日食的目視觀測方法與攝影

前幾日已經詳細的告訴大家日偏食發生的時間，在這裡把全省各城市的時間再次通告一次，見下表。

2019年12月26日日偏食

初虧：時間：12:56:59

太陽高度：28.9°

食分：0.000

掩蓋面積比：0.0%

食甚：時間：14:01:46

太陽高度：23.7°

食分：0.226

掩蓋面積比：12.3%

復圓：時間：15:01:13

太陽高度：16.5°

日環食總用時間：2小時4分鐘14秒

當太陽、月亮和地球成一條或接近一條直線時，這時月亮便遮蔽了太陽，這種現象就是日食。日食分為三種：日全食、日環食和日偏食。

觀測日食的方法分為兩大類：即目視觀測與攝影觀測。目視觀測分為：減光直視、小孔成像、倒影觀測、望遠鏡減光觀測、望遠鏡投影觀測。而攝影觀測分為：長焦攝影與廣角攝影。

首先，讓我們來了解一下目視攝影。

1.減光直視：即通過減光裝置，如：巴德膜、全感光的X光片、電焊眼鏡片等，通過這些減光鏡片就可以直接用眼睛觀測了。通常，我們會通過淘寶購買巴德膜製作的日食眼鏡，觀測效果很好。

2.小孔成像：可以用一張A4紙，用點燃的細香在紙上紮上小孔，將紙張放置於地面的上面，讓陽光穿過小孔，把太陽像投影到地面上看。

3.倒影觀測：使用一個水盆，將足夠多的墨水倒入盆中，通過墨水的倒影來觀看日食。

4.望遠鏡減光觀測：在望遠鏡的物鏡前面加裝一個濾鏡片（參考減光直視法），通過減光後的望遠鏡進行目視觀看，如果在太陽黑子極大期，還能看到太陽黑子。

5.望遠鏡投影法：通過望遠鏡的目鏡將太陽的像投影在紙上進行觀測。這種方法是相對安全的，但一定要注意，由於目鏡焦點處溫度極高（可點燃火柴），因此不能觸碰目鏡前端，小心手被灼傷。

日食天象是很難得的天文科普直觀教育，在此期間學校可組織學生在午飯後，通過我們講述的目視觀測法來進行觀測。由於陽光非常強烈，因此除望遠鏡投影觀測外，其它方法必須使用減光裝置來觀測日食。尤其是使用望遠鏡目視直接觀測太陽，如果望遠鏡物鏡前端不加減光裝置，會直接導致眼睛失明，此條非常重要，切忌！切忌！切忌！

目視觀測方法介紹完了，很多大朋友估計等著看攝影觀測，那麼我們就來介紹一下攝影觀測。天文攝影分為兩大類：即地平式攝影與赤道式攝影。由於是拍攝日食，而陽光強烈，因此我們使用地平式攝影即可。

在日食攝影過程中，拍攝方法有多種，其中最受歡迎的是主焦點直接成像法和廣角攝影法。而這兩種攝影方法，會牽扯到同一個問題，即太陽成像有多大？視場有多大？那麼這裡就需要有一個計算公式來給你答案。

第一問：我要接天文望遠鏡拍攝，需要哪些配件？

答：我們把這種攝影方法稱為主焦點直接成像法，即拆掉相機的鏡頭和望遠鏡的目鏡，通過轉接口將相機機身與望遠鏡連接在一起，用望遠鏡的物鏡代替相機鏡頭的拍攝方法。

由於望遠鏡焦距都很長相機視場小，太陽成像很大，因此拍攝時望遠鏡需要一個穩固的三腳架，相機需要使用快門線，避免拍攝時產生晃動。因為是使用望遠鏡拍攝日食，因此望遠鏡物鏡的前端，一定要加裝一個減光裝置，通常為了保證成像質量，我們都選擇使用3.8密度的巴德膜（淘寶購買），巴德膜的大小在10cmX10cm大小即可。

第二問：我需要太陽的像足夠大，那我需要多長的焦距？

答：這個問題就比較複雜了，因為焦距不同，太陽在CMOS上成像的直徑也不同。簡單點說就是，CMOS靶面大小一定，焦距越長太陽成像直徑越大；焦距越短太陽成像直徑越小。那麼如何計算你使用的焦距，太陽像的直接是多少mm？我們知道，太陽的角直徑是30角分即1800角秒，如何使用2000mm焦距的望遠鏡太陽直徑是多大？公式是1800角秒/焦平面比例尺。

即：1800角秒/（206265/2000）=17mm，通過結果可以知道，太陽的直徑是17mm，全畫幅（36mmX24mm）相機的CMOS剛好裝得下一個太陽。根據這個公式，你可以自己計算一下，你使用的鏡頭焦距能拍一個直徑多少毫米的太陽像了。

談到廣角攝影法，這是帶地景拍攝日食的一個慣用手段。但問題來了，這裡面牽扯了三個問題，一、需要知道日食從開始到結束的總時長；二、太陽會移動多少度；三、日食開始時的高度；四、相機對角線視場需要多少度。我們把問題按照順序解決，首先我們知道本次日食開始時間是12時56分59秒，結束時間是15時01分13秒，日食總用時=結束時間-開始時間即2小時4分鐘14秒。根據地球自轉一周24小時計算，地球自轉一小時是15°，2小時4分鐘14秒即30°15′多一點。那麼在季節是冬季，太陽高度低，中午日食開始時太陽的地平高度只有28.9°。那麼，在大視場攝影中，我們的取景即可以橫拍也可以豎排，屬於靈活取景。我們已經解決了前面3個問題，只剩下最後一個問題了，如果我要拍出下圖的葫蘆串照片，我需要用多少毫米焦距的鏡頭才行？

根據總用時和太陽移動的角度，我們知道需要一個對角線達到31°以上的鏡頭才行。因此選擇鏡頭的焦段和CMOS的大小配置也應該大於31°。根據焦段和CMOS靶面的數據，我使用的是30mm焦距，配合我的Canon 800D正好滿足需求。那麼應該如何配置？請看教程：

焦平面比例尺＝206265÷鏡頭焦距

焦平面比例尺=206265÷30=6875.5角秒

對角線視場＝焦面比例尺×對角線長度

對角線視場=6875.5X29.3=201452.15角秒即56°

我為何要選用56°？因為我還要打算帶上一部分地景，而地景大約佔橫拍視場高度約15°，因此我需要足夠大的視場。從計算上看，只要CMOS對角線足夠長，那我們的地景部分也就足夠多，但我們也不能使用的焦距太短，否則太陽的成像直徑也小的可憐了，最後都看不出是拍的日食。

有了這些數據還不夠，我們還要計算一下需要間隔多長時間拍一張照片，才能隔開一個太陽的距離。我們根據1小時天體自動向西移動15度，那麼根據度、分、秒的劃分，15°＝54000″；根據時、分、秒劃分1h＝3600s，即月亮移動1秒需要的時間為3600s÷54000″＝0.06666s，約等於0.07s。月亮視直徑約31分，即31′X60″＝1860″；1860″X0.07s＝130.2s，約等於130s。也就是說，只要我們間隔拍攝的時間設定在≥130秒，那麼就可以拍出串像。拍攝時間間隔越長，太陽和月亮成像間隔距離也就越遠。我的拍攝時間間隔為150秒，即：2分30秒。

數據都已經根據計算獲得了，下面我們就要開始拍攝了。剩下的就是拍攝了，首先我們需要在太陽到達日食開始的位置，就要調整好相機，鏡頭對準日食開始時的方位和高度，提前拍攝一張地景，留作後期疊加的底圖。拍完地景，記得為鏡頭蓋上減光裝置，等待日食開始後根據計算的間隔時間進行拍攝，一直到日食結束為止。

拍攝完畢後我們可通過一個叫Startrails的軟體，將你拍攝的所有圖像進行疊加，最終獲得你的美圖。祝你日食拍攝成功！