日食的觀測 --- 八. 日食的目視觀測法

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日食的觀測 --- 八. 日食的目視觀測法

文章 Wongsir » 週六 24 1月, 2004 21:32

(八)日食的目視觀測法
  日食發生時,我們不但可以將它視為一種自然界現象來欣賞。同時亦可以利用一些簡單的儀器進行有意義的觀測,提供有用的資料予天文學家來研究太陽。
  對一般天文愛好者來說,觀測日食的方法主要可分為目視觀測法和攝影觀測法。現在先討論目視觀測法,攝影法則留侍下一章觀測儀器

1.肉眼(NAKED EYES)
人類的一雙眼睛就是最佳的一種觀測器具,它就好像一對天然的望遠鏡,不少著名的彗星、新星和變星,都是由沒有儀器輔助的肉眼來發現的。觀測日食時,要好好利用這一對天然望遠鏡進行一些有意義的記錄。
注意:肉眼觀測時也不要疏忽安全減光措施。

2.雙筒鏡 ( BINOCULARS )
  即是一般人用來觀看風景或賽馬的雙筒望遠鏡。這類雙筒鏡體積小,攜帶方便,視野廣闊而容易尋找目標,且價格也不太昂貴,一百元左右便有一部,而且款式繁多,可因個人愛好而選擇購買。通常市面出售的多為7X50或8X30兩類。7X表示放大倍率為7倍,50表示鏡頭口徑為50毫米。鏡頭愈大,聚光力愈強,而分解力愈高。
  購買雙筒鏡時,最好選擇一些重量較輕的,拿起來用時,手部也不會太易感到疲倦。不過更好的使用方法,是將它固定在三腳架上,特別是使用倍率較高的雙筒鏡,如15倍以上的,這樣不但可免卻「舉手之勞」且影像也不會因把持不定而盪來盪去。使人感到暈眩,失卻觀看的樂趣。

3.折射望遠鏡 ( REFRACTOR )
  即一般人所謂的單筒鏡,這類望遠鏡主要由一組凸透鏡做物鏡,遠處景物的光線透過物鏡成像於焦點,再由目鏡放大影像。一般天文用的折射鏡所看到的影像是倒置的,這在天文觀測上是沒有多大關係的。
  市面上出售的折射望遠鏡種類很多,價格有平有貴,而倍率由數十倍至二三百倍不等。一些正式的天文望遠鏡大多附有赤道儀腳座,而配件也較齊全,赤道儀可以很方便地追蹤太陽或星體的移動,配上攝影機,更可以進行追蹤拍攝,價格當然會比一些普通的折射鏡較貴,質素較好的一般在二千元左右。常見的口徑有50毫米和76毫米等幾種。
  至於另一種反射式望遠鏡 ( REFLECTOR ) 亦可用來觀看日食,但效果並不太理想,這由於反射的鏡筒是開放式,並不是密封的,經陽光照射,管內空氣受熱而形成擾動性氣流,影響成像質素,觀測的準確度便會大大減弱了,所以不介紹大家用反射鏡來觀看日食。
  再提醒各位天文同好,無論你用什麼儀器來觀看日食,緊記要做好一切的安全減光措施,以避免意外的發生。

日食的觀測項目
(一)日偏食的觀測項目
接觸計時
  測定月球邊緣和太陽邊緣的兩次接觸時間(即初虧和復圓),這是一項要求準確度較高的工作,時間記錄相差不可超過0.1分。

方法:
1.將太陽影像移至望遠鏡視場中央,並留意日輪最先和月輪接觸的一邊。
2.當發覺日輪邊緣有變暗跡象時,表示初虧開始,應立即記錄時間。
3.其後的復圓時刻,也同樣記錄下來。

注意事項
1.初虧發生的時間往往和預報的是有所出入,或遲或早,因此在預報時間之前20分鐘便應開始觀測。
2.使用的放大倍率不宜太高,否則日像便會充塞了整個視場,無法預知月輪的來臨,同時如無追蹤設備,日像很快便會走出視場,增添了計時工作的困難。通常30至50倍最適當。
3.用不同方法觀看太陽,其影像的方位亦有所不同(圖八),所以事前必須弄清楚,以免錯過初虧的時刻。
4.記時方面,最好能有兩人分工,一人負責觀測,一人負責計時。當觀測者發覺接觸時即叫「到」,計時員應立即看時間並記下。由於這項計時工作需求的準確度非常之高,所以事先應將鐘錶和電台報時信號對準,或於事後較對亦可。假若沒有人幫忙,可以利用錄音機。方法是一面開著收音機,播出報時信號,一面開著錄音機進行錄音,當觀察到接觸時,便立刻發出適當的信號,這樣便可和時間信號同時錄下。
5.事先或事後在地圖上或測量部門,找出觀測地點的經緯度和海拔高度,以作參考比較用。
  假若有一小組人都是做接觸計時的工作,那麼可試用不同儀器和方法來觀測,如用肉眼,折射鏡或雙筒鏡,來直接觀看或用投影法觀看,於事後比較各種不同觀測法所得的結果。或者亦可以用同一口徑和焦距的望遠鏡,但用不同倍率來觀看,然後將結果表示在圖格紙上作比較。

黑子接觸計時
  這是一個比較有趣的項目。主要是測定月球邊緣橫過一顆黑子或一組黑子群所需的時間,然後利用已知的月球在軌道運行的速度,便可以很準確找得該顆黑子或黑子群的直徑。

方法
1.將要測定的某顆黑子或黑子群作中倍或高倍放大(80至150倍,視乎黑子的大小,並將其置於視場中央稍偏側之處,騰出較多空間予月輪進入視場的一方,以便能及早察覺月輪的來臨。
2.當月球邊緣接觸到黑子的半影時,按下秒錶開始計時,當月邊緣接觸到黑子的另一方半影時,按停秒錶,這樣便可找得月輪橫過黑子所需的時間。

注意事項
1.觀測前必須在天文年表查閱有關日食的資料,以確定月球在日面所走經的路向,並在路向內挑選所測定的黑子或黑子群(如路向內無黑子,當然無法觀測)。不可胡亂在日面上隨意選擇黑子,以免枯候數小時,也毫無所獲。
2.月邊緣必須沿著黑子的橫中央線或接近橫中央線走過,得出來的結果才會準確,否則便會誤差甚大。

月球邊緣的觀測
  日食時,不少天文同好都曾察覺到在月球橫過日面時,其邊緣並不是完整的,而是有些很微小,不規則的凹陷或突出現象,這種現象是否由於月球山脈的投影或環形山的坑穴所引致,又或是地球大氣擾動所引起的幻象,仍是議論紛紛。因此在觀測時,不妨特別留意月球的邊緣,並將所見到的現象利用位置角量度法記錄下來(位置角:以北為0度作起點,然後向東,南至西量度)
,或者可用繪圖法記錄。

(二)日全食的觀測項目
接觸計時
  主要是測定月球邊緣和太陽邊緣的四次接觸時間(即初虧食既、生光和復圓)。
  方法可參考「日偏食接觸計時」一章。食既時刻是以倍利珠消失的一剎那為準,而生光則以倍利珠重現的剎那間。
再提醒大家在測定食既和生光時刻仍然要做好適當的減光措施,尤以在生光時,要確定裝上了濾光鏡或其它減光設備後,才可以觀測。
圖檔
樹底下太陽影像的觀測
  在平常的日子裡,我們可以看見陽光透過樹葉間隙投到地面的影像是一群圓形的光斑,日食時,圓形的光斑出現缺口,逐漸顯示日食的整個過程,但和天上的見食方向相反。如果在地上鋪一張白紙,則影像更明顯易見。除了樹葉外,要是我們將手指稍為張開,也可以將娥眉狀的太陽像投影在地上。

影帶的觀測
在全食之前或之後的一二分鐘,有時我們可能在地面上(或潔白的牆上)見到一些暗淡的影帶,像波浪般移動。這些影帶各闊2至5厘米,相距5至25厘米,移動的速度可達每秒1.5至3米,而移動的方向則視乎觀測者在食帶內的位置,與及是否在全食之前或之後觀看。這些影帶的成因,與及不同的移動方向,仍未有一個被一致公認的解釋,所以每次的日全食,都有不少的天文同好,在全食帶的沿線分別進行觀測,將結果彙集給予科學家來分析。
  觀測影帶,最好是選擇一些斜坡,而觀測者可以從斜坡俯瞰一片廣闊的平地,避免選擇近海邊的地點。觀測時,可在地上放置一張白紙或白布,令影帶更明顯,記錄影帶出現的時間,移動的方向與及速度等。如果是一小組人,最好能分散在幾個不同的地點觀測,然後比較大家的結果。

月影的觀測
  當全食的時刻愈來愈接近時,月球的陰影從西邊的天空徐徐而來,如夜幕低垂,從天而降(如有薄雲,更為明顯),其景況就好像暴風雨來臨前夕一樣,令人驚心動魄。
  月影的形態變化很大,視乎大氣的情況,與及觀測者在食帶中心線的位置。
  觀測月影,最好選擇在高山之上,以能俯瞰四周的地平線為佳,並記錄下列的現象:
1.在全食前的甚麼時刻可看見月影出現?
2.什麼方向見到月影?
3.同附近未有受月影遮蓋的天空比較,月影的暗黑程度,形態和顏色是怎麼樣?
4.月影何時消失?消失的情況是怎樣?
5.觀測時的天氣情況。(包括:有雲的天空佔全天的比例,雲的移動方向,雲的種類,雲的顏色與及天空的顏色等)。
  要是你有繪畫的興趣,亦可將所見情況用顏色筆繪下來。

全食時暗黑度的測定
  全食時天空變得昏暗,較光亮的恆星和行星紛紛出現。但是每一次全食,其暗黑的程度都有不同,可用肉眼來測定能見最暗的星是多少等。不過每一個人對黑暗的適應程度都有不同,因而觀測的結果亦比較主觀,所以最好還是用攝影方法(下一章會談到)
  另一個可行的觀測方法就是「文字可閱讀度」。用一張白紙,上面寫上了五行字句,字體的大小不一,第一行字體約高9毫米,第二行5毫米,第三行3毫米,第四行2.5毫米,第五行2毫米。觀測時,將寫上字句的白紙放在離觀測者一米遠的位置,如果第五行的字句仍然可讀,將咭紙再放後一米遠,如此類推。

全食時消光觀測
  全食愈來愈迫近時,大地四週慢慢地佈上黃昏的光彩,全食到時,光彩慢慢消失。究竟消光的情況和平日黃昏所見的是否一樣呢?
  先預備一些紅、橙、黃、綠、藍,紫、黑和白等彩色紙張(大小約20X20厘米)。在日食前幾天的黃昏先作幾次的練習,把色紙放在幾米遠的地方進行觀察,記下那種顏色隨著夜幕的降臨最先消失?那種顏色最後才看不見?全食時,再把這種觀察重覆一遍,看看全食時的消光過程和平日黃昏有什麼不同?

日冕的觀測
  平日難得一見的日冕,只有在全食時才露出其柔和的面貌來,而每次全食時所見的形狀,大小和結構都有不同。在黑子活動盛期時,其形狀大約呈圓盤形,黑子活動衰期時,其形狀則不大規則,且沿赤道區可見射光 ( STREAMER ),在兩極附近地區更可見一些呈扇形結構物。
  觀測時,可以預先估計日冕的伸展程度,並利用繪圖方法,將其結構和伸展闊度的變化記錄下來。

氣象變化觀測
  全食時,陽光突然消失,氣溫迅速下降,氣壓和風向都改變。觀測時,可利用溫度計、氣壓計、風速風向計等簡單儀器,記錄在日全食過程中所引起的溫度、氣壓、風向風速和濕度等的變化情況。

自然界生態的觀測
  全食來臨時,白晝瞬間變為黑夜,這樣突然而來的巨大轉變,對自然界的生物是有一定的影響。
  試觀察烏類、昆蟲,家禽和家畜等是否有任何異常的表現,植物的花和葉之形態是否有任何改變呢?

其它的觀測項目
  日全食時,除了上列的觀測項目外,還可以利用這珍貴的時刻,進行彗星,內行星和小行星的搜索,水星的觀測及近日彗星的觀測(如果適逢有這樣機會)等等。

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