追尋日全蝕-科學研究計劃,常常充滿意外   原載於新公民議會

日全蝕相當罕見,要等很多年才有一次,而且僅能在特定地區看到,時間又只有短暫幾分鐘。2017年8月21日,部分北美洲地區上演的日全蝕,興起一股風潮,多家英語科學媒體也趁機介紹有關的歷史故事。

日全蝕百年難得一見。 圖片來源:工商時報

圖片來源:工商時報

 

日全蝕,一般民眾是外行看熱鬧,天文學家卻是內行看門道。在近代觀測儀器發明以前,完全遮蔽陽光的日全蝕,是研究太陽與天文現象少有的良機,不少重要的科學發現,都是趁著天昏地暗之際得知。

 

不知道在一般人想像中,科學家是如何工作,獲取新知的?俄亥俄州立大學的天文學教授 Barbara Ryden 撰文《Total Eclipse, Partial Failure: Tales of Scientific Missions Gone Bad》,介紹3位天文學家計劃觀測日全蝕,卻碰上各種狀況的往事,希望告訴讀者,科學發展並非一帆風順,現在視為理所當然的知識,其實是跌跌撞撞下慢慢建立的。

 

美國的天文學家 Samuel Williams 計算出1780年10月27日,將能在緬因觀察到日全蝕;然而,那時美國正在打獨立戰爭,預定觀測地點卻是英軍佔領區。費了一番功夫,Williams 終於取得許可,帶著裝備前往目的地等待。直到下午12點31分前,計劃都順利進行,太陽愈來愈暗、愈來愈暗……但是還沒等到全暗,太陽竟然又愈來愈亮!

 

Williams 選擇觀測的位置,比正確地點更南方30英哩,導致計劃失敗。為什麼?其他學者認為是他計算錯誤;但是 Williams 本人的說法是,他沒有算錯,而是地圖畫錯,才害他跑錯地方。參考資料有誤,科學研究時的常見狀況,不是嗎?

 

不過這趟失敗的任務,仍有一個收獲。Williams 記錄他看到,那時還沒有名字的「貝里珠(Baily’s beads)」[連結],比再度觀察到此現象,並因此被命名紀念的 Francis Baily,更早56年。

 

將近一百年後,英國天文學家 Norman Lockyer 打算在1871年12月12日觀察日全蝕。他和法國科學家 Jules Janssen,兩人3年前分別由日珥的光譜,偵測到一種「前所未見」的新元素,現在我們知道,那就是全宇宙第二多的「氦」。Lockyer 想趁再一次日全蝕的機會,搜集更多資料,於是組織特遣隊,前往能看到日全蝕的南印度。

 

到日全蝕開始以前,看似一切順利,良好的天候下,Lockyer 把裝備架好、等待……等等,當地鄉民竟然開始燒東西,創造光亮,希望能喚回太陽?幸好黑煙即將毀了大計之前,警察趕到解決了問題,最後 Lockyer 仍然成功觀察到日冕[連結]。本案例中,突發危機令計劃差點功敗垂成,所幸只是虛驚一場。

 

比起前兩位要前往敵軍佔領區,或是遙遠海外的困難,英國天文學家 Frank Dyson 在1927年的計劃看似單純很多,6月29日那天,在本土就能看到日全蝕。他面對的問題是,該選那個地方,才能避免詭譎多變的英國天候擋住太陽?

 

分析情報以後,Dyson 決定在吉格爾斯威克的約克夏村等待。但是前兩週在那裡,下午天氣都是那個雲啊、那個霧啊,讓 Dyson 遲疑要不要換個地點。最後 Dyson 沒有更換,也成功觀察到日全蝕,任務成功;也還好他沒有動搖,因為以日全蝕發生時各地的天氣,約克夏村是唯一能看清楚的地點。Dyson 的成功,綜合了正確的判斷與好運,順便嘉慧了陪他一起的7萬觀眾。

 

趁著又一次日全蝕的機會,Ryden 藉由以上3個案例表達,科學研究時設計良好的計劃,常常趕不上變化,有時害計劃失敗,有時仍能幸運成功。不過,歷代天文學家仍不畏困難持續追尋日全蝕,寄望得到新的成果,拓展知識疆界。希望這些案例能讓各位讀者,稍稍體會一下科學家,進行研究時面臨的實際狀況。

 

 

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