望远镜观察太阳黑子

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1、望远镜的使用一、 实验目的一、1.了解TQ5赤道式天文望远镜的结构特点2.掌握TQ5赤道式天文望远镜的使用方法3.用望远镜观测月球地表形态及行星二、实验仪器TQ5赤道式天文望远镜三、 实验概述太阳是天文爱好者最热衷的观测项目之一，它明亮、视面大，是人类唯一能看到其表面活动的恒星。通过连续的观测，可以看到太阳黑子戏剧性的变化，很容易获得成果。在特定的时间，还可以观测到凌日、日食等天文奇观。在太阳的光球层上，有一些旋涡状状的气流，像是一个浅盘，中间下凹，看起来是黑色的，这些旋涡状气流就是太阳黑子。黑子本身并不黑，之所以看得黑是因为比起光球来，它的温度要低一、二千度，在更加明亮的光球衬托下，它就成为

2、看起来像是没有什么亮光的、暗黑的黑子了。太阳黑子是在太阳的光球层上发生的一种太阳活动，是太阳活动中最基本，最明显的活动现象。一般认为，太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡，温度大约为4500摄氏度。因为比太阳的光球层表面温度要低，所以看上去像一些深暗色的斑点。太阳黑子很少单独活动。常常成群出现。黑子是由本影和半影构成的，本影就是特别黑的部分，半影不太黑，是由许多纤维状纹理组成的，具有旋涡状结构。当大黑子群具有旋涡结构时，就预示着太阳上将有剧烈的变化。人类发现太阳黑子活动已经有几千年了。黑子的活动周期为11.2年。届时会对地球的磁场和各类电子产品和电器产生损害。在开始的4年左右时间里，

3、黑子不断产生，越来越多，活动加剧，在黑子数达到极大的那一年，称为太阳活动峰年。在随后的7年左右时间里，黑子活动逐渐减弱，黑子也越来越少，黑子数极小的那一年，称为太阳活动谷年。国际上规定，从1755年起算的黑子周期为第一周，然后顺序排列。1999年开始为第23周。天文学家对黑子的活动从1755年开始标号统计，规定太阳黑子的平均活动周期为11.2年。黑子最少的年份为一个周期的开始年，称作“太阳活动宁静年”，黑子最多的年份则称做“活动峰年”。 太阳是地球上光和热的源泉，它的一举一动，都会对地球产生各种各样的影响。黑子既然是太阳上物质的一种激烈的活动现象，所以对地球的影响很明显。当太阳上有大群黑子出现

4、的时候，地球上的指南针会乱抖动，不能正确地指示方向；平时很善于识别方向的信鸽会迷路；无线电通讯也会受到严重阻碍，甚至会突然中断一段时间，这些反常现象将会对飞机、轮船和人造卫星的安全航行、还有电视传真等等方面造成很大的威胁。黑子还会引起地球上气候的变化。100多年以前，一位瑞士的天文学家就发现，黑子多的时候地球上气候干燥，农业丰收；黑子少的时候气候潮湿，暴雨成灾。我国的著名科学家竺可桢也研究出来，凡是中国古代书上对黑子记载得多的世纪，也是中国范围内特别寒冷的冬天出现得多的世纪。还有人统计了一些地区降雨量的变化情况，发现这种变化也是每过11年重复一遍，很可能也跟黑子数目的增减有关系。研究地震的科学

5、工作者发现，太阳黑子数目增多的时候，地球上的地震也多。地震次数的多少，也有大约11年左右的周期性。更有趣的是，黑子数目的变化甚至还会影响到我们的身体，人体血液中白血球数目的变化也有11年的周期性。关于太阳黑子，中国有世界上最早的观测记录。大约在公元前140年前的淮南子一书中就有“日中有踆乌”的记述。现今世界公认的最早的太阳黑子记事，是载于汉书五行志中的河平元年（公元前28年）三月出现的太阳黑子：“河平元年三月己未，日出黄，有黑气大如钱，居日中央。”这一记录将黑子出现的时间与位置都叙述得详细清楚。欧洲关于太阳黑子纪事的最早时间是公元807年8月，当时还被误认为是水星凌日的现象，直到意大利天文学家

6、伽利略1660年发明天文望远镜后，才确认黑子是确实存在的。而在此之前，我国历史上已有关于黑子的101次记录，这些记录不但有时间，还有形状、大小、位置以及变化情况等等。难怪美国天文学家海尔会赞叹道：“中国古代观测天象，如此精勤，实属惊人。他们观测日斑，比西方早约2000年，历史上记载不绝，并且都很正确可信。”太阳黑子的数量有时多，有时少，其变化是很有规律的，一般每11年为一个周期。据记载，在11731976年的803年间，流行行大感冒发生过56次，且都出现在太阳黑子活动极大的年份。太阳黑子活动高峰时，心肌梗死的病人数量也激剧增加。为什么太阳黑子活动高峰时，患病人数会增加呢？原来黑子活动高峰时，太

7、阳会发射出大量的高能粒子流与X射线，并引起地球磁暴现象。它们破坏地球上空的大气层，使气候出现异常，致使地球上的微生物大量繁殖，为疾病流行创造了条件。另一个方面，太阳黑子频繁活动会引起生物体内物质发生强烈电离。例如紫外线剧增，会引起感冒病毒细胞中遗传因子变异，并发生突变性的遗传，产生一种感染力很强而人体对它却有免疫力的亚型流感病毒。这种病毒一但通过空气或水等媒介传播开去，就会酿成来势凶猛的流行性感冒。科学家们还发现，在太阳黑子活动极大的年份里，致病细菌的毒性会加剧，它们进入了体后能直接影响人体的生理、生化过程，也影响病程。所以，当黑子数量达高峰期时，要及早预防疾病的大流行。 月球是地球唯一的天然

8、卫星，月球表面有阴暗的部分和明亮的区域。早期天文学家在观察月球时，以为发暗的地区都有海水覆盖，因此把它们称为“海 ”。著名的有云海、湿海、静海等。而明亮的部分是山脉，那里层峦叠嶂，山脉纵横，到处都是星罗棋布的环形山。位于南极附近的贝利环形山直径295公里，可以把整个海南岛装进去。最深的山是牛顿环形山，深达8788米。除了环形山，月面上也有普通的山脉。高山和深谷叠现，别有一番风光。 月球背面的结构和正面差异较大。月海所占面积较少，而环形山则较多。地形凹凸不平，起伏悬殊最长和最短的月球半径都位于背面，有的地方比月球平均半径长4公里，有的地方则短5公里（如范德格拉夫洼地）。背面未发现“质量瘤”。背面

9、的月壳比正面厚，最厚处达150公里，而正面月壳厚度只有60公里左右。月球本身并不发光，只反射太阳光。月球亮度随日、月间角距离和地、月间距离的改变而变化。月面不是一个良好的反光体，它的平均反照率只有，其余93%均被月球吸收。月海的反照率更低，约为 6。月面高地和环形山的反照率为46%，看上去山地比月海明亮。四 实验仪器介绍天文望远镜是现在天文学最基本的仪器，也是广大天文普及工作者和天文爱好者必备的观测工具。广义上的望远镜不仅仅包括工作在可见光波段的光学望远镜，还包括射电，红外，紫外，X射线，甚至射线望远镜。我们探讨的只限于光学望远镜。1609年，伽利略制造出第一架望远镜，至今已有近四百年的历史，

10、其间经历了重大的飞跃，根据物镜的种类可以分为三种：1，折射望远镜折射望远镜的物镜由透镜或透镜组组成。早期物镜为单片结构，色差和球差严重，使得观看到的天体带有彩色的光斑。为了减少色差，人们拼命增大物镜的焦距，1673年，J.Hevelius制造了一架长达46米的望远镜，整个镜筒被吊装在一根30米高的桅杆上，需要多人用绳子拉着转动升降。惠更斯干脆将物镜和目镜分开，将物镜吊在百尺高杆上。直到19世纪末，人们发明了由两块折射率不同的玻璃分别制成凸透镜和凹透镜，再组合起来的复合消色差物镜，才使得这场长度竞赛得到终止。折射望远镜分为伽利略结构和开普勒结构两类。其中，伽利略结构历史最悠久，其目镜为凹透镜，能

11、直接成正立的像，但是视场小，一般为民用 的24倍的儿童玩具采用。而绝大多数常见的望远镜都是开普勒结构，其目镜一般是凸透镜或透镜组，由于其光路中有实象，可以安装测距或瞄准分划板用来测量距离。但是简单的开普勒结构所成的像是倒立的，需要在光路内加上正像系统使其正过来，常见的正像系统为普罗棱镜或屋脊棱镜，既起到正像的作用，又使光路折回，缩短整机长度。2，反射望远镜该类镜最早由牛顿发明，其物镜是凹面反射镜，没有色差，而且将凹面制成旋转抛物面即可消除球差。凹面上镀有反光膜，通常是铝。反射望远镜镜筒较短，而且易于制造更大的口径，所以现代大型天文望远镜几乎无一例外都是反射结构。反射望远镜的结构里，除了主物镜外

12、，还装有一或几个小的反射镜，用来改变光线方向便于安装目镜。由于反射式望远镜的入射光线仅在物镜表面反射，所以对光学玻璃的内部品质比折射镜要求低。1990年，美国在夏威夷建成当时口径最大的凯克望远镜，该镜采用了一些前所未有的新技术：1，主物镜由36面六边形薄镜片拼和而成，厚度仅为10厘米。2，有计算机控制背面直撑点，补偿重力引起的形变。3，能通过改变镜面曲率补偿大气扰动。这些新技术的采用使得人类发射太空望远镜的要求不再迫切。3，折反射望远镜。折反射望远镜的物镜是由折射镜和反射镜组合而成。主镜是球面反射镜，副镜是一个透镜，用来矫正主镜的像差。此类望远镜视场大，光力强，适合观测流星，彗星，以及巡天寻找

13、新天体。根据副镜的形状，折反射镜又可以分为施密特结构和马克苏托夫结构，前者视场大，像差小；后者易于制造。天文望远镜的基本光学性能参数：1、 口径：物镜的有效口径，在理论上决定望远镜的性能。口径越大，聚光本领越强，分辨率越高，可用放大倍数越大；2、 集光力：聚光本领，望远镜接收光量与肉眼接收光量的比值。人的瞳孔在完全开放时，直径约7mm。70mm口径的望远镜，集光力是702/72=100倍。3、 分辨率：望远镜分辨影像细节的能力。分辨率主要和口径有关；4、 望远镜倍率：物镜焦距与目镜焦距的比值，望远镜倍率=物镜焦距/目镜焦距。例如TQ5-153JDS物镜焦距1200mm,配PL6.3mm目镜时，

14、即：1200/6.3=190倍，若加2.3倍倍增镜时再乘以2.3,即438倍。放大倍数变大，看到的影像也越大。放大倍数不是越大越好，最大可用放大倍数一般不大于口径毫米数的1.5倍，超过最大有效放大倍数后，影像变大清晰度却不会再增加。视场：在一定的距离内观察到的范围的大小。视场越大，观测的范围就越宽广越舒适，视场一般用千米处视界（可观测的宽度）和换算角度来表示。一般来讲，口径越大，倍率越低，视场就越大，但目镜组的设计也很关键。望远镜的口径：望远镜物镜的直径。口径越大，观测视场、亮度就越大，有利于暗弱光线下的观测，但口径越大体积就越大，一般可根据需要在21-50mm之间选用。市场上如今出现了一些口

15、径为70mm、80mm、100mm的大口径望远镜产品，体积很大且配有支架。 出瞳直径：影像通过望远镜后在目镜上形成的光斑大小，出瞳直径可以用下面公式得出：物镜口镜/倍率=出瞳直径。由此可以看出物镜越大、倍数越低，出瞳直径就越大。从理论上讲，出瞳直径越大，所观测到的景物就越明亮，有利于暗弱光线下的观测。那么出瞳直径是否越大越好呢？也不是，因为在白天人眼的瞳孔很小，只有2-3毫米左右，这时如果使用出瞳直径大的如4毫米以上的，则大部分有用光线并不被人眼吸收，反而浪费。人眼只有在黄昏或黑暗时瞳孔才能达到7毫米左右。因此一般情况下使用选择出瞳直径不低于3毫米的就可以了。所以出瞳直径又称为黄昏因数。 寻星

16、镜：为了能迅速地搜寻到待观测的天体，常常在主镜旁附设一个小型天文望远镜，它就是寻星镜。寻星镜一股都采用折射式的天文望远镜。它的光轴与主镜光轴平行，这样才能保持与主镜的目标一致。寻星镜物镜的口径一般在510厘米左右，视场在3050左右，放大率在720倍左右，焦平面处装有供定标用的分划板。观测时，先用寻星镜找到待观测的天体，将该天体调到视场中央。这时，该天体自然也就在主镜视场中央。 导星镜：主镜在进行较长时间的观测时，为了及时纠正跟踪中的误差，在主镜旁设置的一个起监视作用的望远镜。TQ5赤道式天文望远镜出厂前光路都已经调试好，使用时只需对寻星镜的角度做调试，寻星镜调试的目的是让寻星镜与主镜光轴完全

17、平行，能看到同一目标，利用寻星镜较大的视场为主镜寻找目标。先将主镜对准一个远距离目标。并将目标置于主镜视场最中心的位置，然后调节寻星镜座套的小螺钉，使主镜中的目标于置于寻星镜十字丝中心，左右旋转寻星镜目镜可以调焦，使成像清晰。经过上面的校准后，松开赤纬轴紧固钮和赤经轴紧固钮，使望远镜能大范围的移动并可指向任何方向，重新调节望远镜，使之对准需要观察的星体。如果在晚上观察月亮，调节寻星镜，使月球在十字丝的中心，拧紧所有的紧固钮，然后主镜直接对准月球，将赤纬赤经钮拧紧，然后调节调焦手轮，月面就会渐渐清晰。改变目镜或加减倍增镜可以改变放大倍率，选配倍率时要根据目标需要及观测条件合理配置，过高的倍率会使

18、成像变暗，视场变小，同时大气抖动也被放大而影响成像。一般对星云等暗天体观测用中倍或低倍即可；若对月球局部、大行星等细节观察时候可以配到中高倍，若在无光污染、大气稳定宁静、空气透明度高的野外，可以尝试配到最高倍率。四、 实验内容1.观测太阳黑子 由于太阳光线很强，若直接用望远镜进行目视观测很容易造成失明，必须使用合格的物镜端滤镜，不能使用目镜端的太阳滤镜。不要让望远镜处于无人看守的状态，尤其是附近有小孩时；养成习惯，每次眼睛凑向目镜时都在心里问一下自己：“安全吗？”。（1）将太阳滤镜装好后再拿到阳光处，不要取下寻星镜的镜头盖，最好除掉寻星镜；（2）寻找太阳时可根据太阳在镜筒上的投影情况，当镜筒对

19、准太阳时镜筒四周都看不到照亮的部分；（3）经过上述粗调后，使用低倍目镜，轻轻来回移动镜筒，很快就能让太阳出现在目镜中。确定方向：将太阳调到正中心，约一分钟后再看，此时太阳已偏离视野中心，假想一条射线从视野中心到太阳中心，这条射线指向的就是“西”；（4）如果可视度较好，可使用高倍目镜对大的黑子进行仔细的观测。 2.观测月球及木星（1） 架设好整部望远镜，主镜筒装上低倍率目镜。（2） 将寻星镜和主镜筒光轴调整平行，再将主镜对准一个约两公里远的目标。并将目标置于主镜视场最中心的位置，然后调节寻星镜座套的小螺钉，使主镜中的目标于置于寻星镜十字丝中心，左右旋转寻星镜目镜可以调焦，使成像清晰。（3） 更换不同目镜，再次调焦，以不同倍率仔细观察星体。 五、数据处理1.太阳黑子在白纸或方格纸上划一个120mm的圆圈，标上东南西北及太阳的自转轴。将观测到的黑子记录记录在圆圈里，注意方向。标上日期，时间，观测者，设备等信息。并写出自己的观测感受。2.写出观测月球及木星的实验感受。