日全食，18個月出現一次，每次短短數分鐘；如果每周都能碰到日全食，一次持續幾個小時。你是不是覺得這是天方夜譚？歐洲空間局真的想這麼試試，打算人造日全食。他們是用巨大的罩子擋住太陽嗎？帶着這些問題，我們來看“人造日食”。

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地球上白天出現日食原理示意

我們知道月亮圍着地球轉，地球圍着太陽轉，每隔一段時間，月亮就會跑到太陽和地球中間，于是在白天月亮會擋住一部分太陽光照射到地球上的有限地帶内，地球上就會出現日食。在這個有限的地帶裡，如果太陽表面的一部分被月亮擋住，出現的是日偏食，如果全被遮擋出現的是全食。在這些地方，日食出現的時間不同，那是因為月影沿着地球的表面移動，所以每個地方被月影遮擋的時間也不一樣。

對于普通民衆而言，觀看日食大多數人純粹是圖個新鮮，在幾分鐘之内就可以體驗從天亮到天黑、再恢複天亮的過程。大約每隔18個月地球上就能出現一次日食，雖然有時能縮短到1年，長的能到2年，但是對于一個範圍較小的地方一生能遇到日食的機會還是很少的，所以普通人會覺得很新鮮。

由于日食出現的間隔比較長，為了能觀察到日食，看見月球遮住太陽這幾分鐘的景象，天文學家不得不離開自己的天文台，長途跋涉，不是去熱帶的海島，就是冰天雪地，真是追着日食跑。天文學家最喜歡日食，他們并不是為了新鮮，而是在每次日食裡短短的數分鐘内，有重要的工作要做，主要有三件事：

①研究位于太陽外層的“反變層”的光譜線，它是一種研究太陽外層情況的寶貴資料。這種現象并不是日食的時候才能觀察到，隻是出現日食的時候最清楚，因此天文學家們絕不會錯過這個好時機。

②觀察日冕，日冕是隻有在日全食的時候才能夠觀察到的奇特現象之一。它位于黑色月面的周圍，帶着白色的珠光，在不同的日食時間裡呈現出不同的形狀和大小。一般情況下，日冕的長度是太陽直徑的好幾倍，亮度大約是滿月的一半。在日全食的時候，天文學家拍攝日冕的照片，測量它的亮度，研究它的光譜，這些都有助于了解日冕的物理結構。

日全食時觀察到的日冕（黑色圓球是月亮）

③核對廣義相對論的推理之一是不是正确。隻有在日全食的時候，才能夠證明這個推理是否正确，但是曆史上1919年、1922年、1926年和1936年日食期間的測量數據，并沒有證明相對論的這條推理的正确與否。

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日冕在拉丁語中是“冠”的意思。它是太陽較外層的大氣體，由非常稀薄的等離子體構成的，其亮度還不到太陽光球亮度的百萬分之一，厚度可達幾百萬千米以上，溫度有100萬攝氏度。在高溫下，氫、氦等原子已經被電離成帶正電的質子、氦原子核和帶負電的自由電子。這些帶電粒子有的掙脫太陽引力的束縛，射向太陽的外圍，延伸到太空中很遠的地方，形成太陽風。

對日冕的近距離研究是太陽物理學家梳理太陽内部運作的唯一途徑，并且希望能夠對其進行建模。隻有這樣，科學家才能開始預測太陽的活動以及由此産生的對我們的技術文明如此危險的“太空天氣”。

由于日冕的亮度跟太陽光亮度比起來，簡直太弱了，所以平時我們是看不見日冕的。隻有在日全食的時候，太陽明亮的光球被月亮全部擋住以後，這時太陽周圍的日冕才相對明亮起來，便于觀察。但是，日全食的持續時間太短暫了，而且在同一個城市，往往需要幾百年才能發生一次日全食。

為了在沒有日全食的時候也能夠觀察日冕，有不少人為之做過努力，但是都失敗了。後來到了1930年有位法國工程師發明了日冕儀，最核心的目的還是把明亮的太陽散射光遮擋住，另外就是日冕還不能被地球大氣遮擋，所以會用到偏振等技術，另外還要把日冕儀設置在海拔高、空氣相對清潔的地方。這樣就可以使用日冕儀器可以天天觀察日冕的變化了。

雖然日冕儀的技術在不停進步，但是觀測點終究還是在地球上，觀測的結果還是不甚理想，怎麼辦？

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制造“人工日食”不行嗎？如果行，不就可以輕松地觀察“日食”了嗎？為了實現人造日食，有兩種嘗試，一是在地球上在觀測用的望遠鏡上動手腳，但是由于雜散光的影響，效果不佳；二是把觀測點從地球表面移開，挪到太空中，歐洲空間局就是這麼想的，目的是觀察内日冕，這個更值得去探索。

人造日食演示

隻要月亮能遮住太陽光，地球上就會有日食，正是從這個最樸素的原理出發，歐洲空間局打算發射2顆衛星，在地球的高空軌道上運行，第一顆充當月亮的角色，用來遮擋太陽，第二顆充當地球的角色，上面安裝日冕儀，隻要兩顆衛星的位置控制得當，這樣從第二顆衛星上就能總會出現人造日食。簡單講，就是第二顆衛星總是嘗試躲在第一顆衛星的陰影裡，技術上要求它倆的間隔是144米，兩者都必須精确定位，誤差隻能在幾毫米之内。

這樣，觀測日冕将不再是難題，隻是觀測日食的位置從地球表面挪到了太空中。在整個過程中，科學家能夠研究太陽日冕的結構和動力學。歐空局的科學家說：我們可以讓兩顆衛星對齊，編隊飛行，這樣每周都可能會有 6 小時的日全食，唯一受限制的是燃料。

把日全食搬到太空中，把偶發的事件變成頻發，就需要兩顆衛星能在地球高空軌道上能夠精準對齊，所以Proba-3需要測試許多新的定位技術，在兩顆衛星上使用 GPS、恒星追蹤器，兩星之間還要用無線電通訊實現粗略對齊，然後再使用基于視覺的傳感器利用攝像頭和 LED 燈實現細緻對齊，最後第二顆衛星向第一顆星照射激光以達到毫米級精細對齊，真的是千裡之外穿針引線。

歐空局計劃 2023 年中期，利用印度的商用火箭PSLV-XL發射，如果成功，兩顆衛星将運行在距離地球表面530~600 公裡的地球高軌上，繞地球一圈大約19.7 小時。然後，經過大約四個月的調試觀測之後，就會正常運行。

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如果歐空局的人造日食計劃真的能夠成功，對于人類換個地方研究日冕、太陽結構和太陽活動，絕對是件好事，期待他們能夠成功。

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