2020日环食观测记:与云相伴

艰难的选择

发生在2020-06-21的日环食横跨中国,受到雨季影响,环食带几乎全部笼罩在阴雨之下,西藏、四川(川西、川东南)、厦门的观测条件相对较好。

  • 四川

身居四川的笔者,最关注的莫过于在省内寻找合适的观测点,在SARS-CoV-2病毒肆虐的当下,毕竟是主场作战可以避免跨省旅行的防疫限制。由于环食带经过了有着“蜀山之王”美誉的贡嘎山,因此笔者制作了贡嘎山周边观测点地图:

贡嘎山 东、西侧观测点地图

贡嘎山西侧:冷嘎措、泉华滩巴王海、贡布冰川、子梅垭口均在环食带;虽然6月正值川西地区雨季,但这一地区海拔较高(4000-4500米),仍然存在观测可能。

贡嘎山东侧:海螺沟、王岗坪、轿顶山均在环食带;东侧海拔较低(500-3000米),受到盆地气候影响,6月天气以阴雨天气为主,观测可能性较低。

巴塘、理塘、雅江:按照14天中远期和7日近期预报显示,川西地区的巴塘(平均海拔2575米)、理塘(平均海拔4000米)、雅江(平均海拔3000米)一带存在云洞,观测可能性较大。

川东南地区:按照14天中远期和7日近期预报显示,泸州、宜宾一带存在云洞,具备观测可能性。

四川地区整体观测条件:川西>川东南

  • 西藏

西藏地区6月气温回升,垭口解冻有利于交通,但也进入雨季,对日环食观测存在不利影响。热门的两个观测点是玛旁雍错和纳木错北岸。

玛旁雍错:阿里地区海拔4500米。环食带经过玛旁雍错,湖畔远望冈仁波齐雪山,风景宜人,同时也是环食带上气象条件最优异的地区之一。多个国外著名日食观测团计划前往,然而由于SARS-CoV-2病毒疫情影响未能成行。该地区也为观测带来不利影响。

纳木错北岸:湖畔海拔4700米。从拉萨前往纳木错北岸环食带只需要6个小时车程,是西藏最容易到达的观测地之一。纳木错位于西藏中东部地区,天气条件相对于阿里地区差,以多云天气为主,气象变化剧烈,存在降雨的可能性。

  • 厦门

厦门位于台湾海峡西侧,属于亚热带季风气候。厦门地区在受到副热带高气压影响期间,盛行下沉气流,气候一般干燥少雨,但是由于受海陆分布的影响,在夏季,副热带高压带常被大陆热低压切断,仅保留在海洋上,因此副热带高压是否控制厦门地区决定了当地观测条件。

观测行程

台风“鹦鹉”消散以后,厦门天气预报越来越乐观,川西地区(巴塘、理塘、雅江)依然存在较大的不确定性,与此同时西藏纳木错地区的预报却越来越倾向于阴雨天气。在日食微信群,天气成为最核心的话题。阴雨天气的预期让大家情绪烦躁低落,只能用“宁在环食带哭,不在偏食带笑”这句话来鼓励大家。追日者对天气预报几乎是到达了迷信的边缘,连队友的日食成功率、招云黑历史、名字五行带水这些因素都不肯放过。

在厦门和理塘这两个备选地点之中,稳健战胜了冒险,终于在6月18日,笔者预订了前往厦门的机票和酒店。不过,就在确定了厦门之后,副热带高压带却开始向太平洋方向撤退,厦门的云量预测开始增加,这也许就是日食观测最戏剧性的特点吧。

鹭江宾馆,与鼓浪屿隔海相望,是厦门标志性风貌建筑。这家宾馆的向西面有若干带有小阳台的海景房,可以一边在空调房间内喝着冰可乐,一边操控阳台上的望远镜观看和拍摄,是享受型日环食观测的绝佳地点。不过宾馆前台和预订网站都不能保证朝西方向带有阳台的房间,先到先得,而在笔者入住的时候,朝西的阳台房间已经售罄,而两位客人正为了这事和前台纠纷吵得不可开交。

观测点:鹭江宾馆
从鹭江宾馆眺望对面鼓浪屿全景(点击放大)

然而为了能有足够大的地盘架设小孔成像和影带实验装置(见后文详述),我选定了宾馆对面的市政小广场。连续多次橙色高温警报的厦门,气温高达37度,阳光直射下的小广场更是热浪逼人。

观测点:鹭江宾馆海边的市政小广场

此次拍摄日环食特写的器材是Sky Rover 72ED望远镜、Samyang 2X 增倍镜、SONY a7微单相机、信达大星野赤道仪。偏食阶段使用ND5.0巴德膜减光,环食阶段无减光(食甚时刻使用ND3.0减光)。

日环食当日厦门为多云天气,模式和前两日一致,上午云量较高,午后云量开始降低,高云的覆盖率较高,中低云覆盖率较少。拍摄结果与理想状况差别较大,主要原因是当天的高云虽然透光,但是对色球层、日珥的拍摄有较大的不利影响。

C2环食始时刻的色球层、贝利珠
C2环食始时刻的色球层、贝利珠
MAX食甚时刻的光球层
C3环食终时刻的色球层、贝利珠
C3环食终时刻的色球层、贝利珠

影带实验和小孔成像

影带(Shadow bands)是在日全食食既之前和生光之后,在浅色地面或墙壁上可以看到的波浪状交替、平行移动的微弱光线,这是由大气湍流折射所引起的天文现象。当太阳呈现细薄的新月形时,原本发散的阳光因类似穿过狭缝而趋近准直光束,在日全食阶段前后各约一分钟时最为明显而较易观察到。阴影的细部结构是由随机的大气扰动,即微细的空气湍流模式,折射从狭窄的新月形太阳射出近似准直的光束造成。阴影带快速滑动的运动是由于气流变化与太阳以高角度投射的角运动两相结合造成。随着月牙型的太阳变薄,阳光的准直性逐渐增加,因影带也越来越明显,直到太阳盘面完全被遮蔽,日全食开始就嘎然而止。恒星的光也是因为同样的原因而闪烁。他们离地球太远,因而成为点光源,就很容易受到地球大气湍流的影响,这些湍流就像透镜和棱镜,会偏移光线的路径。

一直有个疑惑在心里,众所周知,日全食发生的时候可以观察到影带现象,那么食分非常接近日全食的日环食,究竟有没有可能也观测到影带现象?为了解答这个疑惑,此次日环食,我设计和搭建了影带实验和小孔成像装置:

  • 白布:提高影带和地面的对比度,便于观察影带现象;
  • 小孔成像板:得到密集的小孔成像;
  • 运动相机:在无人值守的情况下拍摄小孔成像和影带现象视频;
  • 温湿度计:数字显示的温湿度计能够在视频中记录读数;
  • 时钟:数字显示的时钟能够在视频中记录准确时间(人工对时、精确到秒)
小孔成像和影带实验装置现场

小孔成像板的存在其实只是为影带验证实验提供额外的乐趣,毕竟到底能不能拍到影带是个未知数,小孔成像的日环食影像总比光秃秃的白布美观。为了这个小孔成像和影带实验,笔者放弃了在酒店阳台上观测日环食的舒适环境,选择了在橙色高温警告的露天环境坚守。路过的行人对于各种望远镜和镜头已经熟视无睹,但是对这个实验装置仍然十分好奇,纷纷驻足询问观看。

运动相机的记录画面(食甚)

实验结果:在C2环食始之前和C3环食终之后,未发现存在影带现象。初步分析原因如下:

  • 日全食发生时,由于月球截面尺寸大于太阳截面,在食既前、生光后,太阳呈现的细薄的形状更加类似于狭缝,而此次日环食即便食分非常接近日全食,月面截面尺寸依然小于太阳截面,因此环食始之前、环食终之后,太阳呈现的细薄的形状与狭缝相差较大,无法使原本发散的阳光穿过狭缝而趋近准直光束。
  • 日环食C2-C3之间,虽然环境亮度有所下降,但是相对于日全食依然明亮许多,即使有影带现象,在高对比度的白布上依旧过于暗淡而无法被察觉。
食甚时的日环食小孔成像(局部放大)

日环食邮票

中国邮政6月21日发行《天文现象》邮票,一套五张,图案分别是日环食、月全食、大彗星、流星雨和水星凌日。

普通光源和紫外线光源下的日环食邮票

由于邮票发行日即是日环食发生日,想要在发行当日拿到邮票只能网上预订、邮局自提。无奈笔者确定厦门作为观测点的时间较晚,全厦门所有邮票发行点预订已经全部售罄,只有发行当日前往排队购买。好在鹭江宾馆旁的中山路上就有一家中国邮政集邮专卖店,该发行点现场发售150套,每人限购4套。早上七点起床,等候两个多小时,终于拿到了日环食邮票。

随后在厦门历史悠久的海后路邮局,笔者制作了这枚原地封,日环食邮票首发日暨日环食发生日,盖销环食带上最大的中国城市厦门邮局日戳和纪念戳。作为一位集邮爱好者和天文爱好者,这简直就是最棒的礼物。

solar-eclipse.info

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