错过这一次 再等三百年

 

——2009722日常州地区日全食及观测安全公益宣传

 

 

2009年7月22日将发生本世纪最壮观的日全食。

此次日食,全食带从印度西部开始,经过尼泊尔东南部、孟加拉国西北部、锡金、不丹、缅甸最北部、中国、太平洋西部,在大洋洲东部结束。亚洲南部、大洋洲东部、太平洋西部可见偏食。(如图1)。

中国境内的西藏南部、云南西北部、四川中部、重庆市、湖北南部、湖南北部、河南南部、江西北部、安徽南部、江苏南部、浙江北部、上海市等12个省、直辖市和自治区可见日全食,其余地区可以看到日偏食。

日全食区域经过的主要城市有成都、重庆、武汉、合肥、常州、无锡、苏州、杭州、嘉兴、上海、宁波、舟山等。(如图2)。

由于这次日全食经过人口密集、交通便利、经济发达的长江中下游地区,因此这次日全食将成为长江流域近百年来,全世界观赏的日全食中持续时间最久 、观赏人数最多、景象最为壮观的一次日全食。距离上次1575年5月10日明朝万历年间发生的日全食,时间跨度达434年之久(见附图1),而下一次要到300年之后的2309年6月9日才能看到 (见附图2)。


1. 2009722日全球日全食带


2. 2009722日中国境内人口相对稠密地区日全食带

一、日食产生的原理及发生日全食的五个时段

日食是当月球处于太阳和地球之间且在一条直线时产生的自然现象。每个月月球都会有一次运行到太阳和地球之间,但为什么我们不是每个月都可以看到日食呢?发生日食还必须同时满足两个条件:一、必须是在朔日(农历初一),这时月球运行到太阳和地球之间;二、由于月球运行的轨道(白道)和太阳运行的轨道(黄道)并不在一个平面上,白道面和黄道面之间平均有5°9′的夹角,因此,只有在朔日,且太阳和月球都移到白道和黄道的交点附近,太阳离交点处有一定的角度(日食限)时,才会发生日食。一般每年至少两次,最多五次。每世纪平均发生日全食67.2次,环食82.2次,偏食82.5次,全环食4.8次,总共236.7次。全食的机会约占30%。因为全食带很窄,重复出现在地球上同一地区可能性很小,这种概率仅为每360 年一次,加上全食大多数又发生在海上和荒无人烟的野外,所以一旦有好的观测机会和地点,就会惊动全球。

日食发生时,月球在阳光下造成的影子实际上是一个影锥,这个影锥称为本影,本影周围的庞大区域叫做半影。当月球位于近地点时,月球的本影锥长度比月地之间距离要长,如果处在本影区域则会看到日全食。在半影区域只能看到不同程度的日偏食,且距离本影越近,所见偏食的部分越大。当月球处于远地点时,月球的本影达不到地面,本影的延长部分称为伪本影,此时月球的视直径略小于太阳,太阳边缘的光球仍然可见,形成环绕在月球阴影周围的亮环,这就是日环食。(如图3


3. 日食形成原理和类型

一次日全食的过程包括以下五个时段:初亏、食既、食甚、生光、复圆。

初亏 由于太阳在黄道上自西向东运行,每天运行约59′ ;月球在白道上也是自西向东运行,每天运行约13°10′。它们运行的方向基本一致,但月球运行的速度快得多。所以,日食总是以月面的东边缘遮掩日面的西边缘开始,被遮部分总是逐渐向东推移。当月球的东边缘刚接触到太阳圆面的瞬间(即月面的东边缘与日面的西边缘相外切的时刻),称为初亏。初亏也就是日食过程开始的时刻。

食既 从初亏开始,就是偏食阶段了。月球继续往东运行,太阳圆面被月球遮掩的部分逐渐增大,阳光的强度与热度显著下降。当月面的东边缘与日面的东边缘相内切时,称为食既。此时整个太阳圆面被遮住。因此,食既也就是日全食开始的时刻。

在太阳将要被月球完全挡住时,在日面的东边缘会突然出现一弧像钻石似的光芒,好像钻石戒指上引人注目的闪耀光芒,这就是“钻石环”,同时在瞬间形成一串发光的亮点,像一串光辉夺目的珍珠高高地悬挂在漆黑的天空中,这种现象叫做“珍珠食”。英国天文学家弗朗西斯•贝利(F. Baily)最早描述了这种现象,因此又称为“贝利珠”。这是由于月球表面有许多崎岖不平的山峰,当阳光照射到月球边缘时,就形成了“贝利珠”现象。“贝利珠”出现的时间很短,通常只有1-2秒钟,紧接着太阳光就全部被遮盖住而发生日全食了。

日全食时,大地变得昏暗,天空亮度大概与满月之夜相当。这时天空中就会出现一番奇妙的景色:明亮的星星出来了,在原来太阳所在的位置上,只见暗黑的月轮,在它的周围呈现出一圈美丽的、淡红色的光辉,这就是太阳的色球层;在色球层的外面还弥漫着一片银白色或淡蓝色的光芒,这就是太阳外层的大气——日冕;在淡红色色球的某些地区,还可以看到一些向外喷发的像火焰似的云雾,这就是日珥。日珥是色球层上部气体猛烈运动所形成的气体“喷泉”。色球层、日珥、日冕都是太阳外层大气的组成部分,平时只有专业器材才能观测到,但在日全食时,这些现象可以用肉眼及普通仪器观测到。

食甚 食既以后,月轮继续东移,当月轮中心和日面中心相距最接近或者重合时,就达到食甚。对日偏食来说,食甚是太阳被月球遮去最多的时刻。

生光 月球继续往东移动,当月面的西边缘和日面的西边缘相内切的瞬间,称为生光,它是日全食结束的时刻。在生光即将发生之前,“钻石环”(“贝利珠”)的现象又会出现在太阳的西边缘,但也是很快就会消失。接着在太阳西边缘又射出一线刺眼的光芒,原来在日全食时可以看到的色球层、日珥、日冕等现象迅速隐没在阳光之中,星星也消失了,阳光重新普照大地。

复圆 生光之后,月面继续移离日面,太阳被遮蔽的部分逐渐减少,当月面的西边缘与日面的东边缘相切的刹那,称为复圆。这时太阳又呈现出圆盘形状,整个日全食过程就宣告结束了。

二、常州地区本次日全食的范围和时长

地球上能看到日全食的范围一般仅有几十公里宽,而笔者算过,7月22日长江中下游地区的日全食南北跨度达二百四十七公里。通常,在全食带的某个地点所看到的日全食时间只有两、三分钟,即使全食带经过赤道附近地区,日全食最长的极限时间也就是7分31秒。本次日全食时段最长的地点是北纬24°13′,东经144°07′的太平洋上,时间长达6分38.7秒(图1中GE位置)。

常州周边城市日全食时段的具体长度为:合肥2分00秒、 芜湖3分19秒、马鞍山5分钟、无锡3分49秒、苏州4分57秒、湖州5分46秒、嘉兴5分52秒、杭州5分21秒、上海5分04秒 、绍兴4分33秒、宁波4分23秒、舟山5分03秒。

由于常州地区地理经度跨度达1°04′,纬度达55′,因此常州各地看到日食的时间和日全食的时长也不尽相同。奔牛镇、薛家镇、新桥镇、龙虎塘镇以南的区域都可以看到日全食,以北地区只能看到日偏食,且越往南看到全食的时间越长(见图4图5)。例如溧阳平桥日食初亏时间是8点20分52秒,食既9点32分56秒,生光9点38分11秒,复圆10点57分10秒,其中日全食的时长达5分15秒常州市政府附近日食初亏时间是8点21分46.7秒,食既9点35分45.1秒,生光9点37分17.6秒,复圆10点57分57.3秒,其中全食时长仅有1分32.5秒。平均来说,日食从开始(初亏)到结束(复圆)持续时间是两个半小时。

常州部分公共场所日食各阶段发生时刻请看下表1


4. 2009722日常州市区及周边日全食带


5. 2009722日常州市区及周边日全食带

 1. 常州部分地区日食各阶段的发生时刻

 

日 食 各 阶 段 发 生 时 刻

全食时长

食分

人民公园

82144.5

93527.7

93629.3

93731.4

105756.3

2m03.7s

1.003

红梅公园

82145.6

93527.5

93631.1

93735.3

105758.8

2m07.7s

1.003

东坡公园

82145.8

93526.0

93631.6

93737.7

105759.6

2m11.7s

1.003

青枫公园

82140.5

93528.1

93622.6

93717.8

105747.6

1m49.7s

1.002

新闸公园

82142.1

93544.0

93623.9

93704.2

105748.0

1m20.2s

1.001

五星公园

82141.7

93524.9

93624.9

93725.4

105750.8

2m00.5s

1.002

荆川公园

82141.9

93519.6

93625.8

93732.6

105752.6

2m13.1s

1.003

中天钢铁体育馆

82143.4

93523.1

93627.9

93733.2

105754.9

2m10.2s

1.003

新区公园

82147.7

93556.8

93631.9

93707.5

105757.5

1m10.7s

1.001

翠竹公园

82147.6

93536.7

93633.4

93730.7

105800.9

1m54.0s

1.002

中华恐龙园

82148.9

93558.4

93633.8

93709.6

105759.8

1m11.2s

1.001

市政府前市民广场

82146.6

93544.2

93631.0

93718.4

105757.2

1m34.3s

1.001

82145.8

93532.3

93630.8

93729.9

105757.9

1m57.5s

1.002

圩塘轮渡

82152.3 - 93632.8 - 105752.8 - 0.996

常州机场

82135.8 - 93610.8 - 105728.6 - 0.998

文化宫

82145.0

93527.9

93630.0

93732.6

105757.3

2m04.7s

1.003

淹城动物园

82140.5

93459.2

93626.4

93754.3

105756.0

2m55.1s

1.005

武进市民广场

82141.6

93500.8

93628.1

93756.1

105758.1

2m55.4s

1.005

工业学院武进校区

82141.9

93458.1

93629.1

93800.8

105759.9

3m02.7s

1.006

工业学院白云校区

82140.9

93522.7

93623.8

93725.5

105749.7

2m02.8s

1.002

江苏技术师范学院

82141.1

93512.7

93625.4

93738.7

105752.8

2m26.0s

1.004

常州工学院

82145.9

93542.2

93630.2

93718.6

105756.2

1m36.3s

1.002

常工院新北校区

82148.2

93550.6

93633.1

93716.1

105759.4

1m25.5s

1.001

河海大学常州校区

82147.6

93551.3

93632.1

93713.4

105758.1

1m22.2s

1.001

金坛市

82116.7

93430.1

93549.9

93710.3

105710.3

2m40.1s

1.004

溧阳市

82101.2

93321.4

93539.2

93757.9

105709.7

4m36.5s

1.016

天目湖

82054.4

93303.9

93533.3

93803.6

105706.7

4m59.7s

1.020
日食食分

        食分:食甚时日面被遮掩的程度。

偏食食分:食甚时日面被遮去部分和日面直径之比。
                    以太阳直径作为1,如果食分为0.5,就表示太阳的直径被遮去了一半。

全食食分:月面直径与日面直径之比。全食食分>1

日全食的五个时段

初亏——月轮东缘与日轮西缘相外切,即日食开始;

食既——月轮东缘与日轮东缘想内切,即日全食开始;

食甚——月轮中心与日轮中心最接近或重合;

生光——月轮西缘与日轮西缘相内切,即日全食结束;

复圆——月轮西缘与日轮东缘相外切,日食结束。

 

三、日食发生的景象

日全食发生时,因为有太阳光地带的热空气与没有太阳光地带的冷空气会形成对流天气,因此太阳完全被遮挡之后,气温会迅速下降,并且通常会伴有阵风。

“阳光灿烂的白天,光焰无际的日轮突然被一团黑影逐渐蚕食、吞噬,当黑影把日轮完全挡住的时候,天空的亮度骤然下降一百万倍。原来的太阳位置,变成暗黑的圆面,刹那间天地一片漆黑。这时夜幕降临,繁星点点,昏暗的大地上凉风习习,气温陡降,鸡犬惊叫着逃回自己的巢穴,有时空中的飞鸟会失去自控而坠落到地上…”

“…太阳无助地失去光泽的一瞬间,日冕突现出来,闪烁着神秘的光辉。…这和日落完全不同,它实在太阴沉可怕。苍白的日冕继续静静地闪烁,静寂得令人毛骨悚然,…感觉似乎过了几个小时——时间被湮灭了,当一丝最微弱的阳光,薄如清雾、细如针尖的阳光,重新出现时,在它变成甚至最纤细的弯弯弧光之前,整个日冕和天空中的所有颜色都褪去了,和平常一样有些杂乱的微弱曙光又出现了…”(摘自Mabel Loomis Todd的《日冕与王冠》,剑桥大学出版社,1898年)

上面的描述是目睹日全食者写下的,这是日全食时常常发生的景象。

对广大公众来说,最值得观赏和拍摄的日全食景观有四项:

(1)贝利珠:在日全食“食既”和“生光”两个瞬间,月轮刚好与日轮相切,从月球环形山的缝隙中漏出来的日光,像一串闪光的珍珠,十分美丽壮观。由于这一现象最早由英国的业余天文学家弗朗西斯•贝利(F. Baily)在1836年首先作出科学解释,故名“贝利珠”。

(2)色球层和日珥:全食时,在“黑太阳”周围细细的一圈红色,这是色球层:从有的地方喷吐着火焰状的日珥,在放大的照片上清晰可见。

(3)日冕:全食太阳周围的银珠色光芒,扩展到两三倍太阳范围,就是太阳的高层大气——日冕,在太阳活动极大期和极小期形态各异,是比较容易和拍得最多的对象。

(4)日全食时天空显露出来的星空背景,特别是离“黑太阳”不远的水星和金星,在大白天突然显现,给人神奇美丽之感。即使是日偏食,也常常引起天文爱好者的兴趣。
 

四、 需要采取的预案

由于常州地区日食将持续两个半小时,全食持续的最长时间达五分半钟,期间可能出现气温骤降、风向变化、风速加大、天光突变、云层变化等难以预料的情况。对公路、民航、水运、生活、工作、旅游都会造成一定的影响,因此,提前通知各单位做好各种必要的预案,让广大民众做好心理上和观测器材上的必要的准备就非常有必要。

1、通过电视、电台、报纸等媒体提前告知“天黑”时间

日全食期间正是上班高峰,为避免交通事故,应该提前做好开启路灯等照明设备的准备工作,有关方面可提前广播告知市民天空将在什么时间变黑,并让正在行驶的车辆停驶,在完全变黑的几分钟里,让司机及乘客欣赏日全食的壮观景象。

从近10年来世界各地及我国发生日全食情况来看,每当日全食来临,最佳观测点城市将会聚集大量的来自全球的“天文发烧友”和游客,如1999年的欧洲日全食,德国慕尼黑这个100万人口的城市接纳的游客达到40万人以上。

这次日全食发生在工作日上班早高峰期,交通压力较大,在日全食时间较长、超过4分钟的嘉兴、杭州、上海等地有人甚至建议政府部门,为保证市民及旅客出行便利,缓解交通状况,建议当天上午放假半天,调整为周六上午正常上班。

2、对可能危及安全的单位部门、公共场所进行提醒

由于日全食期间可能会出现气温骤降、风向变化、风速加大、天光突变、云层变化等难以预料的情况,因此对汽车驾驶员、高空作业人员、户外旅游人员、电力架设维修、矿山爆破、民用射击场等需要提前几天通过电视、广播、报纸等媒体进行通知提示。对监狱、银行、ATM机、厂矿企业的出入等,要提前通知公安、相关管理部门做好安全防范。市政管理部门在日全食即将发生前提前打开路灯。公路、航运、民航等交通管理部门要做好相应预案,以避免由此带来的交通安全问题。对医院、旅馆、饭店、影剧院、娱乐场、运动场、展览馆、厂矿企业等人员聚集地区要进行提示,做好相应的安全防范措施。

五、科学观测日偏食,避免眼睛受到伤害

首先需要说明的是,到目前为止科学家还没有发现日食对人类有什么直接的身体上的危害,但日食在人的心理上总会产生或多或少的影响。几千年来,地球上的所有文明都把日食看成是灾难的预兆,每次发生日食都会引起社会的骚乱。尽管没有日食直接伤害人类的证据,但是心理上的恐慌与焦虑同样会伤害到身体的健康。

此次日食持续的时间长达两小时三十几分钟,大多数时段是偏食,如果不采用科学的观看方法,将会对人的眼睛造成伤害,在以往的日全食观赏中,发生这种伤害的事件很多,有的还造成了观看者永久失明。

1999年8月11日发生了横跨欧亚大陆的20世纪最后一次日全食,由于观看日全食眼睛受到伤害的报道很多。德国一名18岁的少年在观看日全食后,第二天就丧失了80%的视觉。另一名在柏林观日食后视觉受损的土耳其女孩,入院接受治疗后,她的医生说:“病人根本就无法再阅读,她的视网膜已经受到影响。” 在巴塞罗那,一名男子在直视太阳30秒后,丧失了30%的视觉。在奥地利,有大约100人入院接受治疗,有几个人的情况较为严重。在英国,一位权威的眼科医生说,许多观日食者由于担心自己患上眼疾而纷纷拨电话到医院,申诉他们在观看日食后,视线模糊而且所看到的影象被歪曲,等等…。

         
              图6 . 日食损伤的视网膜           图7. 无保护措施下看日食导致此人眼睛变瞎

图6是一位男子的眼睛背面图像,此男子 在观看日偏食时没有保护眼睛,造成视网膜损伤。图片上的弧形疤痕是典型的日食灼伤,此人眼睛的视力下降到了20/30 (6/9)。

图7显示一位年轻男子左眼极为严重的日食视网膜病,此男子在没有保护措施下看日偏食,导致视网膜严重损伤。在其视网膜中心有几处新月牙烧伤处,这些损伤导致此眼已经失明,他的视力下降到了20/400 (6/120)。

这是为什么呢?我们都有这样的体会,用眼睛直接看太阳,即使只看短短的一刹那,眼睛就会受到很大的刺激,好久好久眼前一片昏暗,很难恢复过来。这是因为眼睛里有一个水晶体,它起到聚光作用。对准太阳看,太阳的热能被它聚集在眼底的视网膜上,就会觉得刺眼 ,如果再经过一些时间,视网膜就会被烧伤 。在发生日食时,大部分时间都是偏食,月亮只挡住了一部分太阳,剩下的部分仍然和平常一样,所以直接用眼睛看的时间长了,就会对眼睛造成伤害。所以,绝对不能用裸眼直接看日食

好多媒体上说,在观看日食时,普通公众可采取简易方法进行观看, 比如将玻璃片用墨汁涂黑或用烟熏黑,或寻找过度曝光的X光片、曝光的底片并将其对折成两层或多层,或电焊遮光罩上黑色玻璃片,或电脑软盘内的黑色软片等。这些方法或许能在视觉上减弱日光,但是,由于人眼可通过380nm1400nm的辐射,没有保护或不足够保护地观测太阳,可使视网膜灼伤。强烈的可见光(主要是蓝光和紫光)照射视网膜,可引起光锥和视杆细胞内产生一连串复杂的化学反应,从而损伤视觉细胞,减低它们的感光度,极端的情况可以破坏细胞,使受害者出现暂时失明或永久失明的情况。较长波长的可见光(红光)及红外线,会被视网膜以下的黑色素所吸收,并转化成热量灼伤被照射的组织。由于视网膜上没有痛觉神经,所以光照造成的视网膜损伤时是不会产生痛楚的,通常会在受损后数小时才会出现症状!即便将要失明,人眼对此却毫无察觉,因此用这些方法观看日食是极其危险的

如果直接看太阳,必须使用专门设计用于保护眼镜的滤镜。大多数这样的滤镜表面镀有一层薄薄的铬合金或铝合金,以减弱可见光和近红外的辐射。一个安全的太阳滤镜应透过小于0.003%(密度4.5)的可见光(380nm到780nm)和不超过0.5%(密度2.3)的近红外辐射(780nm到1400nm)图8给出了部分太阳滤镜的光谱灵敏度。密度(Density)值越小,安全性越低。

图8. 各种滤镜光谱响应(光谱灵敏度)的比较

因此,在用裸眼观赏日食时最好佩戴专业的光学仪器生产厂家制作的“日食观赏镜”(如9) 。由于专业的“日食观赏镜”采用双层或多层铝膜覆盖的聚酯塑料高密复合膜,不同于一般镀膜,并经过各种波长的光线透过率检测,可以有效降低太阳辐射光对人眼的伤害。在手头没有“日食观赏镜”时, 最简单而又安全的方法是用“小孔成像”的方法来观看日食 ,如果感到光线过强,可以将投影的屏幕选用稍暗且粗糙的布或者泥土地面或者滴有黑墨水的水盆。而如果想得到较大的太阳像,屏幕距离小孔可大于1米(如10)。 如果想拍出艺术效果,还可以钻出多个小孔,形成比如心形、梅花形等需要的图案,还可将处于偏食阶段的太阳的像投在手上、衣服上或别的物品上,这样可 看到或拍摄到不同一般的效果。

      
      图
9. 佩戴专业的太阳观测镜观看日食                        图10. 小孔成像法观看日食

对少年儿童来说,可能“日食观赏镜”太大,不适合儿童配戴。然而,年龄大点的孩子则希望使用“日食观赏镜”直接观看日食。 由于我们不能确保小孩子能很安分地用“日食观赏镜”来观看日食,建议那些10岁以下的孩子最好在电视上看日食,因为届时中央电视台要多路联合直播日食实况。 所有年龄小的孩子最好都能在大人的监督下观看日食。

很多天文爱好者在观看日全食时会选择望远镜,但是,在日偏食阶段,通过双筒镜、望远镜、甚至相机取景器直接观测都非常危险目视和摄影都一定要使用专用的滤光片(如图11如果有寻星镜,也不要忘记加上减光片!但无论如何,绝对不能把眼睛凑近望远镜直接去看太阳,否则观测者的视网膜会被迅速灼伤!另外,在不观测时,也不要将望远镜或相机指向太阳,并须盖上镜头盖,否则镜头会过分吸热,导致爆裂!

日全食发生的几分钟时间里,请把“日食观赏镜”拿开,直接用眼睛看全食后的太阳,可以看到平时不能看到的太阳大气的最外层——日冕层(见图3中的全食图片)。如果用照相机或望远镜拍照,这时也要将前面的滤光膜拿掉。


图11. 用望远镜观测、拍摄日食要加装专用滤光片

六、日食的拍摄

大多数的公众是第一次看过日全食,也没有天文摄影经验,如何在日食发生时用手中现有的相机拍摄到精美的图片,是广大公众非常关心的问题之一。

这里需要强调的是,除了全食阶段可用相机直接进行拍照,其它阶段一定要在镜头前加上滤光膜(巴德膜)。巴德膜的密度有3.85.0的两种,5.0的密度大,滤光比较多,适合做目视观测滤光片,密度为3.8的适合作为照相机的滤光片。

(1)普通数码相机

偏食阶段:预先手动对焦到无穷远,用密度为3.8的巴德膜自制一个能套住镜头的套筒,将套筒套在镜头上拍摄即可。

全食阶段:由于每次日全食后,全食的特写照片很多,且大都差不多,无多少特色,由于此次日全食食甚时常州市区的太阳仰角是54.6°左右,角度很好,因此建议大家多拍些带有常州地方特色的广角照片,如带有文笔塔、天宁塔、科教城标志、所在小区标志和人物等加上全食太阳的照片。全食阶段, 一定要取掉镜头前的滤光膜打开闪光灯,如果要将人物也拍摄进去,人物要距离远一点。

(2)专业相机

对于使用专业相机拍照的朋友来说,肯定对自己的相机有了相当的了解和具有一定的拍摄经验,在这里毋庸赘述,相关参数请参考下面的表格和图片。SLR胶片相机可预先选定好位置、角度,用在同一底片上连续曝光的方法拍摄,比如每隔10分钟曝光一次。SLR数码相机可每隔10分钟拍摄一次,后期进行PS处理即可。(示例图如图13图14

镜头焦距与视场、底片上太阳直径对应关系

镜头焦距

135画幅视场

太阳直径

20mm

69°× 103°

0.2 mm

24mm

57°× 86°

0.2 mm

28mm

49°× 74°

0.3 mm

35mm

39°× 59°

0.3 mm

50mm

28°× 41°

0.5 mm

105mm

13.1°× 19.6°

1.0 mm

135mm

10.2°× 15.3°

1.3 mm

200mm

6.9°× 10.3°

1.9 mm

300mm

4.6°× 6.9°

2.8 mm

400mm

3.4°× 5.2°

3.7 mm

500mm

2.8°× 4.1°

4.7 mm

800mm

1.7°× 2.6°

7.4 mm

1000mm

1.4°× 2.1°

9.3 mm

1500mm

0.9°× 1.4°

14.0 mm

1800mm

0.8°× 1.1°

16.7 mm

2000mm

0.7°× 1.0°

18.6 mm

镜头焦距和图片尺寸见12

 
图12. 日全食阶段镜头焦距和图片尺寸

日食摄影曝光表

太阳—全日面或偏食

(通过全口径滤光片)

感光度(ISO

f/

32

64

100

200

400

2.8

1/1000

1/2000

1/4000

-

-

4

1/500

1/1000

1/2000

1/4000

-

5.6

1/250

1/500

1/1000

1/2000

1/4000

8

1/125

1/250

1/500

1/1000

1/2000

11

1/60

1/125

1/250

1/500

1/1000

16

1/30

1/60

1/125

1/250

1/500

22

1/15

1/30

1/60

1/125

1/250

32

1/8

1/15

1/30

1/60

1/125

 

日全食—日珥

(无滤光片)

感光度(ISO

f/

32

64

100

200

400

2.8

1/500

1/1000

1/2000

1/4000

-

4

1/250

1/500

1/1000

1/2000

1/4000

5.6

1/125

1/250

1/500

1/1000

1/2000

8

1/60

1/125

1/250

1/500

1/1000

11

1/30

1/60

1/125

1/250

1/500

16

1/15

1/30

1/60

1/125

1/250

22

1/8

1/15

1/30

1/60

1/125

32

1/4

1/8

1/15

1/30

1/60

 

日全食—内冕

(无滤光片)

感光度(ISO

f/

32

64

100

200

400

2.8

1/125

1/250

1/500

1/1000

1/2000

4

1/60

1/125

1/250

1/500

1/1000

5.6

1/30

1/60

1/125

1/250

1/500

8

1/15

1/30

1/60

1/125

1/250

11

1/8

1/15

1/30

1/60

1/125

16

1/4

1/8

1/15

1/30

1/60

22

1/2

1/4

1/8

1/15

1/30

32

1″

1/2

1/4

1/8

1/15

 

日全食—外冕

(无滤光片)

感光度(ISO

f/

32

64

100

200

400

2.8

1/2

1/4

1/8

1/15

1/30

4

1″

1/2

1/4

1/8

1/15

5.6

2″

1″

1/2

1/4

1/8

8

4″

2″

1″

1/2

1/4

11

8″

4″

2″

1″

1/2

16

15″

8″

4″

2″

1″

22

30″

15″

8″

4″

2″

32

60″

30″

15″

8″

4″

 

        图13. 日食各阶段广角摄影                               图14. 日食各阶段广角摄影

七、日食观测的科学意义

1、近代以来的日食观测

日食可以为研究太阳以及其与地球的关系提供良好的机会。太阳边缘的色球层比太阳本体亮度低上万倍,而延伸到好几个太阳半径之外的稀薄而高温的日冕层比太阳本体的亮度要低百万倍,只有在太阳本体被挡住的情况下才能观测到它们,因此,日全食提供了良好的观测机遇。特别是在射电天文学中,早期的射电望远镜分辨率不高,只能对太阳进行射电总强度观测,无法进行成像观测(即二维观测),而日全食发生时月面逐步遮盖及撤离太阳表面的过程,提供了对太阳射电强度二维分布进行高分辨研究的机会。

1868年8月18日,法国天文学家皮埃尔·詹森(Pierre Janssen)在印度观测日全食时,发现日珥的两条钠线旁边还有一条橙黄色明线(波长为587.562nm),不知是什么元素的谱线。在当时化学家所列的表格中,没有一种物质有这条黄线,不能和已知的地球上任何元素的谱线相对应。于是他把这种元素命名为氦(helium,来自希腊太阳神Helios)。27年后的1895年,一位名叫威廉·雷姆塞(William Ramsay)的英国化学家终于在地球上也找到了氦。

1919年,亚瑟·爱丁顿(Arthur Eddington)爵士通过日全食期间观测太阳背后恒星光线的弯曲证明了爱因斯坦的广义相对论,被传为科学史上的佳话。1980年2月16日昆明日全食时,天文学家拍摄的闪光谱在479.9~584.5nm波段证认出1042条色球谱线,其中有72条是以前未见发表的。

另外,天文学家还不断通过日全食机会寻找水星轨道以内的行星和太阳附近的彗星。不过,如今随着空间探测器不断飞上太空,比如著名的SOHO(Solar and Heliospheric Observatory,太阳和日球层天文台),已经可以对太阳本体实现多波段观测,而且可以通过日冕仪对太阳日冕层进行监测,从而全面了解太阳活动。而且,目前国际上已发射多个太阳空间望远镜(solar space telescope, SST),可以避开大气层的干扰全方位多波段研究太阳物理学。

2、现今的日食观测项目

目前,由专业人士进行的日全食观测项目主要有以下几种:

传统的太阳检测项目:如光学和射电太阳的观测。射电观测一定程度上是由于国内天文资金不足,没有可以供太阳射电成像观测的设备所造成的,只能仍旧借助日全食这一高分辨机会。由于日全食发生时会出现许多平时难以出现的、甚至不可能出现的特殊现象。这正是对太阳本身、对外层的日冕、色球等太阳大气进行探测的特别有利的时机。日全食时,还可能对地球环境例如气温、地磁场、电离层、无线电通信等发生一定的影响,因此也为研究日地效应或日地关系提供了特别的机会。近150多年来,每当什么地方发生日全食时,科学家们总是要动用各种手段,甚至研制特殊的观测设备,进行种种的科学探测和研究。

日全食发生时,太阳的辐射会逐渐减弱,从而对无线电通讯产生影响,因此利用无线电通联的方法,就能测定太阳辐射对地球电离层的影响,研究电离层日食效应和电离层的性质。据悉,1997年有人曾在漠河进行实验,实验结果显示,日食开始时,以漠河为圆心,500公里以内的无线电信号全部消失。

地球物理观测:包括日照观测(日全食过程中地面接收太阳辐射的变化)、大气和电离层观测(利用阳光消失的过程深入了解大气层和电离层机制)、地磁和重力异常监测。

天文观测技术发展到今天,传统日全食监测的项目大多已经被更为先进的设备和技术手段所取代,仍在进行的观测(如大气和电离层观测)也有被取代的趋势,相关的技术亦在不断更新中。

人类离不开阳光,整个生物圈的生存也依赖于太阳。科学家对日全食的观测必将扩大人类对太阳的了解,把握太阳对地球的影响,从而更好地利用太阳,使其造福人间。

作为普通爱好者来讲,不用考虑那么多,毕竟,壮观而惊心动魄的日全食是人间难得的美景。

八、日食宣传的意义

天文现象对于大多数人来说,仅限于在学校里高中地理书上学到的书面理论,虽然现在的小学自然、中学物理课程也加入了少量的天文学知识,但都偏向于浅显的介绍,并没有加入观测方面的实践,很少有人能亲眼观测到天象。还有一些人则迷信,对各种天象既敬畏又困惑。2009年7月22日长江中下游地区将发生300年一遇的日全食天文现象,通过了解日食形成原理和类型,可让广大中小学生和市民届时能及时、安全地观测到这一几百年一遇的天文奇观。常州作为长江中下游主要工业城市之一,通过日全食观测和国际天文年的系列活动可向公众展示常州的 科教风尚和城市风貌。总的说来,这次日全食观测活动和国际天文年活动有以下意义:

(1)有利于公众以科学观点和科学方法来理解天象;

(2)能够极大地激发公众的科学兴趣;

(3)日全食的科普可使社会的正常运转不受干扰;

(4)科学地观看日全食可避免发生因未采取安全观测方法造成的眼睛灼伤、甚至失明事件的发生;

(5)通过天文普及活动,向公众展示常州的科教风尚和城市风貌。

 

附图1 附图2
1575年5月10日长江中下游地区日全食范围
(两条蓝线间为全食带)
2309年6月9日长江中下游地区日全食范围
(两条蓝线间为全食带)

相关网站:

http://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEmono/TSE2009/TSE2009.html

http://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEhelp/safety2.html

http://xjubier.free.fr/en/site_pages/Solar_Eclipses.html

2009国际天文年网站(国际官网)

2009国际天文年网站(中国官网)

2009国际天文年官方博客

2009国际天文年预告片(中文版)

2009年“世纪日全食”精彩预告片

江苏工业学院天文社成功举办路边天文观测活动

二零零九年五月