解密太阳之谜：准确观测日面活动现象

2023-08-14 理论教育版权反馈

【摘要】：投影观测时，要处理好日面特征和四周散射光的对比关系；镜筒系统不要长时间的对准太阳。观测时，日面上的活动现象受大气的宁静度和明晰度的影响较大。在太阳的球面上，黑子的形态随着和日面中心的距离而变化，在东西边缘时，基本上成长条形。此外，日面上每天的黑子多少、大小、形态和位置都不一样。光斑在日面上的纬度分布，要比黑子活动区宽大约±15度。如果投影像过大，日面像迅速减

对广大的天文爱好者来说，太阳表面的一些剧烈活动是最理想的观测项目。从日地关系角度看，也是最有实际意义的观测课题。对于进行普及教育来说，也是最生动、最有趣味的内容之一。

（1）观测的特点

充分掌握太阳观测的特点，是做好观测的重要前提。太阳观测具有以下一些基本特点；太阳光极强——这就要求通过望远镜观测时，目视或照相观测都需有严格的减光措施，千万注意保护自己和他人的眼睛。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射光的对比关系；镜筒系统不要长时间的对准太阳。太阳有大约30角分的视面，比较适宜用小型望远镜观测。观测时，日面上的活动现象受大气的宁静度和明晰度的影响较大。有观测室，也应注意室内外温差引起的剧烈气流变化对观测的影响；

没有观测室，也不要放在水泥地面上，最好是草地上，还应注意工厂的烟尘和雪融化时的气流都会严重地影响成像质量。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，并且是有跟踪设备的赤道装置。要长期的并且是连续的观测才有意义。另外，观测时还要注意，一天中，太阳的地平高度有变化，一年四季里，太阳的地平高度和出没方位也有变化。

（2）观测的内容

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、光斑和米粒组织。

太阳黑子：太阳黑子是光球上最明显的活动现象。它在日面上的形成、发展、消失、形态、多少、大小和分布等，都有一定的规律。我们所见到的黑子只是太阳向着地球这半球面上的情况。随着太阳的自转，黑子在日面上每天从东往西移动大约13度。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，在纬度±45度以上区域，几乎没有见过黑子，在纬度±18度之间的区域，也很少见到黑子，而且南半球的黑子数往往比北半球多。一般说来，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，四周暗淡的区域叫半影。另外，大多数的黑子都成群出现，单一的黑子比较少见。黑子群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，东边的黑子叫后随黑子。常常是前导的黑子比后随的黑子大，出现得早，消失得迟。在太阳的球面上，黑子的形态随着和日面中心的距离而变化，在东西边缘时，基本上成长条形。每个黑子群的演化经历是各不相同的，有的仅存在几个小时，有的却长达十多个月。也就是说，可以观测好几个周期。一般的黑子都存在几天到几十天。此外，日面上每天的黑子多少、大小、形态和位置都不一样。有时，一天里的黑子状况也有变化。就太阳整体来说，太阳黑子有大约11年的周期变化。

光斑：在太阳光球层的东西边缘，往往能见到一些比光球背景要明亮的区域，这就是光斑。它的基本特征是：光斑常伴随着日面边缘的黑子一起出现。和黑子在一起的光斑，成明亮的纤维状围绕着黑子，其长轴方向大致垂直于太阳赤道。光斑要比黑子早出现几小时到几天，出现后，往往分成两部分，显现出类似黑子群的偶极特征。由于受太阳较差自转的影响，光斑发展到末期要分裂成许多小块，逐渐消失。光斑和黑子一样，也存在着11年的活动周期。光斑在日面上的纬度分布，要比黑子活动区宽大约±15度。光斑的平均寿命约2～3天。光斑的平均亮度比光球背景明亮大约1／10，其可见度受天气影响很大。

米粒组织：是太阳光球层中气体对流引起的沸腾活动的结构。在天气非常理想的情况下，用较高倍率望远镜观测时，日面上似乎布满时隐时现的较明亮的米粒状结构，这就叫米粒组织。米粒组织的可见度受天气影响较大；它的视角直径只有1～3＂，需要有较高分辨本领的望远镜才能见到；其存在的寿命很短，平均只有几分钟，最长也只有15分钟左右；米粒组织的形状与所在日面的位置无关。米粒组织的多少和太阳11年活动周期无关。

上述这些光球现象的基本特征，都与观测有密切关系。观测者只有充分了解这些规律，才能获得满意的观测资料。

（3）观测方法

观测方法是为观测目的服务的。就上述的观测对象来说，每一个对象都可以有几种不同的观测方法。这里我们只着重介绍照相观测和投影观测。照相观测：大致可分两种类型——直接拍摄物镜的焦点像和在投影屏上拍摄目镜的局部放大像。

直接拍摄物镜的焦点像：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：这是物镜的焦点像，太阳光极其强烈，一定要事先加好减光装置；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；要搞清楚焦点像的直径有多大。一般说来，太阳焦点像的直径，是该望远镜物镜焦距的1／100；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；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；千万注意机身不要漏光。为此，应在机身前加一块挡光板，遮住太阳的直射光；通过照相机要监视日面的宁静度，以日面边缘最整齐时，定为最佳拍摄时间。

在投影屏上拍摄目镜的局部放大像：也就是使太阳光通过物镜和目镜，将太阳像投影在一个屏上，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：要在目镜出射光孔上加黄色滤光片；不要加拍摄焦点像时的减光装置；拍照时，仍然要以太阳投影像的边缘宁静度为依据；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。

投影观测：就是观测投影屏上的太阳像。往往有人以为这种太阳像不如直接目视观测。其实，这是真实的光球像，而且是放大像，光球上面的黑子、光斑和米粒组织均可见到。同时，可以几个人同时看，这是进行普及教育的最好观测手段。它和照相观测相比，也有不少优越之点，比如，投影观测可见到的一些小黑子，照机观测则很难照到。投影观测还需注意以下几点：投影屏处在主镜光轴投影处，并与光轴垂直；太阳投影像的大小要根据望远镜物镜口径、所用目镜焦距和目镜到屏的距离来决定。对一般小型天文望远镜来说，不要选用高倍目镜，太阳投影像直径在10厘米左右为宜。如果太小的话，小黑子不容易见到，甚至偶极黑子被看成单独的黑子。如果投影像过大，日面像迅速减暗，黑子和其他结构反而不清楚了。我国太阳联合观测的投影像直径为17．4厘米；根据太阳投影像的尺寸，做一张“太阳黑子观测”图；将图夹在屏上，使太阳投影像投在图纸的圆内并对整齐；观测前，要把图上的东西线和太阳视运动的方向调一致。调的方法是先选一个小而清楚的黑子，放在东西线上，把镜子固定住，如果该黑子一直在东西线上移动，说明方向一致，如果偏离了，就要调整图的位置。如果没有理想的黑子，用日面边缘与东西线外切法也可以；调好东西线以后，就要寻找黑子，边看边记黑子的群数、个数、形态和位置等；寻找完了，要把投影像和图对齐，开动跟踪装置；描绘黑子时，要用比较硬的铅笔，削的尖一点，先轻轻地勾出本影和半影的轮廓，点出小黑子的形态和位置；描绘时要迅速，手不要压屏，头不要碰目镜；一定要如实记录，绝不能凭空想象随意虚构，不可追求艺术效果；观测开始要记时刻，观测完了再看时刻，取整个观测时段的一半作为观测时刻；正规的太阳观测基本上选择在每天上午8点到9点之间。当然，如果这时天气不好，另找其他时间也可；要根据观测要求做好全面记录。

目前，正规的天文观测只重视黑子观测。关于光斑观测，可以在拍摄全日面像时获得，也可以在观测黑子投影图时，同时用红铅笔描出光斑轮廓。关于米粒组织，可以用照相方法观测，但往往不容易拍摄出好的结果。

解密太阳之谜：准确观测日面活动现象

相关推荐