太阳黑子观测

                                                                                             太阳黑子观测

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。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。

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。也更希望更多的业余天文爱好者加入我们的行列里。