实验四太阳黑子的投影观测及数据处理
太阳黑子周期性活动的观测与分析
太阳黑子周期性活动的观测与分析太阳是我们的源头之一，它的活动对地球和我们的生活有着重大的影响。
在太阳的表面，存在着黑子这样的暗淡区域，它们是太阳磁场活动的标志。
这些黑子的周期性活动引起了科学家们的兴趣，他们通过观测和分析，揭示了黑子周期活动的规律。
太阳黑子最早被意大利天文学家加利略发现于17世纪初期。
久而久之，人们发现黑子并不是随机出现的，而是有一定的周期性。
最著名的黑子周期是11年的周期。
这一周期是基于太阳的自转周期，由于太阳内部不同层的自转速度差异，形成了磁场的扭曲和重新排列，从而引起黑子的形成和消失。
为了进行黑子活动的观测和分析，科学家们借助了现代的光学观测设备。
其中最重要的是太阳望远镜和光谱仪。
太阳望远镜可以提供高分辨率的太阳图像，光谱仪可以分析太阳黑子的磁场特性。
通过这些设备，科学家们可以实时观测太阳黑子的位置、形态和磁场分布。
观测黑子活动的数据对于研究太阳活动周期以及太阳爆发的预测具有重要意义。
通过连续观测黑子的位置和数目变化，科学家们可以追踪黑子的进程，并根据历史数据分析得出黑子的周期变化趋势。
例如，近年来观测数据显示，太阳黑子活动的周期在不断缩短。
这意味着太阳活动变得更加频繁，可能会增加太阳风暴和太阳耀斑的出现次数，对地球造成更大的影响。
除了周期性活动，太阳黑子还存在着一定的空间分布规律。
观测数据表明，在太阳的赤道区域，黑子更容易出现，而在太阳的极地区域，则寥寥无几。
这可能是由于太阳的磁场在赤道附近更强烈，导致黑子的形成更容易。
黑子的位置变化还可以帮助科学家们更好地了解太阳内部的物理过程和磁场结构。
通过对太阳黑子周期性活动的观测和分析，科学家们为我们提供了更好地了解太阳活动和地球环境的方法。
这些研究不仅有助于预测太阳风暴和太阳耀斑的出现，也有助于我们更好地保护卫星、电网和其他对太阳活动敏感的技术设备。
此外，通过研究太阳活动周期，还可以更好地了解地球气候变化和天气系统的关联。
总结起来，太阳黑子周期性活动的观测与分析对于我们了解太阳活动和地球环境至关重要。
黑子观测方法
东庆忠郭雷（诸城市青少年科技创新教育实践基地，山东潍坊262200）直接用肉眼观察太阳是十分危险的，因为太阳不只放射出强烈的可见光，它的光球层也放射出红外线与紫外光。
眼睛的晶状体会把太阳光聚焦到视网膜上，产生的很高的温度对眼睛的视网膜迅速造成伤害。
人类的眼睛只要直视太阳几秒，就可以造成永久伤害，甚至眼盲。
如果用望远镜观察太阳，即使有减光设施，如果操作不当，也会存在巨大的潜在危险。
一、日食观测肉眼观察太阳仅可以在日全食发生时，太阳完全被月球遮挡的极短时间内进行；甚至当在日全食的偏食阶段，即使太阳的表面被遮掩了99%，剩下的1％也足以对眼睛造成伤害。
日偏食及日环食就绝对不能在没有采取特别安全范措施的情况下观看。
因此不要试图用肉眼观察任何日偏食或环食阶段的太阳。
1.最安全和最廉价的观测方法是投影法。
最简单的是用两块硬纸板做一个投影器。
在其中一块硬纸板钻出一个小孔，并在另一块硬纸板上贴上一张白色纸。
将两块纸板一前一后并使纸板的平面垂直于阳光，有孔的一块放在前面使太阳光穿过小孔投射在白纸上，调整两块纸板的距离来获得合适大小和亮度的太阳像。
2.利用凸透镜（老花眼镜片也可）成像原理来观测太阳。
为了减低太阳像的刺眼亮度，要把太阳像投射在半透明的描图纸上，或调整镜片和纸板的距离来获得合适大小和亮度的太阳像（操作时注意不要让太阳光线聚焦在皮肤和衣服上，否则会被灼伤皮肤）。
3.望远镜或双筒望远镜同样能够进行投影。
搜索太阳时绝对不要透过望远镜的接目镜或寻星镜来观看，而是把望远镜对准太阳上下左右移动使它在地面上的阴影最小，此时太阳应该已经在望远镜的视野中了。
下一步是调整硬纸板至望远镜目镜的距离直到获得清晰的太阳像为止，其大小可以调整硬纸板的前后距离来改变。
此外，口径较大的天文望远镜都是很贵重的精密仪器，太阳的强大热力会伤害仪器的精密光学部分，应避免这样使用；小口径和双筒望远镜在没有太阳虑光镜的情况下可以采用此法，但也应该采取适当的减光措施。
实验四 黑体实验
实验四 黑体辐射引言一 实验目的1.学会使用黑体辐射实验装置。
2.验证普朗克辐射定律，斯忒藩—波尔兹曼定律，维恩位移定律。
二 实验原理1． 黑体辐射任何物体，只要其温度在绝对零度以上，就向周围发射辐射，这称为温度辐射。
黑体是一种完全的温度辐射体，即，任何非黑体所发射的辐射通量都小于同温度下的黑体发射的辐射通量；并且，非黑体的辐射能力不仅与温度有关，而且与表面的材料的性质有关。
而黑体的辐射能力则仅与温度有关。
黑体的辐射亮度在各个方向都相同，即黑体是一个完全的余弦辐射体。
辐射能力小于黑体，但辐射的光谱分布与黑体相同的温度辐射体称为灰体。
2．黑体辐射定律2.1 黑体辐射的光谱分布——普朗克辐射定律 此定律用光谱辐射度表示，其形式为：)1(251-=TC e C E T λλλ（瓦特/米3）式中：第一辐射常数C1 = 3.74×10-16 （瓦×米2）第二辐射常数C2 = 1.4398⨯10-2（米×开尔文） 黑体光谱辐射亮度由下式给出：πλλTT E L =（瓦特/米3.球面角）图2-1 给出了T L λ随波长变化的图形。
图2-1 黑体的频谱亮度随波长的变化。
每一条曲线上都标出黑体的绝对温度。
与诸曲线的最大值相交的对角直线表示维恩位移定律。
2.2 黑体的积分辐射——斯忒藩—波尔兹曼定律此定律用辐射度表示为，4T d E E T T δλλ==⎰∞（瓦特/米2）T 为黑体的绝对温度，δ为斯忒藩—波尔兹曼常数，δ =2345152ch k π= 5.670×10-8 （瓦/米2.开尔文4）其中，k 为波尔兹曼常数，h 为普朗克常数，c 为光速。
由于黑体辐射是各向通行的，所以其辐射亮度与辐射度有关系πTE L =于是，斯忒藩—波尔兹曼定律也可以用辐射亮度表示为4TL πδ=（瓦特/米2.球面度）2.3 维恩位移定律光谱亮度的最大值的波长max λ与它的绝对温度T 成反比，T A =max λA 为常数，A=2.896⨯10-3 （米×开尔文）max L =4.10T5⨯10-6（瓦特/米3.球面角.开尔文5）随温度的升高，绝对黑体光谱亮度的最大值的波长向短波方向移动。
太阳黑子的观测方法与技术进展
太阳黑子的观测方法与技术进展太阳黑子是太阳表面上的一种暗斑，由于温度较周围区域低，因而呈现为黑色。
太阳黑子对太阳活动和太阳物理学的研究起着重要的作用。
本文将介绍太阳黑子的观测方法以及目前的技术进展。
一、光学观测方法1. 白光观测白光观测是最早、最常见的观测方法之一。
它通过望远镜观测太阳的白光图像，用于探测太阳黑子的数量、大小、形状等信息。
在白光观测中，常用的方法有：（1）裸眼观测：适用于日食期间，利用特殊的滤光片观测太阳黑子。
（2）阳光直视：通过带有特殊滤光片的望远镜观测太阳黑子。
2. 高分辨率观测随着观测技术的进步，高分辨率观测成为太阳黑子观测的新趋势。
高分辨率观测可以提供更详细的太阳黑子形态和演化信息。
常用的高分辨率观测方法有：（1）自适应光学：利用自适应光学系统消除大气湍流对观测的影响，提高观测分辨率。
（2）干涉成像：通过不同望远镜之间的光学干涉，获取高分辨率的太阳黑子图像。
二、射电观测方法1. 微波观测微波观测对太阳黑子的研究提供了独特的视角。
微波观测可以用来测量太阳黑子的磁场、温度等物理参数，从而进一步了解太阳黑子的性质和演化过程。
2. 射电频率观测射电频率观测是一种新兴的太阳黑子观测方法。
射电频率观测可以通过测量太阳黑子辐射的射电频谱，研究太阳黑子的磁场强度、温度分布等参数，为太阳活动的预测和预警提供重要依据。
三、空间观测方法1. 太阳卫星观测太阳卫星是一种非常有力的观测工具。
通过搭载在太阳卫星上的仪器，可以对太阳黑子进行连续、全天候的观测。
太阳卫星观测不受大气湍流等因素的影响，能够提供高质量的太阳黑子数据，为太阳物理学的研究做出重要贡献。
2. 太阳地影观测太阳地影观测是一种间接观测太阳黑子的方法。
当太阳黑子经过地球前方时，会产生一系列日食现象。
通过观测和记录日食现象，可以推断太阳黑子的性质和演化情况。
在太阳黑子的观测过程中，随着技术的不断进步，观测仪器也在不断升级。
尤其是在图像处理、数据分析等方面的技术革新，为太阳黑子的观测和研究提供了更多的可能性。
太阳下影子的变化实验记录
太阳下影子的变化实验记录
实验目的:
观察影子的变化规律,了解太阳在天空中的运动轨迹。
实验材料:
一根直立棍子、白色粉笔、水泥地面。
实验步骤:
1. 选择一个晴朗的日子进行实验。
2. 在上午8点,将棍子直立插在水泥地面上。
3. 用粉笔在棍子影子边缘画出影子的形状和位置。
4. 每隔1小时重复第3步,直到下午5点结束。
实验结果:
1. 上午8点,影子较长,朝向西北方向。
2. 随着时间推移,影子逐渐缩短并开始转向正西方向。
3. 中午12点时,影子最短,呈现一条直线。
4. 下午时分,影子开始延长,方向转向西南。
5. 傍晚5点,影子最长,方向近乎正西。
结论:
1. 影子的长度和方向每小时都在发生变化。
2. 影子的变化规律与太阳在天空中的运行轨迹密切相关。
3. 太阳由东方升起,中天时在正西方向,之后继续向西运行,最后落在西
方地平线。
通过这个简单的实验,我们可以直观地观察到太阳在天空中的运行轨迹,加深对日地运动的理解。
太阳黑子的观测研究
太阳黑子的观测研究过去一年，太阳活动高峰期已经结束。
在接下来的数年里，太阳活动将开始逐渐减弱。
而太阳黑子的观测研究将成为这一时期研究太阳活动的关键。
太阳黑子指的是太阳表面出现的黑色斑点。
这一现象是因为太阳磁场的活动而产生的。
当磁场强度较强时，太阳表面会出现黑色斑点，这些斑点周围的区域则较为亮白。
这是因为黑子区域相对较冷，而周围较为亮白的区域则相对较热。
太阳黑子的观测研究可以帮助我们更好地了解太阳的活动规律。
尽管太阳活动已经被广泛研究了数十年，但太阳黑子的研究仍然有很多重要的发现。
例如，太阳黑子的形成和演化过程是一个研究热点。
众所周知，太阳磁场是一个非常复杂的系统，其中包括许多互相作用的磁场线。
当这些线交错在一起时，就会形成太阳黑子。
但黑子的具体形成机制仍然不清楚。
目前，科学家正在通过观测和建立物理模型等方法来揭示这一过程。
此外，太阳黑子的出现与太阳爆发的关系也备受关注。
研究发现，太阳黑子的活动与太阳爆发风暴等强烈现象密切相关。
通过观测太阳黑子的大小、数量和位置等信息，可以预测太阳是否可能爆发运动，并提前作出决策以避免对地球的影响。
太阳黑子观测的实验手段也在不断改进。
目前，最常用的方法是利用太阳望远镜观测太阳表面的黑子。
这些观测设备使用高分辨率和高灵敏度的探测器来观察太阳表面的变化。
此外，人们还可以通过太阳射电波的观测来研究太阳黑子。
尽管太阳黑子的研究仍然面临许多挑战，但科学家们相信，随着技术的不断进步和观测手段的不断完善，我们将能够更深入地了解太阳活动的规律，更好地预测太阳爆发的运动，保障人类社会的安全和利益。
与太阳实验报告
与太阳实验报告太阳，这个庞大而神秘的天体，一直以来都吸引着人类的好奇心。
它是地球生命存在的基础，也是我们生活中的重要能源来源。
为了更深入地了解太阳，我进行了一项与太阳相关的实验，并在此向大家报告我的研究成果。
实验的目的是探究太阳对地球的影响以及太阳活动的周期性变化。
我选择了观测太阳黑子的数量和太阳耀斑的频率，这两个参数被认为是太阳活动的重要指标。
首先，我收集了过去几十年来的太阳黑子数据，并进行了统计分析。
太阳黑子是太阳表面的一种暗斑，它们的数量与太阳的活跃程度有关。
通过分析数据，我发现太阳黑子的数量呈现出明显的周期性变化。
这个周期大约是11年左右，也就是说，太阳活动的高峰期和低谷期大约每隔11年出现一次。
这个发现与科学家们的研究结果一致，进一步证实了太阳活动具有周期性变化的特点。
接着，我关注了太阳耀斑的频率。
太阳耀斑是太阳表面发生的一种强烈的爆发现象，释放出巨大的能量。
通过观测太阳耀斑的频率，我们可以了解到太阳活动的强度和变化。
我对过去几十年来的太阳耀斑数据进行了分析，发现太阳耀斑的频率也呈现出周期性变化。
与太阳黑子一样，太阳耀斑的频率也大约每隔11年出现一个高峰期和低谷期。
这进一步证实了太阳活动的周期性特征。
除了周期性变化，太阳活动还具有一些其他的特征。
例如，太阳黑子和太阳耀斑的数量在每个周期内并不是恒定的，而是呈现出波动的趋势。
有时候，太阳黑子和太阳耀斑的数量会远远超过平均水平，形成活跃的太阳期；而有时候，它们的数量会比平均水平低很多，形成较为平静的太阳期。
这种波动性使得太阳活动变得更加复杂和有趣。
太阳活动对地球有着重要的影响。
太阳黑子和太阳耀斑释放出的能量和物质会对地球的大气层和磁场产生影响，引发地球磁暴和极光等现象。
此外，太阳活动的变化还与地球的气候变化有一定的关联。
科学家们通过研究太阳活动与地球气候的关系，为我们理解和应对气候变化提供了重要的参考。
通过这次实验，我对太阳活动的周期性变化和影响有了更深入的了解。
简明天文学教程 4天文观测
2019/12/21
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CSJ
行星辨认及其视运动
• 行星表面状况
– 行星同月亮一样也有相位变化，即有圆有缺。地外行星还 有光环和卫星。这些都要在行星观测中加以留心观察。
• 行星视运动
– 把一个行星在一年中 的不同时刻的视位置 标在星图上，就得到 了行星的视运动路线。
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③ 填写报表：“流星细目表”和“流星目视观测报 表”。
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CSJ
五、实验练习
完成附录中所提供的配 套练习，并按规范格式 提交实验报告。
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CSJ
流星雨的目视观测
操作步骤
①选择合适的场地和天空状况。视野方向在一定的 时间段内要固定，天区要高，如果多人一起观测， 可以分工各自负责一块天区。
②发现流星时，观测者要判断流星数目和颜色、流 星的归属（群内流星和群外流星）、流星的速度 （快、中、慢），同时报告星等、方位和仰角等特 征。
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太阳黑子的观测
1
测前准备
操作步骤
2
描画黑子
3
计算黑子相对数
①仔细观看黑子的形状和轮廓，先用硬铅笔描画黑 子半影轮廓，再用软铅笔描画黑子本影轮廓。
②先画西边的黑子，后画东边的；先描大黑子群， 后描小黑子群和单个黑子。
③记下描画前和描画后的时刻，以中间值作为观测 时刻。
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金星凌日的观测
操作步骤
①选择合适的天文望远镜。 ②在入凌前，要把表对得尽量准确，同时尽可能地调整好极轴， 画好东西线，把太阳上的可见黑子描绘于观测用纸上。 ③注视日面的东边缘，当看到圆滑的边缘像日食似的刚开始缺 了一小块时，意味着凌日开始了，应立刻记下时间，这便是入 凌时的外切时间，并描出外切的位置。同样，也应记下入凌时 的内切时间，描出内切的位置。这时，整个金星已经完全处于 太阳的圆面之内了。从此刻开始，要每隔半个小时把金星的位 置在同一张观测用纸上描绘一遍，在每个位置上注明时间，直 至即将出凌。 ④整理数据。
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实验四太阳黑子的投影观测及数据处理
一、实验目的
1．学会太阳黑子的投影观测方法；
2．运用太阳球面坐标，黑子分型的相关知识，学会太阳黑子相应观测资料的处理方法。
二、实验仪器
天文望远镜附加太阳投影屏，黑子观测记录纸（图sh8.1）
图sh8.1 太阳黑子观测记录纸
三、太阳黑子的投影观测
1.调节望远镜，使日面像进入视场，并按要求把记录纸固定在投影屏上，启动转仪钟。
2.调节望远镜的焦距，使日像最清楚。
3.调整投影屏的前后位置，使日像大小与观测纪录纸上的圆重合。
4.确定投影屏上图纸的东西方向：调节望远镜，使其沿着赤经方向来回微动（利用电钮控制或手动操作杆来实现），移动图纸，使黑子移动方向严格地沿图纸上的东西方向运动（即图纸上的东西线与黑子移动方向一致）。
5.描绘黑子时要求大小、形状尽可能一致，位置要准确。
下笔时先轻描，当位置准确后再重描。
先描本影，后描半影，全部描完后，再检查一遍，看是否有遗漏的小黑子
6.最后记录观测完毕的时刻及观测当日世界时为0h的P(日轴方位角)、B0（日面中心纬度）、L0(日面中心经度)和天气状况等。
四、观测资料的分析处理
太阳黑子投影观测每日数据处理包括:
1. 黑子的分群、编号、分型
一般相距极近的几个黑子常属于同一群，但也有仅一个单独黑子而相当于一群的。
分群后，按黑子出现的先后，自西向东给黑子群一个顺序编号(见图sh8.2)。
依据黑子的分型标
准，给各群黑子标出所属类型。
图sh8.2 太阳黑子图
黑子群有好几种分类方法，在此我们只介绍苏黎世天文台的分类法：按照黑子群演变的发展阶段分为A、B、C、D、E、F、G、H、J共9种类型。
演变到最强是E型和F型，演变到最末是J型。
A类：没有半影的黑子或者单极小黑子群。
B类：没有半影的双极黑子群。
C类：同B类相似，但其中一个主要黑子有半影。
D类：双极群，两个主要黑子都有半影，其中一个黑子是简单结构；东西方向延伸不小于10°。
E类：大的双极群，结构复杂，两个主要黑子都有半影，在两个主要黑子之间有些小黑子；东西方向延伸不小于10°。
F类：很大的双极群或者很复杂的黑子群；东西方向延伸不小于15°。
G类：大的双极群，只有几个较大的黑子；东西延伸不小于10°。
H类：有半影的单极黑子或者黑子群，有时也具有复杂的结构；直径大于2.5°。
J类：有半影的单极黑子或者黑子群；直径小于2.5°（见图sh8.3）。
图sh8.3 太阳黑子分型图
由于太阳是个球体，黑子群在日面边缘时形状会发生很大的变化，东西长度会大大缩短。
因此对于刚从东面转出来的黑子群，等过两三天看到全貌后再确定类型比较妥当。
确定类型还要注意连续性，如果前后好几天都是E类，另有中间一天是C类，那么这一天也应记E类。
当然，黑子群的类型有小的反复也是可能的，如从C类变到D类再回到C 类等。
2．黑子和黑子群日面位置的测定
⑴日面坐标
日面经度L：从本初子午圈向西计量（0°– 360°）。
日面纬度B：从太阳赤道分别向南北两极量度±90°。
日轴方位角P：太阳自转轴与地球自转轴夹角的投影，由P值可确定日面坐标的北点。
范围：±26.30。
⑵日面位置的测定
查天文年历中的太阳表，记录下观测日世界时为0h的B0（日面中心纬度），L0(日面中心经度)，P(日轴方位角)。
因B0、P值一天内变化不大，不必做改正，而L0在一天内变化较大，要用线性内插法进行改正，求出观测时刻的日面中心经度L值。
⑶根据P值，在黑子投影图上画出日期日轴，P ＞ 0时，日轴偏于北点之东。
⑷根据B0值选出合适的日面经纬网格图(见图sh8.4，日面经纬网格图从0°-±7°，每隔±0.5°一张，共15张，光盘中只给出日面中心纬度B0 =±1.5°,±5°,±7°的日面经纬网格图，其他纬度的日面经纬网格图请自查相关资料)，将其按日面坐标套在描迹的黑
子观测记录纸上。
在黑子网格图上，读出黑子和黑子群的日面纬度、日面经度（先读出中经距，再加上日心经圈的经度）。
测量日面经纬度时，对黑子群应选取其面积重心度量。
图sh8.4 日面经纬网格图(B。
=±5º.0)
3．黑子面积的测定
(1) 用毫米直尺量出黑子或黑子群至日面中心的距离r（mm）。
(2) 用特制的毫米方格纸，数出黑子和黑子群的毫米方格数A（mm2），计算出日面上的黑子面积Sd = A×106 /(πR 2)
R：为日面半径（mm），Sd以太阳半球面积的百万分之一为单位。
(3) 考虑日面的投影效应，应对Sd进行改正，
使其归化到球面面积SP = Sd sec[arc sin(r/R)](太阳半球面的百万分之一)。
(4) 对各黑子、黑子群分别归算，最后进行累计。
图sh8.5 毫米方格示意图
4．求太阳黑子相对数R
可按公式 R= K(10g+f) 计算太阳黑子相对数。
式中，g为观测到的黑子总群数，f为黑子的总个数，K为台站转换系数，一般可取K=1。
注意:一个半影中有5个本影黑点，黑子个数应为5。
只有一个本影点算一个黑子。
5. 将计算结果填入表格
编
号
坐标
r / R
方格数Sd Sp
r 分型纬
度
经
度
中经
距
全群最大
黑子
全
群
最大
黑子
全
群
最大
黑子
N：——N：——
图sh8.6 太阳黑子待测图。