日珥的历史观测
之前一直以为历史的疑云只是在社会史中比较常见，科技史（特别是近现代科技史）的相关记载还是很完整的。不过不久前刚听上海天文台的朋友提到，他们台里的历史档案中存有大量的近世日珥观测记录，其数量之多，不可能仅仅是在日全食期间留下的。众所周知，当代的日珥常规观测往往要借助H-α等窄带滤镜才能完成，但印象里这种设备的发明还是非常晚的事情。所以早年上海天文台的前辈究竟是如何对日珥进行常规观测，也就成了一个问题。也许其中的技术细节埋藏在档案中冗长的法文资料里，据说现在还没有人完整读过。不过探讨历史上对日珥的观测倒是颇有意思，由此顺便也能找出一些可能的观测方法。
由于日珥的亮度与光球相比较小，无法直接观测，日全食是日珥观测重要的时机。当日面被月球遮挡，人们可以看到太阳边缘有红色的亮条，这就是日珥了。最古老的日珥科学记录可以追溯到13世纪。1239年，Muratori在一次日全食中观测到了它。18世纪，A. Ulloa与瑞典的B. Vassenius也在日食期间给出了类似的描述。Muratori也好，Ulloa和Vassenius也好，都将日珥归结为月球上的现象：Muratori和Ulloa认为它是月球上燃烧的空穴，Vassenius认为这是月球大气中的红色云团。另外在中古的俄罗斯记载中，同样有过日珥的痕迹。
这些观测记录很快湮没在历史之中，没有得到应有的关注，而其中有很多细节至今还疑云重重。比如Muratori的观测只是被后世的记载提过，甚至连这位观测者的全名都难以查到；Vassenius的观测时间干脆就查到了好几种说法：E. Tandberg-Hanssen的一篇会议综述说是在1733年，但A. Bhatnagar与W. C. Livingston撰写的Fundamentals of solar astronomy一书却说是1773年（不过1773年的日全食发生在南半球，这样看来1733年一说也许更可靠一些？）。
19世纪Angelo Secchi绘制的日珥图。（图片来源：Tandberg-Hanssen 1997）
直到1842年的欧洲日全食期间，人们才又一次注意了日珥的存在。Arago与Struve等人第一次将所见的现象归结为太阳起源。1851年，北欧的日食观测记录中第一次出现了相对正确的描述——“太阳上的云团”。当然，依当代的知识来看，这一说法并不完整，不过19世纪的人们显然还没有意识到这种突出在太阳边缘的红色结构背后的物理。
接下来，新生的照相术和分光术被引入日全食连带期间对日珥的观测，时间分别是在1850年和1858年。这以后的日珥观测方才步入正轨。Angelo Secchi与Warren De la Rue在1860年拍摄的照片最终确定了日珥起源于太阳的说法，而1868年，二人利用印度/马六甲日食的机会分析了日珥的化学组分，得出了其中充斥热气体的结论。法国的Pierre Janssen同期额外发现了氦的黄色谱线，确认太阳上存在一种当时尚未被分离出来的新元素。
1868年的日食还带来了许多新发明，比如Janssen意识到，日珥谱线的亮度并不算低，平日也可以观测到。当时广泛用于天文观测的光谱仪是狭缝光栅光谱仪，入射阳光通过主望远镜焦点处的狭缝，经由准直透镜修正成平行光后投射在光栅上并被分解，观测者可利用光栅后方的目镜观测光谱细节，也可以放置照相底片记录。狭缝宽度很窄，只要改变狭缝的位置，就等于是观测太阳上不同的区域。Janssen想出的办法是，如果将光谱仪的狭缝对准略略偏离日面的地方，就可以获得日珥光谱了。差不多同时，英国的Norman Lockyer也独立提出了这一手段。事实证明，这种方法是有效的，这样对日珥的常规光谱观测就可以进行了，而不必等待日全食的发生。
稍后，英国人William Huggins发明了一种利用光谱仪观测日珥外型的方法。在Janssen谱观测方法的基础上，Huggins在光栅后方再安置一组透镜，将出射的光谱平行光会聚，目镜中所见就是日珥的图象了。对这一方法进一步改进，比如在目镜上加装不同颜色的滤镜（当时宽带滤镜还是有的），还能获取日珥的单色图。
日珥观测光路示意。这里是为了观测H-α线加装了红色滤镜，虽然滤镜带通较宽，但该谱线附近几乎没有其他明显谱线，故观测到的基本就是日珥的H-α图象。（图片来源：The Sun and How to Observe It）
这一巧妙的技术让日珥的常规观测成为可能，也使人们对日珥的认识得到了突飞猛进的提升。1875年，Secchi的著作中第一次将日珥分为宁静与活动两类，为日珥分类奠定了基础。之后是在19世纪90年代初，被誉为太阳物理奠基人的美国天文学家George Hale与法国巴黎天文台台长Henri-Alexandre Deslandres又各自以此为基础，独立发明了太阳单色光照相仪。这种仪器借助第二条狭缝分离出光谱中很窄的一部分用于最终成像，分离对象不仅局限于滤镜提供的有限几种波段，而且能够覆盖整个光谱范围。
巴黎天文台早年利用太阳单色光照相仪拍摄的日珥。（图片来源：Tandberg-Hanssen 1997）
另一种观测日珥的仪器是借助日冕仪。简单说来，日冕仪在光路中安置遮光板将日面遮住，因此就让周围较暗淡的日冕以及日珥显露了出来。20世纪30年代，法国人Bernard Lyot发明了它。与日冕仪几乎同时问世的是Lyot滤镜，这是现代窄带滤镜的前身。这类滤镜运用双折射干涉原理排除杂光，采用一系列厚度依次倍增的双折射材料（如石英）叠加红色玻璃制成。当光线射入石英后，会分成两束相速度不同、彼此相交的偏振光。在通过石英层后，两束特定波长的光会因为相速度差产生180度的相位差，进而发生相消干涉，强度得到充分的抑制。叠加一系列不同厚度的石英层目的在于抑制不同波长的光线，只允许很窄范围内的光线通过。有了这种滤镜，对H-α等谱线的直接观测成为了可能，日珥观测不再成为难题。当然，现在常见的镀干涉膜等处理方法确实是比较晚近的事情，不过这并不意味着类似用途的仪器在过去不存在。
至于日珥物理模型的提出就是在更晚的1951年了，本文不赘述。不过这样看来，单色照相仪、日冕仪和窄带滤镜在当年都是现有的技术，而且法国人在其中都作出了关键的贡献。考虑上海天文台早年的法国背景，及时引进这些新玩意不是没有可能的事情。因此上海台那些历史记录的存在并非太大的问题，关键是这些观测具体是用什么手段完成的，个人以为这才是值得从档案中寻找的东西，也能在一定程度上反映西方现代天文仪器的东传。所以，那些内容到底什么时候才能被挖掘出来呢？
参考资料：
[1] The History of Solar Prominence Research, E. Tandberg-Hanssen, 1997, New Perspectives on Solar Prominences, proceedings of a meeting held in Aussois, France (ASP Conference Series, Vol. 150, IAU Colloquium 167) 28 April- 4 May 1997. Edited by David F. Webb, Brigitte Schmieder, and David M. Rust, p. 11.
[2] The Sun and How to Observe It by Jamey L. Jenkins
[3] Fundamentals of solar astronomy by A. Bhatnagar and William Charles Livingston
