日全食全过程
日珥
天文学家爱丁顿
预报：古代天学家的职责
古代皇家天学家的重要职责之一，就是预报日食。此事非同小可，如果失职，就有被杀头的危险！最著名的记载见于《尚书·胤征》：
惟时羲和颠覆厥德，沈乱于酒，……乃季秋月朔，辰弗集于房，瞽奏鼓、啬夫驰、庶人走，羲和尸厥官，罔闻知，昏迷于天象，以干先王之诛。政典曰：先时者杀无赦，不及时者杀无赦，……
此即著名的“书经日食”。羲和(相传为帝尧所任命的皇家天学官员，是否实有其人尚不可考)因沉湎于酒，未能对一次日食作出预报，结果引起了混乱。这一失职行为给他带来了杀身之祸。注意这里“先时者杀无赦，不及时者杀无赦”(预报日食发生之时太早或太迟就要“杀无赦”)之语，若古时真有这样的“政典”，未免十分可怕。从后代有关史料来看，这两句话大致是言过其实的。
关于上面这段历史记载，有西方学者解读为：中国古代的天文学家羲和，因为酗酒，未能及时预报一次日食，就受到了死刑的惩罚，从此以后中国的天文学史再也不敢玩忽职守了——所以中国人留下了如此丰富的天象记载。这段有点“戏说”色彩的解读，大体还是正确的，尽管玩忽职守的天文学家在中国也不是那么难以想像的。
日食之所以需要预报，最直接的原因就是因为需要在日食发生时进行盛大的“禳救”仪式，而这种巫术仪式是需要事先准备的。
检验历法：
日食在古代的科学意义
中国古代天学家还赋予日食一种现代话语中的“科学”意义——用日食来检验历法的准确程度。
关于中国古代历法，许多人常有误解。可能是因为最初在翻译西文calendar一词时，随手用了中文里一个现成词汇“历法”，造成了这样的后果。其实能够和该词正确对应的现成中文词汇应该是“历谱”。由于现在我们已经习惯了将“历法”对应于calendar——即俗语所谓的“月份牌”，就渐渐忘记了在中文词汇中“历法”这个词的本意。
其实中国古代的历法，与西文的正确对应应该是mathematical astronomy，即“数理天文学”。因为中国古代的历法，完全是为了用数学方式描述太阳、月亮、五大行星这七个天体(即所谓“七政”)的运行规律。至于排出一份历谱(“月份牌”)，那只是历法中附带的小菜一碟。因此历法可以说是中国古代天学中真正“科学”的东西——尽管这科学工具是为“通天”巫术服务的，就像今天某些算命者手中的电脑。
中国古代天学家也能够在相当精确的程度上预报日食。例如，根据现代学者研究，唐代中国人对日食的预报，已经只有半小时到一小时之间的误差。考虑到日食发生的频率(每个世纪平均发生236.7次，对同一地点而言，平均每3年可见到一次日偏食，但要300多年才能见到一次日全食)，这样的预报在古代已经足以令人满意了。
由于在中国传统历法中，采用若干基本周期持续叠加的数值模型，来描述太阳、月亮、五大行星这七个天体的运行，从历元(起算点)开始，越往后的年份叠加次数越多。而任何周期都是有误差的，随着叠加次数的增加，误差就会积累，这就是中国古代为何不断进行“改历”(制作新历法，改用新历法)的原因。
在上述七个天体中，太阳的运动最简单，故最容易掌握；月亮的运动最复杂，故最难以掌握。而日食是因为月亮遮住太阳造成的，这就要求同时对太阳和月亮两个天体的运动都精确掌握，才可能正确预报一次日食。于是古人很自然地将日食视为检验历法准确程度的标尺。如果有不同的历法出现竞争，就大家各自推算一次日食，届时看谁的推算与实际观测结果最为吻合——误差当然总是有的，但误差小的就胜出。
如果我们将“检验历法”视为日食的科学意义，那么这个科学意义在中国至少已经有两千年历史了。
在科学与迷信之间
不过，到了后世，如果日食预报失败，也有“转祸为福”之法，例如《新唐书》卷二七“历志三·下”记载：
(开元)十三年十二月庚戌朔，于历当蚀太半，时东封泰山，还次梁、宋间，皇帝撤-，不举乐，不盖，素服，日亦不蚀。时群臣与八荒君长之来助祭者……不可胜数，皆奉寿称庆，肃然神服。
东封泰山，即所谓“封禅”，被认为是极大功德，历史上只有少数帝王获得进行此事的资格。归途中预报的日食届时没有发生，被解释为皇帝“德之动天”，所以群臣称庆。但毕竟不可否认，这次日食预报是错误的，对此如何解释？
唐代僧一行——中国历史上最重要的几个天学家之一，有著名的《大衍历议》，其中特别讨论了“当食不食”问题。对于上引玄宗封禅归途中这次当食不食，他的解释是：“虽算术乖舛，不宜如此，然后知德之动天，不俟终日矣。”他表示相信，在上古的太平盛世，各种“天变”可能都不存在(这是古代天学家普遍的信念)：
然则古之太平，日不蚀，星不孛(不出现彗星)，盖有之矣。
在他看来，历法无论怎样精密，也不可能使日食预报绝对准确。
到了20世纪“科学昌明”的年代，关于日食也还能找出相当“文化”的八卦来。例如，1936年的日食，各国派出观测队前往日本北海道北见国枝幸郡海滨的一个小村庄枝幸村进行观测，当地的小学“枝幸寻常高等小学校”为日食观测时能有晴天而贴出了一篇《祈晴文》(《民国二十五年六月十九日日全食北海道队观测报告》中有照片，照片中《祈晴文》的文字清晰可读)，其中谈到日食在科学上的重要性，以及此次观测机会之“千岁一遇”，因此祈求上天降恩放晴。天文观测本是科学，求雨祈晴则是迷信，但在这个具体事件上，两者竟可以直接结合起来——以迷信形式，表科学热情，真是相当奇妙的事情。
1919年日全食：
科学意义之社会建构
日食有史以来最重大的科学意义，“呈现”于1919年。
1912年，爱因斯坦发现空间是弯曲的，光线经过太阳边缘时会发生偏折，1915年他计算出，日食时太阳边缘的星光偏折值是1.74角秒(在此之前，有人将光微粒视为有质量的粒子，也能够计算出0.87角秒的偏折值)。
适逢其会，1919年5月29日将有日全食发生，人们当然指望在这次日食时一举将爱因斯坦的预言验证出个真假来——爱因斯坦本人则早已确信他的理论肯定是正确的。英国组织了两支日食观测队，一支前往巴西北部的索布拉尔(Sobral)，另一支就是著名的爱丁顿爵士(Arthur Stanley Eddington)参加的，前往非洲几内亚海湾的普林西比岛(Principe)。日食后过了几个月，观测结果归算出来了：分别是1.98“±０.12”和1.61“±０.30”，后面这个数值是爱丁顿那一队的结果。于是宣布：已经成功验证了爱因斯坦的预言。这个说法此后一直在公众中流行。
爱丁顿那时已有崇高的学术地位，他是剑桥大学天文学和实验物理学终身教授、剑桥大学天文台台长、英国皇家学会会员。这些辉煌的科学头衔，加上他被视为“第一个用英语宣讲相对论的科学家”，使得媒体和公众都对他前往普林西比岛观测日食验证广义相对论一事，充满了期待和信任。相传他获得盛誉之后，有媒体问他全世界是否只有三个人真正懂得相对论？他居然反问道：“那第三个人是谁？”
然而后来的研究表明，这曲“成功验证广义相对论”的凯歌，很大程度上是爱丁顿和媒体共同“社会建构”起来的。
日食时太阳边缘的星光偏折，当时是依靠照相来体现的，但影响照相底片成像的因素很多，比如温度变化等等。1919年日食观测的照相底片，其实并不能归算出足以精确验证爱因斯坦预言的光线篇折值。
此后在1922年、1929年、1936年、1947年和1952年发生日食时，各国天文学家都组织了检验光线偏折的观测，公布的结果都与爱因斯坦的预言互有出入。直到1973年6月30日的日全食，美国人在毛里塔尼亚的欣盖提沙漠绿洲中，得到了1.66“±０.18”的偏折值。1974～1975年间，天文学家用甚长基线干涉仪，在可见光波段之外，精密观测了太阳对三个射电源辐射造成的偏折，得到1.761“±０.016”的偏折值。这才终于以误差小于1%的精度证实了爱因斯坦的预言。
科学意义之消解
在西方现代科学中，日食同样具有上述检验功能——看对太阳和月亮运动的描述是否精确。在现代天文学中，这种描述是以天体力学为基础的。不过因为这种描述在现代天文学中早已不是问题，所以已经没有人关注这一点了。
当天体物理学成为现代天文学的主流之后，日食有了一个新的科学意义——在日食时观测日冕。因为日冕平时是观测不到的。不幸的是，1931年法国人发明了“日冕仪”，可以在任何时候造成“人造日食”来观测日冕，于是日食的这个科学意义又被消解。
可以这么说，到1975年，爱因斯坦关于引力空间弯曲导致光线偏折的预言被精确验证之后，日食的科学意义已经消解殆尽。
如今日食倒是被赋予了新的意义——它现在是媒体和公众的“科普嘉年华”。
(作者系上海交通大学教授，科学史系主任)
深圳新闻网-深圳特区报 作者：江晓原