太阳黑子的观测

发表时间:2018-7-30 14:44:38  阅读次数:

对于广大的天文爱好者或天文普及工作者来说,太阳表面的一些剧烈活动是最理想的观测项目。从日地关系的角度看,也是最有实际意义的观测课题。
我们的太阳观测开展较晚,但经过一段时间的观测,有了初步的方法,也积累了一定的经验。太阳观测是一个长期持续的活动,只有持之以恒,才会出成果。要进行太阳观测,就要首先掌握太阳的一些特点和注意事项,尤其是对观测地点环境及观测器材有要求。
观测的特点:太阳光很强,千万要注意自己的眼睛。照相观测时要防止机身漏光。投影观测时要处理好日面特征和四周散光的对比关系;镜筒系统不要长时间对准太阳。太阳大约有30角分的视面,比较适宜小型望远镜观测。观测时,日冕上的活动现象受大气的宁静度和明晰度的影响较大。最好在上午12点观测,因为这时大气的宁静度和透明度最好。有观测室的话、应注意室内外温差引起的剧烈气流变化对观测也有影响;没有观测室的,不要放在水泥地面上,最好是草地上,还应注意工厂的灰尘和雪化时的气流都严重的影响成像质量。观测地点应长期稳定,基墩稳固。观测仪器最好是折射望远镜或折反射望远镜,并且要有跟踪设备的赤道装置。我们用的望远镜是口径22厘米的折射镜。导星镜的口径是10厘米,焦距是120厘米。
观测内容
一般的光学望远镜主要是观测太阳光球层的活动现象:黑子、耀斑和米粒组织。我们主要观测黑子和耀斑。
1.太阳黑子是光球上最明显的活动,在日面的形成、发展、消失、形态、多少、大小和分布等,都有一定的规律。黑子在日面上的东西分布是不对称的——东半球比西半球多,并且集中分布在日面中纬度区域。较完整的黑子是由本影和半影组成,中间深黑色的部分叫本影,四周暗淡的部分叫半影。另外大多数黑子都成群出现,多是沿东西方向分布着。一群中,西边较大的黑子叫前导黑子,东边较大的黑子叫后随黑子。就太阳整体而言,黑子活动有大约11年的周期变化。
2.光斑是在太阳光球层的东西边缘,往往出现一些比光球的背景更明亮的区域,这就是光斑。光斑常伴随日面边缘的黑子一起出现,也存在着11年的周期。
观测的方法:太阳观测有几种不同的方法。我们暂时只选用投影观测,以后进行照相观测。下面的内容中将重点介绍一下投影观测,简要说明照相观测。
投影观测
一、测前准备
(1)观测纸:印有日本威信公司生产的太阳观测网格图,观测者根据当日的B0、P值选择,共有八种(在下文中介绍)。
(2)描图纸:印有与观测纸网格图同样大小稀疏网格图(直径为10厘米,B0=0度,P=0度) ,也可以用白而薄的纸(纸上有直径10厘米的圆)
(3)天顶棱镜:若使用的太阳投影板平面与镜筒平行,需使用天顶棱镜改变光路。
(4)目镜:不能使用胶合目镜,用惠更斯目镜较为合适。不能使用高倍目镜。
(5)滤光片:ND中性滤光片,有ND2、ND4、ND8多种。
(6)天文普及年历:观测当天的B0、L0、P值都需从当年的天文年历中查得。
(7)常用的工具:铅笔、手表、红黄彩笔、尺、圆规、投影仪、小磁铁或夹子。
(8)带上前一天的描点图。
二、太阳观测
分为描图和数据处理两部分
(一)描图
1、将望远镜极轴大致对准北极,镜筒指向太阳,观察镜筒的影子,当影子最小时,说明太阳已经大致对好。
!!!请注意,千万不能用眼睛通过望远镜直接寻找太阳,寻星镜也最好不要加装。
2、记录透明度、宁静度、云量、描图开始时间等观测背景数据。关于宁静度和透明度的规定是这样的:范围是0-5最好是5,最差是0,一般都要在2.5以上才可以观测。宁静度与风有关,一般4级以下可以定为3。透明度与污染等有关,取值看经验了。
3、装上、目镜、投影板,调好焦距,将描图纸固定在投影板上(我们用小的吸铁石或夹子),上下移动板,使太阳的像与描图纸上的圆面等大。
4、不要跟踪太阳,选择一颗小而清楚的黑子,观察其在描图纸上的视运动轨迹,确定东西线。
5、若使用网格图来描点,只需旋转描图纸,使黑子的视运动轨迹方向(太阳的东西线方向)与描图纸中的纬线平行。使用白纸只需在数据分析时画出东西线即可。
6、   确定日面坐标方向
① 若投影板与镜筒平行,由于描图纸上的像是经过折射镜和棱镜两次改变光路得到的,故太阳黑子视运动方向恰与日面坐标中的东西走向大体一致,再按“上北下南,左西右东”,日面坐标方向就确定了。
② 若投影板与镜筒垂直,由于只经过一次改变光路,方向完全相反:按上南下北,左东右西。即可确定日面坐标方向。
7、把投影相和描图纸的圆对齐并开始跟踪,在日面上找一颗形状较为规则的大黑子,适当调整望远镜的赤经、赤纬旋钮,当投影日面与描图纸上的圆重合时迅速描下该黑子的位置,其他黑子就可以以它为主参照黑子定位。另外边看边记黑子群数、个数、形态、位置等。 此时要对照前一天的黑子描点图,并确定出黑子群的类型(采用苏黎式分类法)
8、描图时要迅速,手不要压屏,头不要碰目镜。
9、其他黑子的描图需按以下步骤进行:
①黑子需自西向东描。
②先描黑子半影,后描本影。
③先描前导黑子,后描后随黑子。
10、描出光斑。
11、记录描图结束的时间,以描图开始结束时间的中间时刻,记为描图时间。
(二)数据计算
先向大家介绍几个参数
P:自当天视日面北点量起的太阳自转轴北极的方位角。在日面坐标中:向东为正,向西为负。在观测纸和年历上都可以查到,该数据与公历月日有关。
B0:当天日面中心在日面坐标的纬度。由于我们的视线不是时时刻刻与日面赤道相平,而是有一定的角度(最多为7度),在一年中,此值循环变化。从观测纸上看,B0为±N值时,日面中心的那个小×就在日面中心线上的±N度处
L0:日面中心线的日面经度,日面的经度是由太阳的本初子午线量起的,向东为0~360度。在天文普及年历中给出的L0值是世界时0时的数据,我们观测时刻的日面中心线的日面经度L可用内差法计算求得,如:北京时间中午12:15是世界时4.25小时,根据太阳每日自转13度——每小时为0.55度,计算得,4.25小时转过了2.34度,因此根据公式L=LO-2.34,可以计算得到我们观测时的太阳中心线的日面经度。由于经度向东计量,日面中心的日面经度就时刻在减少,因此,年历上每日的L0大致比前一天少13度。
我们描图时所描的是视日面,它的北点与真实太阳自转轴北极点有一定的夹角(用P表示),所以我们描图之后还需要再次拓图:我们可以用投影仪来完成,拓图时若投影板与镜筒平行的就把描点图正着放,若垂直的再反着放。再放上观测纸,让两图中的两圆重合并旋转一定的角度P,将描图纸上的黑子拓在观测纸上,用铅笔描半影,用红笔描本影,以提高对比度,黄笔描光斑。这样拓出的太阳黑子图就可进行经纬度计算了。
纬度计算很简单,每格相差5度,北纬用“N”或“+”,南纬用“S”或“-”。经度计算时先要算出黑子群与日面中心线的经度差,西面为正,东面为负,然后用公式
L=L0-△L
就得到了黑子的经度。对大的黑子群我们都计算范围值。
计算中还有相对数的计算。见公式
R=k(10g+f)
R是黑子相对数,g是黑子群数,f是黑子个数,k值暂时取1,1年后与苏黎式天文台观测结果对比,得出当地的k值。
当黑子在西边缘,未完全出现时,可先不给出类别。 最后可与国际黑子观测网站对照。
照相观测
大致可以分两种类型--直接拍摄物镜的焦点相和在屏上拍摄目镜的局部放大相。
直接拍摄物镜的焦点相:也就是把目镜取下,接上照相机的机身。这时,天文望远镜的物镜就相当于该照相机的长焦距镜头。这样的拍摄很简单,稍有摄影常识的人就能做。但是,要注意下列问题:
1、这是物镜的焦点相,太阳光极其强烈,一定要事先加好减光装置。
2、焦距一定要调好。要知道,光凭眼睛调还不够,因为目视和感光是有差异的,要进行多次实验找出最佳值。
3、要搞清楚焦点相的直径有多大,一般说来,太阳焦点相的直径,是该望远镜物镜焦距的1/100。
4、露光时间,这要看你的减光措施、天气状况、太阳的地平高度和所用底片而定,要进行实验。
5、拍出的结果要以大黑子的清晰结构和太阳的临边昏暗层次为判据。
6、千万注意机身不要漏光。为此,应在机身前加一块档光板,遮住太阳的直射光。
7、通过照相机要监视日面的宁静度,以日面最整齐时,定为最佳拍摄时间。
在投影屏上拍摄目镜的局部放大相:也就是使太阳光通过物镜和目镜,将太阳相投影在屏上,把机身放在屏上,让所要拍摄的黑子投到底片上。请注意以下几点:1.要在目镜出射光孔上加黄色滤光片。2.不要加拍摄焦点相时的减光装置。3.拍照时,仍然要以太阳投影相的边缘宁静度为依据;4.可能的话,用黑布将目镜到投影屏部分及观测者都一起包起来,减少散射光。
优点: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。
总之,黑子观测是一个长期的过程,如你完整地观测了一个或几个大黑子群的产生、发展、演化、消失等一系列的过程,你一定会赞叹,并感到其中无穷的乐趣。我们天文小组对9608黑子群进行比较完整的观测,获益匪浅。我们现在已和乌鲁木齐一中天文小组进行联合观测,为研究太阳活动提供一些数据,也更希望更多的业余天文爱好者加入我们的行列里。

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