如果沒有專業(yè)的太陽(yáng)濾鏡或者濾膜怎么辦呢? 另一個(gè)觀察太陽(yáng)的方法是成像法。

但注意，不可以裸眼觀察水面或鏡面給太陽(yáng)成的鏡像（虛像）。用墨水或油反光是我國(guó)古人用過的方法?，F(xiàn)在報(bào)紙和網(wǎng)絡(luò)上還有人推薦利用一盆加了墨的水來(lái)觀測(cè)日食，這也危險(xiǎn)。盡管加了墨，水表面對(duì)陽(yáng)光的反射也高于劑量幾個(gè)數(shù)量級(jí)，一定不要直接用裸眼接收能形成鏡面反射的表面（水面、玻璃、金屬等）對(duì)太陽(yáng)的反光。

同樣，當(dāng)然也不能用望遠(yuǎn)鏡直接觀察太陽(yáng)（不能用望遠(yuǎn)鏡目鏡直接看太陽(yáng)的虛像），或在相機(jī)取景框內(nèi)觀察。

這里說的成像法是指：制造光路讓太陽(yáng)能成一個(gè)實(shí)像，把實(shí)像投影在幕布（或地面墻面）上，再進(jìn)行觀看——眼睛接收到的是幕布對(duì)實(shí)像漫反射的光線，這樣才是的。

我們都知道小孔成像的原理，光線穿過小孔投射在幕布上形成與光源180度旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的實(shí)像。小孔越小，成像邊界越清晰（可是像也越暗）。幕布四周越暗，光源越亮，對(duì)比度越強(qiáng)，果越好。幕布離小孔越遠(yuǎn)，成像越大。

于是我們可以自己制作小孔暗箱，把太陽(yáng)通過小孔所成的像投影在幕布上觀察日食。

小孔暗箱 | 圖片來(lái)源：www.timeanddate.com

制作小孔暗箱的步驟：先在一個(gè)長(zhǎng)紙盒子的一側(cè)剪出一個(gè)洞口，平平地粘上錫箔紙，把洞口擋嚴(yán)實(shí)；再用筆尖或針扎個(gè)孔；在紙盒另一側(cè)的內(nèi)側(cè)貼上白紙；在紙盒的下方挖個(gè)頭可以伸進(jìn)去的洞，或者開個(gè)眼睛可以往里面看的口子。記得永遠(yuǎn)要背對(duì)著小孔觀察，不能直接通過小孔看太陽(yáng)。暗箱越長(zhǎng)，屏幕越暗，果越好。

簡(jiǎn)化版的暗箱不需要從暗箱內(nèi)側(cè)觀察，只需要哪怕一個(gè)手紙或廚房紙的卷筒就可以制作。在卷筒的一側(cè)平平地粘上錫箔紙?jiān)僭】?，再用保鮮膜，或者半透明的蠟紙，把另一側(cè)粘成比較平整的接收屏幕就可以了，這樣就可以在半透明屏幕的外側(cè)看到太陽(yáng)的像。

各種簡(jiǎn)易成像法觀察日食 | 圖片來(lái)源：www.timeanddate.com和其他

由于陽(yáng)光通常很強(qiáng)，甚至不需要暗箱，隨便用一個(gè)有孔的東西對(duì)著地面進(jìn)行小孔成像，就能夠看到太陽(yáng)的形狀。為了果更好，我們可以固定放置一個(gè)有小孔的大遮光板，再用一個(gè)大平板垂直陽(yáng)光方向做屏幕。如果小孔和屏幕距離夠遠(yuǎn)，太陽(yáng)的像可以比較大。

甚至兩手手指互相垂直，在指縫中形成的方形小孔，也能小孔成像，近似得到日食時(shí)候太陽(yáng)如彎月一般的形狀。同時(shí)使用多個(gè)孔，會(huì)得到很多個(gè)太陽(yáng)的像。濃密的樹葉之間的不規(guī)則小孔，也可以對(duì)太陽(yáng)小孔成像。

小孔成像法是觀察日食好的一個(gè)方法，但它的缺點(diǎn)在于，小孔成像一般比較黯淡或者比較?。ㄆ聊痪嚯x太遠(yuǎn)成像就難清晰），所以用這個(gè)方法較難清晰地觀察太陽(yáng)表面的黑子或金星水星凌日。

趕快去制作你的創(chuàng)意帶孔紙板，為觀察這次日食做好準(zhǔn)備吧！

另外一種成像法是用透鏡成像。如果你有一個(gè)單筒或雙筒望遠(yuǎn)鏡，簡(jiǎn)單的操作是用它讓太陽(yáng)直接投影在紙板屏幕上。

望遠(yuǎn)鏡成像法 | 圖片來(lái)源: eclipse.aas.org,作者：Sky&Telescope

首先，把望遠(yuǎn)鏡固定好，物鏡對(duì)著太陽(yáng)方向；再用一個(gè)足夠大的紙板環(huán)繞望遠(yuǎn)鏡遮光，營(yíng)造一個(gè)大范圍較暗的背景，以便觀察太陽(yáng)的像；在垂直陽(yáng)光方向用一個(gè)白紙板做接收屏幕；調(diào)整屏幕的距離和角度直到成像令人滿意（原理會(huì)在文末介紹）。如果是雙筒望遠(yuǎn)鏡可以選擇遮掉一側(cè)物鏡。

這樣可以得到直徑比較大的太陽(yáng)實(shí)像。所以這個(gè)方法不僅適合觀測(cè)日食，還可以用來(lái)觀察太陽(yáng)上比較大的黑子，以及金星或水星凌日等現(xiàn)象。

圖片來(lái)源：柏樹豐博士和Felix Bai

使用透鏡成像觀察日食的時(shí)候，應(yīng)該盡量背對(duì)著太陽(yáng)觀察。再說一遍，我們不能用望遠(yuǎn)鏡直接看太陽(yáng)或看日食，甚至不能讓皮膚或易燃物質(zhì)靠近太陽(yáng)下如此放置的望遠(yuǎn)鏡目鏡。從右圖中可以看到，在望遠(yuǎn)鏡的目鏡附近，聚光的強(qiáng)度有多顯著——清晨的陽(yáng)光被望遠(yuǎn)鏡聚焦后就把紙板烤糊了。如果那是你沒有痛覺的視網(wǎng)膜，又會(huì)如何？

另外隨著地球自轉(zhuǎn)，陽(yáng)光角度發(fā)生變化，需要調(diào)整望遠(yuǎn)鏡的方向。日食的全過程往往持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，不可一直用這個(gè)方法觀察，否則目鏡會(huì)過熱，導(dǎo)致脫離甚至碎裂。應(yīng)該時(shí)不時(shí)地遮住兩側(cè)物鏡，讓目鏡有機(jī)會(huì)冷卻。

可是，如果我沒有望遠(yuǎn)鏡怎么辦？利用基本的光學(xué)知識(shí)我們可以用普通的眼鏡鏡片自制太陽(yáng)成像儀，比如查爾斯頓學(xué)院（College of Charleston）的Richardson教授就教了大家下面這些簡(jiǎn)單的自制方法：

1）只要一個(gè)老花鏡片 (凸透鏡) 就可以給太陽(yáng)成像：

比如,下圖中使用一個(gè)100度的老花鏡，焦距1米，可以太陽(yáng)成像在大約1米遠(yuǎn)處成像，像的直徑有1厘米寬，足夠讓我們看清日全食或日環(huán)食不同階段的太陽(yáng)變化。

用老花鏡成像 | 圖片來(lái)源：http://richardsont.people.cofc.edu/

一個(gè)125度的老花鏡，對(duì)太陽(yáng)成像的距離約80厘米，成像直徑約8毫米。50度的老花鏡，成像距離有2米，成像直徑可以達(dá)到2厘米。

用長(zhǎng)的紙盒遮住周圍的太陽(yáng)光，用白紙?jiān)诤凶觾?nèi)側(cè)底部作屏幕，再用夾子調(diào)整透鏡距離尋找清晰的成像位置，就可以了。成本也很低廉，是不是很簡(jiǎn)單，想立即做一個(gè)用起來(lái)呢？

2）仿造伽利略望遠(yuǎn)鏡做一個(gè)太陽(yáng)成像儀

為了達(dá)到更好的觀測(cè)果，讓太陽(yáng)的像直徑擴(kuò)大，我們可以在凸透鏡之后再加一個(gè)凹透鏡，以發(fā)散被凸透鏡匯聚的光線，并讓太陽(yáng)的像投影在遠(yuǎn)處的屏幕上。

伽利略望遠(yuǎn)鏡光學(xué)原理圖 | 圖片來(lái)源：維基百科

可是這樣觀察太陽(yáng)會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷視網(wǎng)膜。于是我們用一個(gè)屏幕，在右端遠(yuǎn)處接收穿過目鏡的光線，就能在屏幕上得到一個(gè)倒立的太陽(yáng)的像。由于圖中兩條紅色虛線的張角固定，所以屏幕距離目鏡越遠(yuǎn)，接收到的太陽(yáng)的像的直徑就越大（但太遠(yuǎn)容易模糊）。

自制透鏡成像系統(tǒng) | 圖片來(lái)源：http://richardsont.people.cofc.edu/

如圖所示，透鏡間距為凸透鏡焦距與凹透鏡焦距的差值，屏幕與凹透鏡的距離可以在20至40厘米之間調(diào)整，以得到3.8至7.6厘米直徑的太陽(yáng)的像。而用厚的物體在不同的位置支撐成像儀的底板可以方便地調(diào)節(jié)所需要的角度，使得底板與日光方向平行，透鏡與日光方向垂直。即使來(lái)不及為本次日食自制這類專業(yè)設(shè)備，你也可以用它觀察太陽(yáng)黑子等。

希望本文總結(jié)的各種日食觀測(cè)方法對(duì)你有用，特別是中國(guó)中部和東部的讀者，錯(cuò)過這次日食要等到2030年了。

希望大家轉(zhuǎn)發(fā)和收藏本文，避免危險(xiǎn)和錯(cuò)誤的日食觀測(cè)方式可能造成的傷害，盡情享受這次難得的日環(huán)食美景。

如何利用夏至，春分，秋分等機(jī)會(huì)測(cè)量本地的緯度和經(jīng)度

2020年6月21日適逢夏至。在這一天垂直地面立一個(gè)桿，并觀察它影子長(zhǎng)度的變化，記錄影子短的長(zhǎng)度和發(fā)生的時(shí)間，即可測(cè)量本地的緯度和經(jīng)度。

北京時(shí)間是東經(jīng)120度的時(shí)間，也就是說，在北京時(shí)間的正午十二點(diǎn)，太陽(yáng)對(duì)東經(jīng)120度來(lái)說不偏東也不偏西，那里的影子在南北方向，并且長(zhǎng)度短。如果當(dāng)?shù)赜白佣痰臅r(shí)刻比北京時(shí)間十二點(diǎn)早30分鐘，那么當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度就比東經(jīng)120度更偏東半個(gè)時(shí)區(qū)（每個(gè)時(shí)區(qū)15度），所以當(dāng)?shù)亟?jīng)度是東經(jīng)127.5度。如果當(dāng)?shù)卣纾ㄓ白佣痰臅r(shí)刻）比北京時(shí)間正午十二點(diǎn)晚1.6個(gè)小時(shí)（比如中國(guó)西北某地），當(dāng)?shù)鼐捅葨|經(jīng)120度偏西1.6個(gè)時(shí)區(qū)，經(jīng)度是120減去1.6乘以15——東經(jīng)96度。

每逢夏至，陽(yáng)光直射北回歸線（北緯23.5度）。在這一天測(cè)量桿子的高度和短的影子長(zhǎng)度，二者的比值是陽(yáng)光與地面夾角的正切。比如說在北半球桿子1.20米高，影子0.30米長(zhǎng)，陽(yáng)光與地面夾角的正切是4.0，利用計(jì)算器或者量角器可以得出這個(gè)夾角是76 度。此時(shí)在北緯23.5度的陽(yáng)光與地面的夾角是90度。90度與你測(cè)量的陽(yáng)光與地面夾角的差值就是當(dāng)?shù)鼐暥扰c北緯23.5度的差異。如果你正午的影子朝北，你所在的緯度是北緯23.5+（90-76）= 37.5度。如果你這天短的影子朝南，那你在北回歸線的南面，你所在的緯度是北緯23.5-（90-76）= 9.5度。

快去試試吧！同理還可在秋分，春分，等日測(cè)量經(jīng)度和緯度。比如秋分日太陽(yáng)直射赤道，所以那天當(dāng)?shù)赜白佣虝r(shí)刻的陽(yáng)光與地面的夾角與90度的差值就是當(dāng)?shù)氐木暥取?/p>

后溫馨提示：如果晴天長(zhǎng)時(shí)間呆在戶外請(qǐng)不要忘記戴帽子和擦防曬指數(shù)SPF不少于30的防曬霜，一小時(shí)補(bǔ)充一次，（防曬指數(shù)超過50的防曬霜也要每?jī)尚r(shí)補(bǔ)充一次）。

資料來(lái)源

[1] www.timeanddate.com

[2] https://eclipse.gsfc.nasa.gov/

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