日全食开始时月亮刚刚遮住光球层,色球层谱线显露出来。这就是我用iPhone 拍下的序列(0,2,4,5秒)。大家注意前几张里还有一长窄条连续谱,这是月球山谷仍露出一点点光球层造成的。最后一张我标注了最亮的谱线,分别是氢元素H(三根谱线,不同电子能级),氦元素He,镁元素Mg。月亮很快也遮住了薄薄的色球层,所以色球谱线十秒不到就消失了。 时间短又只能在全食开始、结束时用光谱仪看到,所以色球光谱被称为闪谱flash spectrum 。 当年法英两国科学家就是发现这根橙色谱线对不上已知元素,从而发现了氦。下次全食你也试试吧?