閃光光譜

恆星光譜和太陽光譜,基本上都是連續譜疊加吸收線或者少量的發射線。而太陽色球的光譜卻是發射光譜,與前者相比,十分獨特。在拍攝完日食後很有可能得到色球閃光光譜,一方面色球光譜需要在日全食時拍攝,因而難得。另一方面,閃光光譜的特點使得我們通過物端稜鏡的辦法就可以拍攝到,對於愛好者來說,又具有易於實現的優點。

太陽閃光光譜
恆星光譜和太陽光譜,基本上都是連續譜疊加吸收線或者少量的發射線。而太陽色球的光譜卻是發射光譜,與前者相比,十分獨特。
在拍攝完太陽和恆星光譜後,自然很希望能夠得到色球閃光光譜,而日全食當然就是唯一的機會。一方面,色球光譜需要在日全食時拍攝,因而難得。另一方面,閃光光譜的特點使得我們通過物端稜鏡的辦法就可以拍攝到,對於愛好者來說,又具有易於實現的優點。
2008年8月1日的日全食觀測,從很早就開始籌劃。閃光光譜拍攝也曾經考慮過,但後來還是決定放棄了。因為一是沒有這方面的經驗,參考數據也很少,不知道能拍出什麼樣的效果,所以不能作為主要目標;二是手頭的傢伙里沒有找到能簡單、可靠、方便地將色散稜鏡固定在鏡頭前的方法;三是原來計畫用攝像機拍人物活動,單眼拍日食像,995自動拍地景,這就沒有合適的相機再來拍光譜了。
一個偶然的機會令我改變了初衷。因為老趙計畫用光柵試拍光譜,我也找些東西,所以出發前兩天又檢查了一下王炎的目鏡,發現它本身的尺寸和望遠鏡目鏡相似,這樣正好可以放到原來995用的望遠鏡無焦點攝影的接圈中,稜鏡固定調整都很方便,整個儀器非常緊湊,這下問題解決了,於是收入行囊,準備到時候再見機行事。
8月1日當天,到馬鬃山附近確定觀測地點已經是下午4點半了。由於天空多雲,隨時準備轉移,所以一直沒有靜下心來。六點鐘,把相機按地平方式水平安裝在三腳架上,調整稜鏡使得光譜延伸方向與照片長邊平行。
最不確定的是曝光量。根據上次在埃及拍攝的經驗,色球的亮度大概是光球的幾千分之一。7點鐘,當光球只剩下很細的一條時開始試拍。首先在鏡頭前加上兩塊ND8中型濾鏡,減光64倍,然後調整時間拍攝太陽光譜,比較後發現在F10,1/1000秒時藍紫端曝光較為合適,這樣最後確定使用F5.1,1/25秒,ISO100的固定曝光量來拍攝色球光譜。
995機型很老,速度較慢。自動拍攝時使用的是自製的控制器。在出發前進行了幾次試驗,發現最短的拍攝間隔也要3秒左右,所以設定為3秒一張。由於相機反應的滯後,實際上是4秒鐘一張。色球層出現的時間很短暫,能拍到哪個瞬間,實在是聽天由命。
從食既前2分多鐘開始按下自動連拍的按鍵,之後就去照顧200毫米鏡頭去了。全食持續1分50秒鐘,感覺很快。生光後1分半鐘停止拍攝,在全食階段共有23張。
全食結束後馬上回看,一些照片上顯出一段段弧形,看來蒙上了。
回來後處理照片。生光前拍攝的照片(5#)上譜線最為清晰。將它中間最亮部分橫向切線的RGB像素的亮度數值畫成下圖,雖然與實際的譜線強度不成線性關係,但可以用它來測量譜線的位置。
最強的譜線是氫的巴耳末線系的前幾條,Halpha,Hbeta,Hgamma,Hdeta,和電離鈣CaII的H線和K線,以及著名的氦D3。
已知譜線在照片上的位置與1/波長的關係可以用一個三次多項式很好地擬合。用這條曲線就可以計算其他位置對應的波長。
有20多條譜線可以證認出來。
合成照片上,上下兩條光譜帶是從5#照片中間區域展寬而成,以便於對照。
仔細察看拍到的照片,還是很有意思。
在食既前10秒鐘(1#),閃光光譜已經出現。而此時,未被遮住的光球已經是一段很細的圓弧,也形成了閃光光譜,只不過是吸收光譜。由於光球很亮,紅綠端飽和,但是在最右側的紫端可以看出H線與K線這兩條明顯的吸收線來。
和Halpha一樣,電離鈣CaII產生的H和K線的中心部分的輻射來自於色球層,在明亮的光球背景上,這些譜線“反轉”成為暗線。但是當光球被遮擋住時,色球層發出的這些譜線就以發射線的形式呈現出來。
在食既前後(2#,3#),最明顯的發射線是Halpha,Hbeta,和Hgamma 等3條氫線,以及左數第二條黃色的氦線。氦線是我們最感興趣的,眾所周知它是日全食期間首先在太陽上發現的元素,靠的就是這條黃色的譜線。其實在氦線左邊還有鈉的D1,D2線,這個相機應該分辨不出來,不過其強度較氦的D3要弱不少。還有一條447nm的氦線也可以看出來。另外比較明顯的是離得很近的鎂的譜線,這在太陽光譜中也是明顯的吸收線。
日食時在太陽的西北角有一個大日珥,在閃光光譜中(4#)分解成三個點,分別在656nm(Halpha),587nm(He)和486(Hbeta)nm上。
生光前的照片(5#)最為完整,Hdelta 和CaII的H,K線都很明顯。
而在生光後不久(6#),又能在吸收光譜中看到變成暗線的CaII的H線和K線了。

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