日全食，18个月出现一次，每次短短数分钟；如果每周都能碰到日全食，一次持续几个小时。你是不是觉得这是天方夜谭？欧洲空间局真的想这么试试，打算人造日全食。他们是用巨大的罩子挡住太阳吗？带着这些问题，我们来看“人造日食”。

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日食是怎样产生的？

地球上白天出现日食原理示意

我们知道月亮围着地球转，地球围着太阳转，每隔一段时间，月亮就会跑到太阳和地球中间，于是在白天月亮会挡住一部分太阳光照射到地球上的有限地带内，地球上就会出现日食。在这个有限的地带里，如果太阳表面的一部分被月亮挡住，出现的是日偏食，如果全被遮挡出现的是全食。在这些地方，日食出现的时间不同，那是因为月影沿着地球的表面移动，所以每个地方被月影遮挡的时间也不一样。

谁最喜欢日食？

对于普通民众而言，观看日食大多数人纯粹是图个新鲜，在几分钟之内就可以体验从天亮到天黑、再恢复天亮的过程。大约每隔18个月地球上就能出现一次日食，虽然有时能缩短到1年，长的能到2年，但是对于一个范围较小的地方一生能遇到日食的机会还是很少的，所以普通人会觉得很新鲜。

由于日食出现的间隔比较长，为了能观察到日食，看见月球遮住太阳这几分钟的景象，天文学家不得不离开自己的天文台，长途跋涉，不是去热带的海岛，就是冰天雪地，真是追着日食跑。天文学家最喜欢日食，他们并不是为了新鲜，而是在每次日食里短短的数分钟内，有重要的工作要做，主要有三件事：

①研究位于太阳外层的“反变层”的光谱线，它是一种研究太阳外层情况的宝贵资料。这种现象并不是日食的时候才能观察到，只是出现日食的时候最清楚，因此天文学家们绝不会错过这个好时机。

②观察日冕，日冕是只有在日全食的时候才能够观察到的奇特现象之一。它位于黑色月面的周围，带着白色的珠光，在不同的日食时间里呈现出不同的形状和大小。一般情况下，日冕的长度是太阳直径的好几倍，亮度大约是满月的一半。在日全食的时候，天文学家拍摄日冕的照片，测量它的亮度，研究它的光谱，这些都有助于了解日冕的物理结构。

日全食时观察到的日冕（黑色圆球是月亮）

③核对广义相对论的推理之一是不是正确。只有在日全食的时候，才能够证明这个推理是否正确，但是历史上1919年、1922年、1926年和1936年日食期间的测量数据，并没有证明相对论的这条推理的正确与否。

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什么是日冕？

日冕在拉丁语中是“冠”的意思。它是太阳较外层的大气体，由非常稀薄的等离子体构成的，其亮度还不到太阳光球亮度的百万分之一，厚度可达几百万千米以上，温度有100万摄氏度。在高温下，氢、氦等原子已经被电离成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子。这些带电粒子有的挣脱太阳引力的束缚，射向太阳的外围，延伸到太空中很远的地方，形成太阳风。

对日冕的近距离研究是太阳物理学家梳理太阳内部运作的唯一途径，并且希望能够对其进行建模。只有这样，科学家才能开始预测太阳的活动以及由此产生的对我们的技术文明如此危险的“太空天气”。

观察日冕

由于日冕的亮度跟太阳光亮度比起来，简直太弱了，所以平时我们是看不见日冕的。只有在日全食的时候，太阳明亮的光球被月亮全部挡住以后，这时太阳周围的日冕才相对明亮起来，便于观察。但是，日全食的持续时间太短暂了，而且在同一个城市，往往需要几百年才能发生一次日全食。

为了在没有日全食的时候也能够观察日冕，有不少人为之做过努力，但是都失败了。后来到了1930年有位法国工程师发明了日冕仪，最核心的目的还是把明亮的太阳散射光遮挡住，另外就是日冕还不能被地球大气遮挡，所以会用到偏振等技术，另外还要把日冕仪设置在海拔高、空气相对清洁的地方。这样就可以使用日冕仪器可以天天观察日冕的变化了。

虽然日冕仪的技术在不停进步，但是观测点终究还是在地球上，观测的结果还是不甚理想，怎么办？

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人造日食

制造“人工日食”不行吗？如果行，不就可以轻松地观察“日食”了吗？为了实现人造日食，有两种尝试，一是在地球上在观测用的望远镜上动手脚，但是由于杂散光的影响，效果不佳；二是把观测点从地球表面移开，挪到太空中，欧洲空间局就是这么想的，目的是观察内日冕，这个更值得去探索。

人造日食演示

欧洲的Proba-3人造日食任务

只要月亮能遮住太阳光，地球上就会有日食，正是从这个最朴素的原理出发，欧洲空间局打算发射2颗卫星，在地球的高空轨道上运行，第一颗充当月亮的角色，用来遮挡太阳，第二颗充当地球的角色，上面安装日冕仪，只要两颗卫星的位置控制得当，这样从第二颗卫星上就能总会出现人造日食。简单讲，就是第二颗卫星总是尝试躲在第一颗卫星的阴影里，技术上要求它俩的间隔是144米，两者都必须精确定位，误差只能在几毫米之内。

这样，观测日冕将不再是难题，只是观测日食的位置从地球表面挪到了太空中。在整个过程中，科学家能够研究太阳日冕的结构和动力学。欧空局的科学家说：我们可以让两颗卫星对齐，编队飞行，这样每周都可能会有 6 小时的日全食，唯一受限制的是燃料。

Proba-3能成功的关键——太空编队飞行

把日全食搬到太空中，把偶发的事件变成频发，就需要两颗卫星能在地球高空轨道上能够精准对齐，所以Proba-3需要测试许多新的定位技术，在两颗卫星上使用 GPS、恒星追踪器，两星之间还要用无线电通讯实现粗略对齐，然后再使用基于视觉的传感器利用摄像头和 LED 灯实现细致对齐，最后第二颗卫星向第一颗星照射激光以达到毫米级精细对齐，真的是千里之外穿针引线。

Proba-3 任务什么时候实施？

欧空局计划 2023 年中期，利用印度的商用火箭PSLV-XL发射，如果成功，两颗卫星将运行在距离地球表面530~600 公里的地球高轨上，绕地球一圈大约19.7 小时。然后，经过大约四个月的调试观测之后，就会正常运行。

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结语

如果欧空局的人造日食计划真的能够成功，对于人类换个地方研究日冕、太阳结构和太阳活动，绝对是件好事，期待他们能够成功。