最佳氢Alpha太阳望远镜:五种安全观测太阳的方式

前言

太阳是你在白天唯一能看到的恒星,它在所有天文观测目标中独树一帜:它每天都长得不一样。星云和星系年复一年几乎毫无变化,但太阳却在持续变化,毫无预警地喷发出耀斑和环状日珥。更棒的是,你不需要熬夜观测它。

同时,它也是你用望远镜对准的最危险的天体。没有适当滤镜就观测太阳,哪怕只有几秒钟,都可能造成永久性、不可逆的失明。本指南将介绍市面上各类太阳观测设备,以及各自的优缺点,帮助你选择一套既安全又有回报的配置。

安全第一:太阳滤镜的原理

最基本的方式是用针孔相机盒或认可的日食眼镜观看太阳,但这在日食和特大黑子群以外用途有限。想要有意义的放大倍率,就需要专为太阳观测设计的设备。

宽带滤镜让你安全地观测光球层:黑子核心(本影)、半影、米粒组织和光斑。借助这些设备,你可以追踪黑子群穿越日面,并日复一日观察它们的演变。它们也能呈现日食、行星凌日和卫星凌日。

氢Alpha观测带你更进一步,展现色球层上的耀斑和日珥。重要警告:切勿将售予夜空星云观测用途的氢Alpha滤镜用于太阳。它的带宽数百倍太宽,衰减阳光的程度不足以保护你的眼睛。同时避免使用二手市场上常见的目镜螺纹式“太阳”滤镜;若在观测中过热爆裂,可能导致失明。

Etalon详解

氢Alpha望远镜的核心元件是etalon:两片平行、极其平整、部分反射的玻璃表面,彼此间距极近,中间为空气或固态云母。当宽带光进入时,大部分被反射掉,只有氢Alpha谱线及其谐波能够通过。对角棱镜内的阻挡滤镜会滤除不需要的谐波,只留下56.2埃的谱线,同时也能阻挡紫外线和红外线。

调谐方式有三种:倾斜etalon、改变气压,或加热云母使其热膨胀。气压调谐系统精度最高、实时调谐速度最快,而且密闭设计不受大气压力影响。倾斜调谐多见于较小口径望远镜的前端etalon;气压调谐位于镜身中段;云母式etalon则置于目镜端。

双叠加,即串联第二片etalon,可将带宽从约6至1埃缩窄到3至0.5埃,显著提升暗条和活动区的对比度。许多厂商销售模块化系统,让你可以先单叠加,日后再加装第二片etalon。

选择太阳观测望远镜

由于你只观测单一波长,消色差补正的复消色差镜并非必要;一支简单的f/7或f/8消色差折射镜就足以胜任纯太阳观测。真正重要的是精良研磨的镜片、良好的挡光设计,以及一支高品质的双速调焦座——这能让你在转瞬即逝的好视宁度下更容易获得锐利对焦。

如果你已经拥有一支100mm或以下口径的折射镜,只需两百美元左右,加购一片物镜滤镜或Herschel棱镜,就能开始观测光球层。至于氢Alpha,你可以购买专用望远镜、为小型折射镜加装前端etalon,或在调焦座后方加装云母式etalon。

云母式etalon需要telecentric光路,通常以4x放大将f/7望远镜变为f/30。这能有效放大细节,却牺牲了全日面视野。它们还需要供电,并且每次调整后约需10分钟加热稳定,相比之下,倾斜和气压调谐系统的响应明显更快。

目视观测时,建议准备一支涵盖全日面的低倍目镜,再加一支高倍目镜或2x barlow观看细节。强烈建议使用具备太阳模式的跟踪云台,而专用的太阳寻星镜能让找太阳的过程轻松许多。

口径、视宁度与双叠加

更大的口径带来更高的分辨率和细节,但太阳望远镜更容易受大气湍流、海拔、湿度和镜筒内热气流的影响。实际上,约80mm以下的口径在各种条件下都可用。一位观测者发现,为80mm望远镜加装双叠加对比度大幅提升,但影像明显变暗;升级到100mm后,双叠加影像更亮、更赏心悦目,当然价格也更高。

在极佳的视宁度下,大口径系统的表现远胜小型望远镜,所以要把你所在地区常见的天空条件纳入考量。另外要注意,较长的焦距可能使整个日面难以完整进入视场,取决于你的目镜或相机传感器。

拍摄时,请使用黑白相机。彩色相机四个感光单元中只有一个红色,而且常内置进一步削弱红色感光度的IR滤镜,会明显降低太阳拍摄表现。曝光请控制在10毫秒以内,增益调到直方图约75%的位置,并让像素尺寸与焦比匹配。

最佳入门专用氢Alpha望远镜:Coronado PST

Coronado PST是一支小口径专用氢Alpha望远镜,采用前端倾斜调谐etalon。前端倾斜设计是小型专用太阳望远镜的典型配置,这种结构让系统简单易用,无需供电,也没有预热时间。

作为踏入色球层观测的起点,前端倾斜调谐设计是最温和的学习方式之一:调整实时生效,你只需来回摆动调谐,几秒内就能找到最佳对比度。如果你想以最小的投入尝试氢Alpha观测,这一类望远镜就是顺理成章的第一步。

最佳预算专用氢Alpha望远镜:Lunt 40mm f/10

Lunt 40mm f/10是一支专用氢Alpha望远镜,虽然口径不大,实测表现却令人惊喜。它采用小型专用望远镜常见的前端倾斜设计,意味着实时调谐,无需加热或等待。

对于想在入门价位(约$750起,优秀的入门望远镜即由此价位起步)踏入氢Alpha观测的人来说,这支望远镜来自品控严格的厂商,是非常可靠的选择。如果你的优先考量是一支开箱即可观测太阳的望远镜,它几乎无可挑剔。

最佳高端模块化系统:Lunt 100mm Universal

Lunt 100mm universal氢Alpha望远镜采用模块化设计,可同时胜任夜间普通望远镜、氢Alpha望远镜和光球层望远镜三种角色。气压调谐位于镜身中段,提供最高的调谐精度和即时的实时调整,并密闭以隔绝大气压力影响。

在100mm口径下,双叠加影像明显比更小的双叠加系统更亮、更赏心悦目,不过这份性能也伴随着显著更高的价格。除了太阳观测,同一支望远镜也是一支顶级夜间望远镜,可用于月球、行星、恒星和星系,对于全能型观测者来说,这笔投资更容易说得过去。

最佳目镜端Etalon:Daystar Quark

Daystar Quark是最便宜的云母式etalon,内置4.3x telecentric和加热器,但没有冷却器。入门级版本分为色球层和日珥两种款式;若只买一支,色球层版本是更好的选择,因为它也能显示日珥。

但要注意一致性:太阳论坛和资深观测者的反馈显示,不同个体之间的性能差异相当大,有的表现出色,有的令人失望。购买者——尤其是买二手的——应坚持要求可靠的退款保证,以便在完全投入之前先验证性能。也要预留时间:找到合适的调谐可能需要30到45分钟,而且每次调整后都要再等待etalon稳定。

最佳高一致性Etalon:Solar Spectrum云母式Etalon

Solar Spectrum云母式etalon是为现有折射镜加装氢Alpha能力时一致性更高的选择。它使用需另行向Baader Planetarium购买的telecentric,而且产品通常同时配备加热器和冷却器。有低端和高端版本可选,云母式etalon一般搭配约100mm口径以下的望远镜使用,大口径望远镜则需在物镜前加装UV/IR滤镜或高品质的能量阻挡滤镜。

代价是供货和成本:等待时间可能非常长,而另购的telecentric也会推高总价。换来的是高得多且非常稳定的品质,因此如果你的预算允许、也等得起,这就是推荐的云母式方案。

实用购买建议

先想清楚你想看什么。光球层观测很实惠:一支100mm或以下的折射镜,加一片物镜滤镜或Herschel棱镜,就能立即观看太阳黑子。Mylar和胶膜滤镜在光学上通常优于玻璃滤镜,而Herschel棱镜又优于胶膜,但棱镜最适合约150mm以下的望远镜,而且物镜滤镜必须牢牢固定在镜筒前端。

如果你持续保持兴趣,就会想要氢Alpha,起步价约$750,此后价格陡升。请考虑你当地的视宁度:如果空气湍流严重,大口径也无济于事,而你会更常使用小型或中型望远镜。便携性、供电条件,以及你偏好开箱即用还是自己动手改装,都应纳入决策。

几个值得养成的习惯:架设设备前,先上网查看每日太阳影像,了解太阳目前的状况;太阳观测期间盖住或取下任何导星镜;至于钙K线拍摄,Lunt、Daystar和Baader Planetarium都有推出滤镜,不过钙K仍是主要面向摄影玩家的冷门领域。

结语

太阳会回报每一种预算。一片宽带滤镜或Herschel棱镜就能以低廉成本安全开启黑子观测,而像Coronado PST或Lunt 40mm这样的专用氢Alpha望远镜,则能带你进入动态得多的色球层。追求可兼作夜间望远镜的高端模块化性能,Lunt 100mm是佼佼者;想为现有折射镜加装氢Alpha能力,Solar Spectrum提供一致性最佳的云母式etalon,而Daystar Quark则以最低入门价格取胜,只是个体性能稳定性需要留意。无论你选择哪一种,请务必购买专为太阳观测设计的设备,并且在眼睛安全上绝不妥协。