备战2017美国日全食

本文作者Fred Espenak、Jay Anderson,原文刊载于《天空与望远镜》杂志

2017年8月21日那天,你会在哪里?在那天,横越美国大陆,从俄勒冈州到南卡罗莱纳州都可以看到日全食。

提到2017年,本刊的大部分读者都会想到下一次美国可见的日全食。对这场日食的期待正在迅速增长,并且有很强的理由—毕竟,自上次月球本影穿过美国本土48州以来已有近40年了。而且,即便是1979年2月的上次日全食,也不过穿过了西北部太平洋沿岸的少数几个州而已。而2017年8月21日的日全食则不同。从东海岸到西海岸,68英里(109.4公里)宽、2500英里(4023.36公里)长的日全食带纵贯美国最宽处,直接穿越12个州:俄勒冈、爱达荷、怀俄明、内布拉斯加、堪萨斯、密苏里、伊利诺伊、肯塔基、田纳西、佐治亚、北卡罗莱纳、南卡罗莱纳。

至于天气方面,对于观赏一场纵贯美国的日全食,8月恰是一个很好的月份。月影到来之时,正是一年中雷暴雨的高峰期已经过去,通常阳光明媚的时节,尤其是在密苏里河以西。尽管西部各州的预期天气情况最好,但也应稍加小心,由此就可在整个北美洲范围内找到良好的日食观赏地点。

这篇文章将为您选取见证这场壮观天象的地点提供基本信息。现在离这次日食还有一年半多时间,《天空与望远镜》之所以决定立即刊发本文,是因为备选处的食宿正在被迅速满员预订。除了阿拉斯加和夏威夷,有超过3亿的美国公民就居住在离全食带中心线仅1至2天的车程内,并且对此次全食的国际上的关注也日益增强。为便于您进行评估,我们把日全食带划分为5个地理区域。

  • 俄勒冈和爱达荷

月球本影将首先登临太平洋,在抵达俄勒冈州的崎岖海岸之前,要花费28分钟经过约2400英里(3862.4公里)的路程。62英里(99.8公里)宽的月影将于美国太平洋夏令时间上午10时16分在林肯海滩市登陆,当时上午的太阳已在地平线上39度。虽然俄勒冈的海滩将最先感受月影,但多雾的海岸线和离岸不远的寒冷洋流决定了这里可不是观看日食的最佳位置。

以每小时2400英里的地面速度冲进内陆后,月球本影将穿过3000英尺(914.4米)高的海岸山脉,进入威拉梅特(Willamette)山谷。俄勒冈州州府塞勒姆市坐落在全食带中心线以北9英里(14.48公里)处,将享受到1分55秒的日全食。邻近的Albany市(1分51秒)和Corvallis市(1分40秒)也深处全食带内部。

海岸山脉会迫使太平洋的潮湿空气抬升、降温并凝结成云。但这些山峰3000英尺的海拔高度只能部分地去除水汽。去除水汽的任务需要威拉梅特(Willamette)山谷东侧更高的喀斯喀特(Cascade)山脉来完成。塞勒姆是山谷天气的代表,平均云量为46%。攀越10000英尺(3048米)高的喀斯睹特山诸峰后,月影将进入哥伦比亚高原’这里是遍布农场和干草地的开阔地带。Madras镇(人口6400人)坐落在全食带中心线以南5英里(8.05公里),全食持续时间2分3秒。俄勒冈州的Ontario市位于全食带南界以北仅8英里,但是依然堪称深处全食带内,可见证1.5分钟的日全食。

在短短9分钟内就穿过整个俄勒冈之后,月球本影就进入了爱达荷州。州府博伊西(Boise)位于全食带南界以外15英里(24.14公里)。虽然博伊西市民只能看到日偏食,但这依然是一个令人难以置信的奇观:99.6%的太阳圆面将被遮掩。(这是因为其食分高达0.994,食分是指被遮掩的太阳视直径比例)博伊西同时也是一个前往全食带中心线的良好出发点,经由84号州际公路,车程约为85英里(136.8公里)。

全食带将穿过索图斯(Sawtooth)山脉,下降进入蛇河平原。爱达荷福尔斯虽然位于全食带中心线以南21英里(33.8公里),却依然可享受到1.75分钟的日全食。如果前往全食带中心,还可以多看30秒。

在喀斯喀特山脉背风侧的日全食路径上,适宜观赏日食的条件将是那里的标准天气。气流下降进入山谷,升温并变得干燥,营造出整个全食带路径上最低的云量。机场统计数据显示,在俄勒冈的哥伦比亚盆地和爱达荷的蛇河平原,平均云量猛跌至25%左右。明媚阳光的占比,亦即欣赏到日全食的概率,可达80%以上。

  • 怀俄明和内布拉斯加

接下来,月影将攀越提顿(Teton)山脉,进入怀俄明州的大提顿国家公园。每年夏季,宏伟的提顿山脉都会吸引成千上万的游客,再加上日全食,将使此处作为旅游胜地更平添一份魅力。Jackson Hole市的机场恰好就在全食带中心线上,以山区夏令时间上午11时36分为中点,日全食持续时间长达2分20秒。

月影路径将在风河山脉(Wind River Range)穿过大陆分水岭,下降进入“牛仔州”(怀俄明州)的高原。卡斯珀(Casper)是怀俄明州全食带路径上最大的城市,全食带中心线从该城南部穿过,将为观赏者们带来2分26秒的日全食。(尽管在此地以东980英里,1577.2公里的伊利诺伊州Carbondale市可见的全食持续时间最长,但卡斯伯的全食时间也只不过短14秒而已。)

沿着全食带,卡斯珀向东向西都有高速公路。如果天气有问题,这就给日食追逐者带来了很好的交通便利,使之拥有是否转场的选择余地。实际上正因为此,美国天文联盟已经选择卡斯珀,在这次日食前数天举办其年会(Astrocon 2017)。

历史数据显示,随着全食路径向东穿过怀俄明州,进入内布拉斯加州,云量也在逐渐增加。部分云量来自墨西哥湾的潮湿气流,在夏季它支配着北美大平原的天气,在被逐渐抬升的山地阻挡以前,可以向西扩散到卡斯珀周围地区。

云量的另一个主要来源是怀俄明的群山,那里遍布植被的阴冷山岗会吸收阳光,午后常有很高的云量和雷阵雨。幸运的是,这些对流云一般在昼间的较晚时段才出现,此时月影早已去而不返。需注意的是,在落基山脉诸州,夏季大部分时间都常有森林火灾发生,如果火灾情况严峻,要准备好从浓密的烟雾下转移至它处。

随着月影进入内布拉斯加,日全食就离开了怀俄明的高海拔荒漠环境,渐渐将至大草原地带,那里遍布起伏平缓的草场和灌溉农场。在这里,你能找到良好的云量条件、风景优美的开阔地形,以及大体上与月影路径走向一致的州际高速公路。由西向东,明媚阳光天气的占比略有下降,从大约75%将至稍低于70%。

在内布拉斯加,8月依然是雷雨季,但暴风雨一般都被限制在局部地区,只要迅速转移到另一处就能避开。条件最好的地方在该州西部,那里的较高山地和落基山可限制墨西哥湾的暖湿气流。

Alliance市(人口8500人)就位于全食带中心线北侧,以山区夏令时间上午11时50分为中心,全食持续时间为2分30秒,太阳在东南方地平线上空57度。(附近有一座用老式美国汽车制造的模仿英国巨石阵的汽车阵,这是一个可以看到日全食的独特但略显荒芜的地点)

在穿过“玉米壳州”(内布拉斯加州)的全食带路径半程上,North Platte市坐落于全食带南界以内约9英里(14.48公里)处。不过,那里的全食持续时间仍然长达可观的1分46秒,而且North Platte就在80号州际公路沿线,是一处容易抵达的目的地。Grand Island或许是更好的地点,因为它离全食带中心线和80号公路都很近。那里的全食持续时间为2分36秒,与此次日全食的最大持续时间只差4秒不到。

内布拉斯加州州府林肯(Lincoln)市就在全食带北界内边缘上(全食时间1分13秒),而较大的奥马哈市位于全食带以北40英里(64.37公里),将看到98.5%日面被遮挡的日偏食。

  • 堪萨斯、密苏里、伊利诺伊

全食带将掠过堪萨斯州的西北角,进入密苏里河后,三次穿过蜿蜒曲折的密苏里河。全食带中心线将穿过圣约瑟(St.Joseph)市,以美国的中部夏令时间下午1时08分为中心,那里的全食时间为2分38秒。

从圣约瑟向东,西部山区的保护作用至此基本上消失,这里通常是水汽充沛的亚热带气候。沿着全食带穿过密苏里和伊利诺伊,午后的平均云量向东稳步上升,从50%以下升至稍高于60%。但依然能不时地遇到明媚阳光,这意味着常有半透明的云层。

堪萨斯城坐跨全食带南界,因此全食时间根据观测者在这座城市中的精确位置,从0(只能见到日偏食)至1分钟以上不等。圣路易斯市情况类似,全食带北界将该城一分为二。随着月球本影沿着密苏里河前行,在进入伊利诺伊州之前,会穿过圣弗朗索瓦(St.Francois)山脉,下降进入密西西比河和俄亥俄河谷地,并横穿大泥泞河流域(Big Muddy Watershed)。

伊利诺伊州Carbondale市有两个独特的优势。首先,在2017年曰全食的路径上,全食时间最长(2分40.3秒)的地点就在这座城市以南6英里(9.66公里)。第二,Carbondale市也在下一次横穿美国的日全食路径上,那将是在2024年。这般看来,这座小城自称为“美国日食中心”也就毫不奇怪了。

卫星数据显示,在内布拉斯力口、堪萨斯和密苏里,从上午至午后云量会大幅下降。在选择日食观测地点时,这一情况造成了些许窘境,因为全食时间很接近当地正午。要留意,月影到来时会有温度骤降的征兆,这意味着左侧图表中的上午曲线也许更加适用。

纯粹从天气的角度考虑,在日全食路径的这一部分中,最佳观测位置是在密苏里西部。但Carbondale市坐落于俄亥俄河与密西西比河的低地,在该区域的东部有(统计上的)最低的云层覆盖几率。

  • 肯塔基、田纳西、佐治亚

月球本影渡过俄亥俄河之后,就进入了肯塔基州。正是在这一带,美国中部夏令时下午1时25分31秒,月球本影的轴心距离地球中心最近,这一时刻被称为日食极大。准确地点是在肯塔基州Hopkinsville市西北12英里(19.31公里)的一块平凡髙粱地里。此刻,太阳的地平高度是64度,全食带宽度71.3英里(114.75公里)。尽管这时月影的地面速度接近最小值1447英里/小时(2328.72公里/小时),但依然是音速的近2倍。

这里的全食持续时间仅比出现于伊利诺伊州Carbondale市的日食最长持续时间短0.13秒,但这一优势似乎使它明显有别于其它一些自称最佳观测地的城市。
实际上,沿着日全食带,任何一个在2017年8月21日天气晴朗的城市都是优胜者。

肯塔基是一个遍布小丘、林荫道、多处农场的风景优美之地。在日全食带进入田纳西后,地势开始抬升,全食带随即越过高地边缘(Highland Rim),下降进入纳什维尔盆地。根据卫星数据,这一区域的平均云量为60%至70%,大约比基于机场观测的数据要低10%。

纳什维尔市本身坐落在月影路径之中,约在全食带中心线以南25英里(40.23公里)。美国中部夏令时下午1时28分,“音乐城”(纳什维尔)的日食观赏者将享受到1分55秒的全食,不过如果他们前往全食带中心线,全食时间还可再多45秒。在纳什维尔,全食日当天明媚阳光的可能性高达63%,在8月,这是很理想的数据,虽然比俄勒冈和爱达荷的最佳地点低大约20%。
在纳什维尔以东,郊野中森林更茂密,渐渐进入山峦谷地交错的阿巴拉契亚。不幸的是,Knoxville和Chattanooga两市都位于全食带路径外,只能看到99%的日偏食。全食路径还掠过了佐治亚州东北角的群山,亚特兰大市民将看到97%的日偏食。

  • 南北卡罗莱纳

在穿越北美大陆之旅的最后14分钟里,月影将经过南北卡罗莱纳两州。在抵达大西洋以前,地势高度下降得越来越快。在这条路径上,一些很大的城市将进入月影,包括安德森(Anderson,2分34秒)、格林维尔(Greenville,2分11秒),以及哥伦比亚(2分30秒)。历史名城查尔斯顿位于全食带南界以内,以美国东部夏令时下午2时47分为中心,这里将经历1分32秒的全食。向东北行进30英里(48.28公里)前往全食带中心线,全食持续时间为2分34秒,仅比最大持续时间少不到6秒。

在全食路径的最东段,预期天气条件最令人气馁。与西部的山区不同,这里没有显著的迎风处多云、背风处晴朗的天气模式。在热带的大西洋海水的供给下,这里总是水汽充沛,几乎每个下午都会产生棉被一样的对流云。万幸的是,由于太阳不断被遮挡而导致的降温,有助于驱散日食当天可能出现的小尺度和中等尺度的云结构。

在南北卡罗莱纳,云层的平均覆盖率约在60%至70%之间,日全食期间阳光明媚的概率约在65%上下。在南卡罗莱纳州的沿海,预期天气条件稍好一些,得益于午后从海上吹来的微风,内陆数公里的云层会被削弱。在Santee市附近的Marion湖沿岸,也会出现类似的有利条件,如果需要及时转移以求天空更晴朗,从那里可以很方便地进入95号和26号州际公路。

  • 几条最后的忠告

毫无疑问,人们对2017年日全食的热情已被大为激发。一个关键因素是,对于成千上万忠实的月球本影爱好者,这次日食离家就近在咫尺。并且因为8月21日正好在暑假期间,这次日食有可能吸引的观众比历史上其它任何一次都要多。

气候,可能是提前做计划的人前往何处观看此次天象的决定性因素,但在日食前数天,应将注意力转向8月21日本身的天气预报。你会发现,在互联网上可以很方便地找到相关信息,足以帮助你认真做出决定的可靠预报提前一周就会发布。

与此同时,任何一个住在北美洲(以及南美洲北部)的人,即便不准备前往日全食带,在那一天也能看到壮丽的天象。使用安全可靠的日食观测设备,从洛杉矶仰望天空,在食甚时可看到62%的日面被月球遮掩。在波士顿,日面被遮掩面积为63%。即便在安克雷奇(46%)、檀香山(27%)和波哥大(27%)等相隔遥远的地点,这也是一场值得观赏的日偏食。

也许您在阅读本文时已经做好了日食观测计划。但是对我们所有人而言,真正的挑战在于说服家人、朋友、邻居们相信,日全食不仅是天文学家们的盛宴,也是值得每个人亲眼目睹的奇观。也许,当然只是也许,观赏2017年的日全食会激励某个孩子成为下一个爱因斯坦、牛顿或伽利略!