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太陽黑子觀測

                                                                                             太陽黑子觀測

對于廣大的天文愛好者或天文普及工作者來說，太陽表面的一些劇烈活動是最理想的觀測項目。從日地關(guān)系的角度看，也是最有實際意義的觀測課題。要進(jìn)行太陽觀測，就要首先掌握太陽的一些特點和注意事項，尤其是對觀測地點環(huán)境及觀測器材有要求。

觀測的特點：太陽光很強(qiáng)，千萬要注意自己的眼睛。照相觀測時要防止機(jī)身漏光。投影觀測時要處理好日面特征和四周散光的對比關(guān)系；鏡筒系統(tǒng)不要長時間對準(zhǔn)太陽。太陽大約有30角分的視面，比較適宜小型望遠(yuǎn)鏡觀測。觀測時，日冕上的活動現(xiàn)象受大氣的寧靜度和明晰度的影響較大。最好在上午12點觀測，因為這時大氣的寧靜度和透明度最好。有觀測室的話、應(yīng)注意室內(nèi)外溫差引起的劇烈氣流變化對觀測也有影響；沒有觀測室的，不要放在水泥地面上，最好是草地上，還應(yīng)注意工廠的灰塵和雪化時的氣流都嚴(yán)重的影響成像質(zhì)量。觀測地點應(yīng)長期穩(wěn)定，基墩穩(wěn)固。觀測儀器最好是折射望遠(yuǎn)鏡或折反射望遠(yuǎn)鏡，并且要有跟蹤設(shè)備的赤道裝置。

觀測內(nèi)容

一般的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡主要是觀測太陽光球?qū)拥幕顒蝇F(xiàn)象：黑子、耀斑和米粒組織。我們主要觀測黑子和耀斑。

1．太陽黑子是光球上最明顯的活動，在日面的形成、發(fā)展、消失、形態(tài)、多少、大小和分布等，都有一定的規(guī)律。黑子在日面上的東西分布是不對稱的——東半球比西半球多，并且集中分布在日面中緯度區(qū)域。較完整的黑子是由本影和半影組成，中間深黑色的部分叫本影，四周暗淡的部分叫半影。另外大多數(shù)黑子都成群出現(xiàn)，多是沿東西方向分布著。一群中，西邊較大的黑子叫前導(dǎo)黑子，東邊較大的黑子叫后隨黑子。就太陽整體而言，黑子活動有大約11年的周期變化。

2．光斑是在太陽光球?qū)拥臇|西邊緣，往往出現(xiàn)一些比光球的背景更明亮的區(qū)域，這就是光斑。光斑常伴隨日面邊緣的黑子一起出現(xiàn)，也存在著11年的周期。

觀測的方法：太陽觀測有幾種不同的方法。我們暫時只選用投影觀測，以后進(jìn)行照相觀測。下面的內(nèi)容中將重點介紹一下投影觀測，簡要說明照相觀測。

投影觀測

一、測前準(zhǔn)備

（1）觀測紙：印有日本威信公司生產(chǎn)的太陽觀測網(wǎng)格圖，觀測者根據(jù)當(dāng)日的B0、P值選擇，共有八種（在下文中介紹）。
（2）描圖紙：印有與觀測紙網(wǎng)格圖同樣大小稀疏網(wǎng)格圖（直徑為10厘米，B0=0度，P=0度） ，也可以用白而薄的紙（紙上有直徑10厘米的圓）
（3）天頂棱鏡：若使用的太陽投影板平面與鏡筒平行，需使用天頂棱鏡改變光路。
（4）目鏡：不能使用膠合目鏡，用惠更斯目鏡較為合適。不能使用高倍目鏡。
（5）濾光片：ND中性濾光片，有ND2、ND4、ND8多種。
（6）天文普及年歷：觀測當(dāng)天的B0、L0、P值都需從當(dāng)年的天文年歷中查得。
（7）常用的工具：鉛筆、手表、紅黃彩筆、尺、圓規(guī)、投影儀、小磁鐵或夾子。

（8）帶上前一天的描點圖。

二、太陽觀測

分為描圖和數(shù)據(jù)處理兩部分

（一）描圖
1、將望遠(yuǎn)鏡極軸大致對準(zhǔn)北極，鏡筒指向太陽，觀察鏡筒的影子，當(dāng)影子最小時，說明太陽已經(jīng)大致對好。
?。?！請注意，千萬不能用眼睛通過望遠(yuǎn)鏡直接尋找太陽，尋星鏡也最好不要加裝。
2、記錄透明度、寧靜度、云量、描圖開始時間等觀測背景數(shù)據(jù)。關(guān)于寧靜度和透明度的規(guī)定是這樣的：范圍是0-5最好是5，最差是0，一般都要在2.5以上才可以觀測。寧靜度與風(fēng)有關(guān)，一般4級以下可以定為3。透明度與污染等有關(guān)，取值看經(jīng)驗了。
3、裝上、目鏡、投影板，調(diào)好焦距，將描圖紙固定在投影板上（我們用小的吸鐵石或夾子），上下移動板，使太陽的像與描圖紙上的圓面等大。
4、不要跟蹤太陽，選擇一顆小而清楚的黑子，觀察其在描圖紙上的視運(yùn)動軌跡，確定東西線。
5、若使用網(wǎng)格圖來描點，只需旋轉(zhuǎn)描圖紙，使黑子的視運(yùn)動軌跡方向（太陽的東西線方向）與描圖紙中的緯線平行。使用白紙只需在數(shù)據(jù)分析時畫出東西線即可。

6、   確定日面坐標(biāo)方向

① 若投影板與鏡筒平行，由于描圖紙上的像是經(jīng)過折射鏡和棱鏡兩次改變光路得到的，故太陽黑子視運(yùn)動方向恰與日面坐標(biāo)中的東西走向大體一致，再按“上北下南，左西右東”，日面坐標(biāo)方向就確定了。

② 若投影板與鏡筒垂直，由于只經(jīng)過一次改變光路，方向完全相反：按上南下北，左東右西。即可確定日面坐標(biāo)方向。

7、把投影相和描圖紙的圓對齊并開始跟蹤，在日面上找一顆形狀較為規(guī)則的大黑子，適當(dāng)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡的赤經(jīng)、赤緯旋鈕，當(dāng)投影日面與描圖紙上的圓重合時迅速描下該黑子的位置，其他黑子就可以以它為主參照黑子定位。另外邊看邊記黑子群數(shù)、個數(shù)、形態(tài)、位置等。 此時要對照前一天的黑子描點圖，并確定出黑子群的類型（采用蘇黎式分類法）

8、描圖時要迅速，手不要壓屏，頭不要碰目鏡。

9、其他黑子的描圖需按以下步驟進(jìn)行：
①黑子需自西向東描。
②先描黑子半影，后描本影。
③先描前導(dǎo)黑子，后描后隨黑子。
10、描出光斑。

11、記錄描圖結(jié)束的時間，以描圖開始結(jié)束時間的中間時刻，記為描圖時間。

（二）數(shù)據(jù)計算
先向大家介紹幾個參數(shù)
P：自當(dāng)天視日面北點量起的太陽自轉(zhuǎn)軸北極的方位角。在日面坐標(biāo)中：向東為正，向西為負(fù)。在觀測紙和年歷上都可以查到，該數(shù)據(jù)與公歷月日有關(guān)。

B0：當(dāng)天日面中心在日面坐標(biāo)的緯度。由于我們的視線不是時時刻刻與日面赤道相平，而是有一定的角度（最多為7度），在一年中，此值循環(huán)變化。從觀測紙上看，B0為±N值時，日面中心的那個小×就在日面中心線上的±N度處

L0：日面中心線的日面經(jīng)度，日面的經(jīng)度是由太陽的本初子午線量起的，向東為0～360度。在天文普及年歷中給出的L0值是世界時0時的數(shù)據(jù)，我們觀測時刻的日面中心線的日面經(jīng)度L可用內(nèi)差法計算求得，如：北京時間中午12：15是世界時4.25小時，根據(jù)太陽每日自轉(zhuǎn)13度——每小時為0.55度，計算得，4.25小時轉(zhuǎn)過了2.34度，因此根據(jù)公式L=LO-2.34，可以計算得到我們觀測時的太陽中心線的日面經(jīng)度。由于經(jīng)度向東計量，日面中心的日面經(jīng)度就時刻在減少，因此，年歷上每日的L0大致比前一天少13度。
我們描圖時所描的是視日面，它的北點與真實太陽自轉(zhuǎn)軸北極點有一定的夾角（用P表示），所以我們描圖之后還需要再次拓圖：我們可以用投影儀來完成，拓圖時若投影板與鏡筒平行的就把描點圖正著放，若垂直的再反著放。再放上觀測紙，讓兩圖中的兩圓重合并旋轉(zhuǎn)一定的角度P，將描圖紙上的黑子拓在觀測紙上，用鉛筆描半影，用紅筆描本影，以提高對比度，黃筆描光斑。這樣拓出的太陽黑子圖就可進(jìn)行經(jīng)緯度計算了。
緯度計算很簡單，每格相差5度，北緯用“N”或“+”，南緯用“S”或“-”。經(jīng)度計算時先要算出黑子群與日面中心線的經(jīng)度差，西面為正，東面為負(fù)，然后用公式
L=L0-△L
就得到了黑子的經(jīng)度。對大的黑子群我們都計算范圍值。
計算中還有相對數(shù)的計算。見公式
R=k（10g+f）
R是黑子相對數(shù)，g是黑子群數(shù)，f是黑子個數(shù)，k值暫時取1，1年后與蘇黎式天文臺觀測結(jié)果對比，得出當(dāng)?shù)氐?/span>k值。
當(dāng)黑子在西邊緣，未完全出現(xiàn)時，可先不給出類別。 最后可與國際黑子觀測網(wǎng)站對照。

照相觀測

大致可以分兩種類型--直接拍攝物鏡的焦點相和在屏上拍攝目鏡的局部放大相。

直接拍攝物鏡的焦點相：也就是把目鏡取下，接上照相機(jī)的機(jī)身。這時，天文望遠(yuǎn)鏡的物鏡就相當(dāng)于該照相機(jī)的長焦距鏡頭。這樣的拍攝很簡單，稍有攝影常識的人就能做。但是，要注意下列問題：

1、這是物鏡的焦點相，太陽光極其強(qiáng)烈，一定要事先加好減光裝置。

2、焦距一定要調(diào)好。要知道，光憑眼睛調(diào)還不夠，因為目視和感光是有差異的，要進(jìn)行多次實驗找出最佳值。

3、要搞清楚焦點相的直徑有多大，一般說來，太陽焦點相的直徑，是該望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距的1／100。

4、露光時間，這要看你的減光措施、天氣狀況、太陽的地平高度和所用底片而定，要進(jìn)行實驗。

5、拍出的結(jié)果要以大黑子的清晰結(jié)構(gòu)和太陽的臨邊昏暗層次為判據(jù)。

6、千萬注意機(jī)身不要漏光。為此，應(yīng)在機(jī)身前加一塊檔光板，遮住太陽的直射光。

7、通過照相機(jī)要監(jiān)視日面的寧靜度，以日面最整齊時，定為最佳拍攝時間。

在投影屏上拍攝目鏡的局部放大相：也就是使太陽光通過物鏡和目鏡，將太陽相投影在屏上，把機(jī)身放在屏上，讓所要拍攝的黑子投到底片上。請注意以下幾點：1．要在目鏡出射光孔上加黃色濾光片。2．不要加拍攝焦點相時的減光裝置。3．拍照時，仍然要以太陽投影相的邊緣寧靜度為依據(jù)；4．可能的話，用黑布將目鏡到投影屏部分及觀測者都一起包起來，減少散射光。

優(yōu)點：黑子目視觀測確定的黑子數(shù)較照相法準(zhǔn)確。照相法確定的黑子面積較目視描圖所測定的面積為準(zhǔn)確。因為光球表面上有臨邊昏暗、米粒組織、光斑、黑子，黑子又有精細(xì)結(jié)構(gòu)，彼此之間溫度互有差異，所以要求在同一照片上，上述各現(xiàn)象都呈清晰狀態(tài)，是不容易作到的。

總之，黑子觀測是一個長期的過程，如你完整地觀測了一個或幾個大黑子群的產(chǎn)生、發(fā)展、演化、消失等一系列的過程，你一定會贊嘆，并感到其中無窮的樂趣。也更希望更多的業(yè)余天文愛好者加入我們的行列里。