太阳表面的观测方法

太阳表面的观测方法太阳是离地球最近的恒星，也是银河系里约一千亿颗恒星中被天文学家研究得最细致、最深入的恒星。太阳每时每刻都在发生着巨大的变化，其中很多变化用小望远镜就能看到，因此它是非常适合天文爱好者的观测目标。在介绍太阳表面的观测方法之前，特别要提醒大家：由于太阳发出的光很强，如果没有可靠的减光措施，千万不要通过望远镜看太阳，否则眼睛有可能收到伤害。太阳的观测从广义上来说包括太阳大气光球、色球、日冕层的宁静部分和活动现象的观测。适合天文爱好者观测的大气层是光球层。光球上可看到的现象有：临边昏暗现象、米粒组织、光斑和黑子。其中以太阳黑子最为显著。黑子的观测与研究，对日地物理关系的研究，有重要意义。下面首先介绍黑子的目视观测，接着简要描述光球的照相观测，最后扼要叙述黑子的其他观测方法。太阳黑子的目视观测黑子沃尔夫数的多少、面积的大小是表征太阳活动程度强弱的重要参量。观测黑子就是为了得到这两个参量。由于太阳角直径较大，发出的光很强，因而使用口径不大的望远镜（口径5～10CM），附加一个投影屏，就可以进行太阳黑子的投影观测。折射或反射望远镜都可以用于这种观测。想要得到一个稳定的日象，以便能在十几分钟或半小时内观测太阳黑子的细节，需要望远镜配有赤道式的跟踪装置。投影日象直径一般为8～10CM为好。观测方法：观测前，调好仪器的平衡，保证望远镜在任一位置上都有良好的平衡状态。当日光较强时，物镜前加一光阑，以减弱日光。投影板上放上直径为10CM圆的图纸，找到日象，调节焦距，使其大小与10CM圆相吻合。当黑子本、半影都较清楚或日面边缘轮廓较清晰时，认为焦距已调好。根据黑子的视运动方向，使图纸上的东西线与其平行。东西线的校准，在仪器不跟踪的条件下进行，务必定准确，因为量黑子的日面经度和日面纬度时，它是基本参考线。东西线校准后，让仪器跟踪太阳，若没有跟踪装置，观测者用手调节螺旋使日象与投影图上的圆相合。用铅笔描绘出黑子的数目和形状，尽可能保持与日象上的细节一致。描绘时先画本影，后画半影。先轻描，看位置准确，再加深本影。全部描绘完毕，检查一下，看是否遗漏了小黑子。最后记下观测完毕的时刻，天气状况，地球大气的稳定度和清晰度。观测资料的分析：计算出观测时刻的日轴方位角P?日轮中心的经度L0、纬度B0（祥见中国天文年历太阳球面位置表）。黑子的分群编号和划分类型，当观测者积累了几天的观测资料后，根据黑子的位置、发展情况，划分黑子群，给每群黑子以编号，一般小号数在左面，大号数在又面，这是因为太阳自西向东自转，便于进行统计工作。分型采用世界各国广泛使用的苏黎世分类法。记数黑子数目时，注意每一个以半影和另一核心隔离着的核心，作为一个黑子记数。按照沃尔夫相对数R=k（10g+f），求出观测日的R。爱好者刚开始求R时，k可取为1，等积累了一定时期的资料后，例如半年或一年，观测者可以将自己所得的R值（月平均值、年平均值）与Bruxelles资料中心发布的值相比较，求得自己的k值，时间越长，k越准确。黑子面积的确定：有时，光球面黑子数目不多，但面积大。对一些活动区，看其活动程度的大小，知道数目、面积，才能作出正确的估计。首先量出投影日象上的黑子面积，[常称圆面积A，A=c()分别是度量基元单位总数（如）、圆周率、基圆单位（如mm2）。投影日象半径]，而后换算为半球面积......由上看出，黑子面积的单位是太阳半球面积的百万分之一。这里我们介绍简单易行的圆标尺图，供爱好者粗略估算出黑子的圆面积A，以可见太阳圆面积的百万分之一为单位。将以上各项综合，给出每日太阳黑子观测记录表。光球的照相观测黑子目视观测确定的黑子数较照相法准确。照相法确定的黑子面积较目视描图所测定的面积为准确。因为光球表面上有临边昏暗、米粒组织、光斑、黑子，黑子又有精细结构，彼此之间温度互有差异，所以要求在同一照片上，上述各现象都呈清晰状态，是不容易作到的。拍摄光球象，常用两种办法。一种办法是直接拍摄物镜焦面处的光球象；另一种办法是拍照经物镜、目镜后的投影光球象。前者将普通的135照相机，取掉它的物镜，配以接口，将它装到天文望远镜的目镜处，拍摄焦面光球象。后者要求制作一暗箱和装底片盒处，例如拍直径10cm的光球象。为减弱太阳光，在物镜前应加光阑，光阑直径以不超过物镜口径的十分之三为好。底片选择灵敏度不高、感光乳胶颗粒细的底片为宜，例如制作幻灯片用的底片。拍照时，加中性滤光片或黄色滤光片，选择好的露光时间，就可得到良好的光球照片。一般露光时间选在1/100秒至1/500秒之间。为使用光球象片，测量目标的坐标（日面经度、纬度），要求照片上同时拍上东西线的标记。对第一种拍照法，可在底片盒前装一十字丝，依据黑子移动的方向，校准东西；对第二种方法可选用有十字丝的目镜。对所得光球象可进行如下的分析工作：量度太阳黑子的日面纬度、经度，面积；边缘光斑的统计工作，考虑到光斑场的弥散性，光斑的大小可用它占有的区域日面经度差、纬度差来表示，同时量出光斑区的几何中心的经度和纬度，光斑外形分类、大小亮度的分级；黑子深度d的测定，选用间隔2-3天的两张照片，对一个有本半影的大黑子，假定某日黑子本影中心至日面边缘的长度为l1（例如l1=26.5mm），从日心中央子午线到边缘的长度为l0（l0=33mm），黑子本影的宽度为W1（W1=1mm），半影的宽度为w1（例w1=1.0mm），某日之后的一日，l2=13.5mm，W2=0.65mm,w2=0.65mm，则黑子深度d为公式......将例子的数值带入上式，计算得到d=0.0374mm。若设光球象半径为36.25mm，太阳半径取为696000km，则得到黑子的真实深度x=718km。太阳黑子的光电观测如果天文爱好者有光度计，可测量太阳黑子相对于邻近光球的亮度对比，也可以测量黑子内部亮度的分布。这里我们介绍用硫化镉光敏电阻制成的光度计。当来自黑子的光照射到硫化镉（CdS）光敏电阻时，光子被具有激发电子和空穴特性的CdS半导体物质吸收，载流子数目增加，光敏电阻值发生变化，从而使电路中电流发生变化，测定电流的大小就可求得黑子的亮度。用望远镜在投影屏上得到一个直径为8cm或10cm的光球象，屏中心需有可通光的孔，屏前安装一个可调光阑，一般此光阑可有如下半径的圆孔（以mm为单位）：0.5、0.75、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。任一圆孔都能用一个转动装置调到屏的中央。来自黑子的光通过圆孔光阑，屏中心孔，投射到光敏电阻元件上，从检流计上记录下的电流值数，就可得到黑子的相对亮度。进行实测时，首先记录下检流计的零点读数，然后按光球-黑子-光球的顺序测电流值。