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太阳黑子的目视观测,光球的照相观测,太阳黑子的光电观测.


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。

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