近几年的日食是什么时候(去年日食是什么时候)

1919年5月29日，世界历史从此改写。几百年来，艾萨克·牛顿的万有引力定律——宇宙万物相互吸引的定律——在学术界占据了无懈可击的地位，因为在当时，几乎所有的天文观测都与牛顿的预言完全吻合。但是在19世纪中期，随着天文学家对水星轨道的观测，牛顿的预测偏离了这个结果。因此，许多科学家尽力解释错误的原因。

牛顿和爱因斯坦

也许学者们该修改牛顿引力定律了。狭义相对论诞生的时候，最有说服力的证据出现了，人们由此推断世界上不存在“绝对距离”这种东西。牛顿的理论预言了一个瞬时力的存在，这又一次违背了相对论。1915年，爱因斯坦提出了另一种新的引力理论:广义相对论。用它推翻牛顿的理论，就等日全食了。一百年后，爱因斯坦的理论被证明是正确的。接下来，我给你解释一下这个传说。

日全食等天文现象可以提供一个验证爱因斯坦理论的独特机会，因为其他遥远天体在经过太阳附近时，光路会发生偏转，但仍然可以被地球上的太阳观测者看到，因为当太阳被月球完全遮挡时，天空空也会变暗。1919年5月29日为了第一次证明爱因斯坦的广义相对论，应用了这种方法。

日食示意图

在本世纪，爱因斯坦的广义相对论是人类历史上最成功的理论。从GPS信号的修正到引力红移，从引力透镜到黑洞的合并，甚至脉冲星的计时和围绕水星的轨道。广义相对论的预言从来没有让人们失望过。

当这个理论在1915年首次完成时，爱因斯坦试图用它来取代牛顿的引力理论。显然，虽然前辈牛顿的成功可以重复；也可以对牛顿理论无法测量的水星轨道给出解释，但这种全新的预测必须经过最严格的实验。毕竟这个预测与牛顿万有引力定律给出的预测相差甚远。日全食是一个独特而直接的机会。

广义相对论的扭曲图

Tai 空航天器观测到的所有结果都必须考虑到为探索太阳系而引入的恒星和行星之间的空曲率。广义相对论的影响，即使是那些极其细微的影响，在应用于探索太空空、GPS卫星、探测穿过太阳的光信号时，也不能掉以轻心。(参考:美国航天局/加州理工学院喷气推进实验室，卡西尼任务，美国航天局/JPL加州理工学院，卡西尼任务)

在牛顿的引力理论中，有质量的物体相互吸引；即使是没有质量的光，因为它有能量，你可以通过爱因斯坦的质能方程E = MC (M = E/C)分配一部分有效质量给它；如果让光量子经过一个大质量(物体)附近，就可以预测这个有效质量把星光弯曲了多少，就得到一个准确的值。在太阳边缘，这个值小于1角秒，即1的3600分之一(0.01592)。

然而，在爱因斯坦的广义相对论中，时间和空被质量的出现所扭曲。但是在牛顿的理论中，只有在空之间运动的物体才会受到引力的影响。这意味着爱因斯坦的理论预言了牛顿理论“2”的附加因子，使得太阳附近光线的偏转角更接近2角秒。(其实应该不止2，尤其是光量子更接近假设质量的时候。)

牛顿和爱因斯坦观点的比较(来源NASA)

对引力透镜的描述揭示了背景星系——或任何光路——是如何被中间质量扭曲的，但它也显示了空空间是如何被前景质量弯曲和扭曲的。在爱因斯坦提出广义相对论之前，他就知道弯曲必然会发生，尽管很多论点仍然值得质疑，直到1919年的日食(甚至之后)证明了他的假设。关于弯曲程度，牛顿假说和爱因斯坦假说有天壤之别，因为在广义相对论中，时间和空都受质量影响。

牛顿在1687年提出的万有引力理论，是一个非凡的万有引力定律:如果把两个质量物体放在宇宙的任意一个角落，只要给出它们之间的距离，我们就可以立即知道它们之间的万有引力。从地上的铁球到天上的星宇，它们的运动都可以用这个理论来解释。在接下来的200年里，它经历了几次类似的验证，没有一次失败。然而，在一次令人不安的观测中，恐怕现实与牛顿的理论完全脱节:即观测太阳系最深处行星的运动细节。

法国天文学家勒·维尔在测量了天王星的轨道异常并发现海王星后，集中精力解决了水星轨道异常的问题。他提出了假说，预言了内行星祝融(又称火神)的存在，并试图解释它。虽然朱荣兴实际上并不存在，但正是勒维耶为证明它所做的大量计算工作，才指出了爱因斯坦的最终答案:广义相对论。(维基共享资源，用户雷克)

每颗行星的轨道大致呈椭圆形。然而，这个椭圆轨道并不是完全静止的。这些行星不会在每次旋转后都回到宇宙中的同一个地方。事实上，它们也在进动。如果在宇宙中观察空，岁差使椭圆轨道随之旋转，虽然很慢。自从16世纪末第谷以惊人的精度观测到水星以来，300多年来我们已经掌握了(当时)非常精确的数据，解决问题的手段也变得先进。

进动图

根据牛顿的理论，由于地球的春分岁差和其他行星对水星的引力，水星的轨道应该每百年进动5557秒。但是在观测结果中，我们发现这个数值应该是每百年5600秒。这种每百年43秒的差异(或者换算成每年0.00012度)在牛顿经典力学理论中是无法解释的。有人认为，要么是水星轨道内部存在行星(被排除在观测之外)，要么是我们现有的引力理论有问题。

在解释水星的轨道时，根据两种不同的引力理论，牛顿的假设倾向于一个封闭的椭圆，而爱因斯坦的假设在排除其他行星的作用和地球本身的运动时，倾向于一个岁差椭圆。(维基共享资源，用户KSMRQ)

但是爱因斯坦的理论似乎解释了这个错误。他花了很多年才建立起广义相对论的框架，引力不是由质量之间的相互吸引引起的，而是物质和能量在空之间的结构中沿着一条曲线运动，然后物体穿过它。当引力场较弱时，与爱因斯坦理论的结果相比，牛顿定律是更好的估计。

然而，当接近质量或高速时，爱因斯坦的假设与牛顿的不同。爱因斯坦的假设预测误差为每百年43秒。但是推翻一个科学理论的门槛并没有那么低。如果要取代旧理论，新理论必须完成以下工作:

重现旧有理论已取得的成果（否则，从某些方面来说，旧有理论还是先进的），在方法上继承旧有理论无法继承的（否则，你的新理论不能用于解释旧理论提出的问题），然后做出一个你可以证明的假说，并区别新旧两派的想法（否则，你的学说不具有科学预言的力量），

对爱因斯坦来说，最后一步是等待日食。

光弯曲示意图

在日全食中，恒星出现的位置与它们实际所在的位置并不相同，因为太阳这个巨大的中间质量使光线发生了弯曲。偏转的程度将由光波通过区间空内区域的引力决定。(e .西格尔/超越银河)

当夜晚群星闪耀空时，从几光年之外进入我们眼帘的星光来自宇宙的不同部分。如果牛顿是正确的，也就是说，光要么通过直线到达地球而不被它所通过的任何质量所偏转(如果光没有质量)，要么由于质能等效的引力而弯曲。(毕竟，如果你考虑E = mc，你也可以假设光的有效质量为M = E/C)

然而，爱因斯坦的理论，特别是当光以非常近的距离穿过大质量时，提供了与两种情况不同的假设。2的额外因子(或2的万亿分之一)是爱因斯坦理论中独一无二的准确预测，一年内两次观测机会就能证明。

光弯曲示意图

虽然有人会怀疑牛顿的引力已经预言了无偏性，预言了牛顿力学定律和质量方程E = MC所能解释的无偏性，但是爱因斯坦最完整可靠的预言和牛顿是不一样的。(吉姆·洛克纳和芭芭拉·马特森，美国宇航局/宇宙时报/戈达德空飞行中心)

我们所知道的最接近地球的物质是太阳，这使得星光通常在白天肉眼不可见。当星光穿过太阳边缘时，根据爱因斯坦的说法，它将沿着弯曲的空空间行进，使光路看起来弯曲。但在日全食时，月亮挡在太阳前面，挡住了大部分太阳光，使得白天如同夜晚一样黑暗，这也为白天观测星星创造了绝佳的机会。

如果你之前已经测量了天空中星星的位置空，并达到了足够的精度，你就可以知道这些星星是否移动了——顺便说一下，它们移动了多少——因为那个巨大的相邻质量的出现。如果你能探测到一个精度高于角秒的偏转位置，你就能深刻理解它是牛顿，爱因斯坦，还是两者都不是，并得出正确的结论。

1900年的日食

一张恒星空的底片照片被证实是在1900年的一次月食中拍摄的(上图)。值得注意的是，虽然日冕和恒星都可以被识别，但是恒星的确切位置并不足以检验广义相对论的正确性。(谢珀特夫人空和科学博物馆)

1902年的日食

日全食时拍摄的许多太阳底片已经揭示了前期日冕层的具体细节，也给出了白天恒星出现和存在的位置。但是像这样的预存照片，没有一张达到检测用的质量，精度达不到要求；星光的偏转是一个非常难以分辨的现象，以至于需要非常精确的测量才能检测出来！

1915年爱因斯坦完成广义相对论后，有一些检验这一理论的机会:1916年，一战干扰了检验；1918年，观测尝试因被云层遮挡而结束；直到1919年第一次试验才成功。天文学家亚瑟·爱丁顿(arthur eddington)组织了一个探险队，这个探险队分为两队，一队前往巴西，另一队前往非洲，目的是拍摄和测量这些恒星的位置。值得一提的是，这次日全食是20世纪持续时间最长的一次日全食，持续时间差不多7分钟。

在爱丁顿探险队于1919年收集的照片中，正反照片都显示了(尽管有一些令人不安的线条)被确定为能够测量太阳对光的偏转的星星的位置。这是人类历史上第一次直接从实验上证明广义相对论。(爱丁顿等人，1919年)

这些观测的影响是压倒性的，也是深远的:爱因斯坦的理论是完全正确的，而牛顿的假说在太阳偏转星光的事实面前被彻底推翻。虽然证明过程中使用的数据和分析存在争议，但很多人指责爱丁顿(甚至现在仍有人这样做)为了得到这样一个证明爱因斯坦预言的结果而“翻书”。但随后的日食观测仍然证实了广义相对论可以用来解决牛顿引力之外的未解之谜。

爱因斯坦和爱丁顿

值得一提的是，在仔细重新分析爱丁顿的工作后，结果表明它确实可以用来证明广义相对论的正确性。世界各地的报刊作家开始宣传这一巨大成功。即使一百年后，在本世纪，一些世界顶级的科学作家仍然在出版关于这一伟大成就的文学作品。

有趣的是，当时《纽约时报》和《伦敦新闻画报》的标题在质量和深度上存在巨大差异，分别表现了两国记者对这一不可思议的科学突破的兴奋和执着。无论如何，光在接近其质量时会发生弯曲，弯曲的程度也确实被证明符合爱因斯坦的假设。(1919年11月10日《纽约时报》(左)；伦敦新闻画报，1919年11月22日

在这个事件的一百周年纪念日。正是这次探险奠定了爱因斯坦的广义相对论在解释引力原理方面的领先地位，使其成为人类的主导理论。牛顿的经典力学仍然非常有用，但只是在有限的条件下，使其成为爱因斯坦理论的近似。

晚年的爱因斯坦

同时，广义相对论已经成功预言了惯性系拖曳效应和引力波的存在，也可能遇到与其预言相反的天文观测。这标志着百年的过去，纪念着广义相对论被推导出来的那一天，甚至暗示着未来甚至连广义相对论都可能被推翻。虽然我们当然不可能知道宇宙的所有奥秘，就像我们不知道量子理论下的引力是什么样子一样，但这是为了纪念我们所有已知的日子。严谨的证明已经过去了一百年，我们最好的引力理论也不会停止发展。

参考数据

1.维基百科全书

2.天文术语

翻译:珍惜

作者:伊桑·西格尔

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