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2017年日食总量:日食在天体物理学中的作用

鉴于2017年8月21日整个美国的日食,这提醒人们日食在天文学和天体物理学发展中的作用。
摘自我书的一章 光荣的日食,在此博客的其他地方介绍.

概要

日月食从未停止过,向我们提供了许多有关我们周围宇宙本质的经验教训。这些课程的第一个涉及与月食直接相关的天体:地球,月球和太阳。的确,早在上古时代,就从日食的观测中得出了地球是圆形的证明以及对月球和太阳各自大小和距离的首次测量。在19世纪,由于日食的缘故,它揭露了通常不可见的太阳大气。远非完美的圆形和清晰可见的热气球–当然,要受到适当过滤器的适当保护–人们发现太阳是一个庞大的巨人,充满着能量,等离子和粒子,从而将其影响扩展到整个太阳系。日食还激发了氦的发现,氦是太阳以及整个宇宙中第二大含量的元素。以更令人惊讶的方式,在20世纪,爱因斯坦’广义相对论是关于空间的基本理论,由于日食的缘故,首次进行了实验测试。正是在这个关于宇宙的新视野中,它用万有引力解释了万有引力。‘时空曲率’,我们目前对宇宙的起源,结构和演化的所有知识,都取决于不断扩展的宇宙,大爆炸和黑洞的迷人概念。

在日全食期间,太阳’出现了一个看不见的帝国:爆发和突出超过光球层,使太阳着色’内部的大气层,称为色球层。
地球是圆的
据亚里斯多德说,月食证明地球是圆形的。的确,如果地球是正方形或三角形,则在日食时投射到月球表面的阴影不会显得是圆形的。亚里士多德’Petrus Apianus和Gemma Frisius(1581年)在包括Cosmographia在内的数个古代天文学中都展示了这种几何论证。

日食引起的天体物理性质的第一个证明是亚里斯多德关于地球是圆形的事实给出的。这位希腊哲学家的天文学观点对我们来说是众所周知的,这要归功于他的两部著作,我们称之为 气象 在天堂 可以追溯到公元前4世纪。像他那个时代的其他思想家一样,亚里士多德相信所有天体都是球形的,因为对他而言,天体是神圣完美的反映,而球体是最杰出的完美几何图形。但是,这种说法并不是物理上的证明,因为,自然,亚里士多德没有任何实验手段来确定行星和恒星的球形性质。
就月球而言,哲学家采用了毕达哥拉斯的解释,即在各个阶段观察到的月球外观相当于一个球形物体,其中一半被太阳照亮。关于地球的球形性质,亚里斯多德给出的证明是非常原始的:他指出,月食是由地球的阴影引起的,而在月球上看到的阴影边缘的圆形’表面暗示我们的世界是球形的

尺码 和月亮和太阳的距离

希腊天文学的黄金时代在亚历山大市蓬勃发展。自托勒密·索特(Ptolemy Soter)统治时期(公元前3世纪)成立以来,亚历山大流派汇集了杰出的数学家和几何学家,例如欧几里得,阿基米德和阿波罗尼乌斯。同样,萨摩斯岛最伟大的古代天文学家阿里斯塔丘斯,埃拉托斯涅斯和希帕基斯,以及托勒密(公元前2世纪)都在那里工作。

阿里斯塔克(Aristarchus)(公元前310-230年)如今以第一个提出日心说的人而闻名,即太阳是世界体系中心的统治者,而不是当时所相信的地球。他的发言没有出现在任何已知的作品中,但由阿基米德和普鲁塔克报道。阿里斯塔克斯的唯一著作归功于我们与太阳和月亮的大小和距离。
自公元前4世纪以来,亚历山大天文学家就完全重新提出了这个问题。毕达哥拉斯人根据音乐间隔确定了天体的高度。柏拉图(Plato)的杰出门徒Eudoxus估计太阳的直径是月亮的9倍。至于Aristarchus,他设计了一种巧妙的几何方法来计算太阳与月亮的距离比。

关于太阳和月球的大小和距离,这是通常唯一归因于亚里斯塔克的尚存作品u s。

 

萨摩斯的Aristarchus试图计算月球和太阳的相对直径,这是从在月食期间将月亮的明暗部分分开的弧线所得出的。

 他发现太阳的位置是月球的18到20倍。 (实际上,它是月球直径的400倍。)他根据对日食的观察得出的论据,将月球的直径确定为地球直径的三分之一,这非常接近实际值。他还宣布,太阳的直径是地球的七倍。即使阿里斯塔丘斯大大低估了太阳的大小,因为它实际上是地球的109倍,但他已经掌握了一个基本事实,即白天的恒星比地球大得多。正是这一结果使他提出了日心说。实际上,他确实辩称,在这种情况下,有理由相信地球和其他天体围绕太阳旋转,而不是相反。阿里斯塔丘斯早于他的时代。在不得不再次提出日心说之前,世界不得不等到1543年和哥白尼的工作。

在阿里斯塔霍斯(Aristachus)之后的一个世纪,再到亚历山大(Alexandria),希帕丘斯(Hipparchus)开发了完整的月球理论。他定义了大会堂月的长度(或月球周期,即月球相对于太阳返回相同位置的时间段);极端月份(月球相对于其轨道节点返回相同位置的时间段);异常月份(月球返回近地点或远地点的时期)。希帕基斯对月球和太阳的明显运动的理论进行了巨大的改进,使他在解决日食预测问题方面比他的前任取得了更大的成功,而日食一直是引起人们极大兴趣的问题。

Hipparchus大大扩展了Aristarchus’方法:通过观察月球地球阴影的角直径 ’月蚀期间的距离,并将其与已知的太阳和月亮的表观直径(约半度)进行比较,他获得了地球月亮和地球-太阳距离的比值,并在已知另一个时给出了一个距离。亚历山大学校的另一位著名天文学家Pappus叙述了Hipparchus做出的以下观察:“日蚀,在赫勒斯蓬特地区恰好是整个太阳的日蚀。因此看不到它,但是在埃及的亚历山大市,直径的大约4/5被隐藏了。 [Hipparchus]通过上述论证表明,以单位计量,其中地球的半径值为1,距月球的最小距离为71,较大的月球距离为83.平均值为77。

提到的日全食是公元前129年11月20日。地月距离的实际值是60,4地面半径。

在日全食期间,带电的等离子体紧紧围绕着太阳线’的磁场,就像铁屑跟随磁铁的磁场一样。日冕在两极上显示出细丝,并在赤道区域以更均匀的方式延伸。
太阳帝国

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