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太陽表面的觀測方法
（2005年06月15日 15:40:34）
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□作者:
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太陽是離地球最近的恆星，也是銀河系里約一千億顆恆星中被天文學家研究得最細致、最深入的恆星。太陽每時每刻都在發生著巨大的變化，其中很多變化用小望遠鏡就能看到，因此它是非常適合天文愛好者的觀測目標。在介紹太陽表面的觀測方法之前，特別要提醒大家︰由于太陽發出的光很強，如果沒有可靠的減光措施，千萬不要通過望遠鏡看太陽，否則眼楮有可能收到傷害。
太陽的觀測從廣義上來說包括太陽大氣光球、色球、日冕層的寧靜部分和活動現象的觀測。適合天文愛好者觀測的大氣層是光球層。光球上可看到的現象有︰臨邊昏暗現象、米粒組織、光斑和黑子。其中以太陽黑子最為顯著。黑子的觀測與研究，對日地物理關系的研究，有重要意義。下面首先介紹黑子的目視觀測，接著簡要描述光球的照相觀測，最後扼要敘述黑子的其他觀測方法。
目 錄
太陽黑子的目視觀測 光球的照相觀測 太陽黑子的光電觀測
太陽黑子的目視觀測
黑子沃爾夫數的多少、面積的大小是表征太陽活動程度強弱的重要參量。觀測黑子就是為了得到這兩個參量。
由于太陽角直徑較大，發出的光很強，因而使用口徑不大的望遠鏡（口徑5∼10CM），附加一個投影屏，就可以進行太陽黑子的投影觀測。折射或反射望遠鏡都可以用于這種觀測。想要得到一個穩定的日象，以便能在十幾分鐘或半小時內觀測太陽黑子的細節，需要望遠鏡配有赤道式的跟蹤裝置。投影日象直徑一般為8∼10CM為好。
觀測方法︰觀測前，調好儀器的平衡，保證望遠鏡在任一位置上都有良好的平衡狀態。當日光較強時，物鏡前加一光闌，以減弱日光。投影板上放上直徑為10CM圓的圖紙，找到日象，調節焦距，使其大小與10CM圓相吻合。當黑子本、半影都較清楚或日面邊緣輪廓較清晰時，認為焦距已調好。根據黑子的視運動方向，使圖紙上的東西線與其平行。東西線的校準，在儀器不跟蹤的條件下進行，務必定準確，因為量黑子的日面經度和日面緯度時，它是基本參考線。東西線校準後，讓儀器跟蹤太陽，若沒有跟蹤裝置，觀測者用手調節螺旋使日象與投影圖上的圓相合。用鉛筆描繪出黑子的數目和形狀，盡可能保持與日象上的細節一致。描繪時先畫本影，後畫半影。先輕描，看位置準確，再加深本影。全部描繪完畢，檢查一下，看是否遺漏了小黑子。最後記下觀測完畢的時刻，天氣狀況，地球大氣的穩定度和清晰度。
觀測資料的分析︰計算出觀測時刻的日軸方位角P?日輪中心的經度L0、緯度B0（祥見中國天文年歷太陽球面位置表）。黑子的分群編號和劃分類型，當觀測者積累了幾天的觀測資料後，根據黑子的位置、發展情況，劃分黑子群，給每群黑子以編號，一般小號數在左面，大號數在又面，這是因為太陽自西向東自轉，便于進行統計工作。分型采用世界各國廣泛使用的甦黎世分類法。記數黑子數目時，注意每一個以半影和另一核心隔離著的核心，作為一個黑子記數。按照沃爾夫相對數R=k（10g+f），求出觀測日的R。愛好者剛開始求R時，k可取為1，等積累了一定時期的資料後，例如半年或一年，觀測者可以將自己所得的R值（月平均值、年平均值）與Bruxelles資料中心發布的值相比較，求得自己的k值，時間越長，k越準確。黑子面積的確定︰有時，光球面黑子數目不多，但面積大。對一些活動區，看其活動程度的大小，知道數目、面積，才能作出正確的估計。首先量出投影日象上的黑子面積，[常稱圓面積A，A=c() 分別是度量基元單位總數（如 ）、圓周率、基圓單位（如mm2）。投影日象半徑]，而後換算為半球面積...... 由上看出，黑子面積的單位是太陽半球面積的百萬分之一。這里我們介紹簡單易行的圓標尺圖，供愛好者粗略估算出黑子的圓面積A，以可見太陽圓面積的百萬分之一為單位。將以上各項綜合，給出每日太陽黑子觀測記錄表。
光球的照相觀測
黑子目視觀測確定的黑子數較照相法準確。照相法 確定的黑子面積較目視描圖所測定的面積為準確。因為光球表面上有臨邊昏暗、米粒組織、光斑、黑子，黑子又有精細結構，彼此之間溫度互有差異，所以要求在同一照片上，上述各現象都呈清晰狀態，是不容易作到的。
拍攝光球象，常用兩種辦法。一種辦法是直接拍攝物鏡焦面處的光球象；另一種辦法是拍照經物鏡、目鏡後的投影光球象。前者將普通的135照相機，取掉它的物鏡，配以接口，將它裝到天
文望遠鏡的目鏡處，拍攝焦面光球象。後者要求制作一暗箱和裝底片盒處，例如拍直徑10cm的光球象。為減弱太陽光，在物鏡前應加光闌，光闌直徑以不超過物鏡口徑的十分之三為好。底片選擇靈敏度不高、感光乳膠顆粒細的底片為宜，例如制作幻燈片用的底片。拍照時，加中性濾光片或黃色濾光片，選擇好的露光時間，就可得到良好的光球照片。一般露光時間選在1/100秒至1/500秒之間。為使用光球象片，測量目標的坐標（日面經度、緯度），要求 照片上同時拍上東西線的標記。對第一種拍照法，可在底片盒前裝一十字絲，依據黑子移動的方向，校準東西；對第二種方法可選用有十字絲的目鏡。
對所得光球象可進行如下的分析工作︰量度太陽黑子的日面緯度、經度，面積；邊緣光斑的統計工作，考慮到光斑場的彌散性，光斑的大小可用它佔有的區域日面經度差、緯度差來表示，同時量出光斑區的幾何中心的經度和緯度，光斑外形分類、大小亮度的分級；黑子深度d的測定，選用間隔2-3天的兩張照片，對一個有本半影的大黑子，假定某日黑子本影中心至日面邊緣的長度為l1（例如l1=26.5mm），從日心中央子午線到邊緣的長度為l0（l0=33mm），黑子本影的寬度為W1（W1=1mm），半影的寬度為w1（例w1=1.0mm），某日之後的一日，l2=13.5mm，W2=0.65mm, w2=0.65mm，則黑子深度d為公式......
將例子的數值帶入上式，計算得到d=0.0374mm。若設光球象半徑為36.25mm，太陽半徑取為696000km，則得到黑子的真實深度x=718km。
太陽黑子的光電觀測
如果天文愛好者有光度計，可測量太陽黑子相對于鄰近光球的亮度對比，也可以測量黑子內部亮度的分布。
這里我們介紹用硫化鎘光敏電阻制成的光度計。當來自黑子的光照射到硫化鎘（CdS）光敏電阻時，光子被具有激發電子和空穴特性的CdS半導體物質吸收，載流子數目增加，光敏電阻值發生變化，從而使電路中電流發生變化，測定電流的大小就可求得黑子的亮度。用望遠鏡在投影屏上得到一個直徑為8cm或10cm的光球象，屏中心需有可通光的孔，屏前安裝一個可調光闌，一般此光闌可有如下半徑的圓孔（以mm為單位）︰0.5、0.75、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0。任一圓孔都能用一個轉動裝置調到屏的中央。來自黑子的光通過圓孔光闌，屏中心孔，投射到光敏電阻元件上，從檢流計上記錄下的電流值數，就可得到黑子的相對亮度。進行實測時，首先記錄下檢流計的零點讀數，然後按光球-黑子-光球的順序測電流值。
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責任編輯:skylook
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