如何进行掩星观测

 

天文爱好者通常都喜欢观测一些在短时间内有明显变化的天象,可是水星凌日至少6、7年才发生一次,金星凌日要等更久。就是日、月食也不是年年都有机会看到的。如果你有一个小望远镜,外加一个计时秒表,不妨试试观测月掩星(行星掩星和小行星掩星比较罕见)。这种天象几乎每个月都有机会遇到,却又不能保证每回都能观测成功,颇有挑战性。尤其适合受光污染日趋严重的城市爱好者。经常练习作月掩星观测,还能提高你的定时反映水准,以后碰到百年一遇的日全食(日食也是月掩星的一种)也不至于因仓促上阵而手忙脚乱。

一、掩星观测的种类及意义

  掩星可分为两种,即全掩和掠掩。而可观测的掩星种类有:月掩星(分月掩恒星、月掩行星、月掩小行星)、行星掩星、行星卫星掩星和小行星掩星等。其中以月掩星最为常见,而后者则较为罕见。进行掩星观测在科学研究中具有重大意义。现代月掩星观测可以测出观测地的经纬度及帮助天文学家研究计算并修正月球轨道精确数据,通过月球质量及因地球本身不规则的自转速度而引起理论上的时间与观测时间之间差异的问题(即月球轨道的理论值与实际值的误差),进而研究地球自转的不均匀性。也可以测定月球黄经与黄纬的改正值、历书时、月角差系数、太阳视差以及研究双星等,均有重大价值。而小行星掩星则可以计算出小行星直径、形状、自转轴方向、反照率大小和搜索小行星是否有卫星(1978年6月7日,美国的三个天文台曾观测532号大力神小行星掩星现象,后来确认这颗小行星的直径为243公里,以及有一颗直径为45.6公里的卫星存在。12月17日发现18号小行星的卫星其直径为37公里。此外,还发现2号、3号、6号、9号、12号、44号、66号、129号、433号和624号等小行星也可能有小卫星陪伴。而证实的方式之一就是通过掩星观测。)

二、月掩星简介(行星掩星和小行星掩星与此相似)

  从地球上的观测者来看,当两颗天体与地球的位置在同一轨道平面上成一直线时,便发生一个天体将另一个天体掩蔽的现象。这些现象天文学家统称为掩星现象。各类不同的天体互相掩蔽时亦有不同的名称,例如:月球掩蔽太阳,我们称为日食;地影遮了月球上的阳光,我们称为月食。此外还有水星、金星凌日的现象,月掩星、行星掩星、行星掩行星、小行星掩星、木星和它的四颗卫星、土星和土星卫星之间的掩、凌、食、切等现象,彗星掩星、月掩射电源、食变星等各种不同的现象。这种种的掩星现象为天文学家提供了掩及被掩两颗天体不少宝贵的物理资料和轨道数据。

  月球在天球上沿着白道东移,大约每个月东移一周,每小时东移一个月球直径的距离。在东移的过程中常常会把恒星或者行星掩蔽起来,这种现象叫月掩星。由于月球是最接近地球的天体,它比其它星体有较大的视直径,所以月掩星现象出现的次数,远远超过其他种类的掩星现象。除恒星外,行星、星团、星云等都可以被月球掩蔽,当月掩昴星团和毕星团时(上次月掩昴星团是1987年,明年将会再次发生,适合我国观测的将有三次。上次月掩毕星团是1998年),星星接二连三被月球遮掩,情况相当壮观!

  月掩星的原理和日食相同,所以亦有见掩地区、掩食的界限和见掩中心地带。在见掩地区以内,不同地方位置,见月掩星的情况也不相同。因为每次掩星都只局限于某一些适合条件的地区才能看见,这种情况反而将职业天文学家难倒了。各地的天文机构及天文台虽然有不少优良的设备及大口径望远镜,但是这些庞然大物是不能随便移动的。而掩星,特别是月掠掩星和小行星掩星,每年发生数以万计(虽然如此,但这两种掩星对某一特定地区来说比较罕见),每次现象都提供对不同星体的各种资料,这些有科学价值的现象,职业天文学家都因为人手、时间和金钱的原因,不可能每次都到世界各地进行观测,而分布在世界各地的业余天文爱好者正好填补了职业天文学家在这方面不足的地方。每年掩星现象虽然数以万计,但在同一个地区中,如果以观测者拥有80毫米口径望远镜计,适合观测条件的掩星也不过百多次,如果观测者拥有较大口径的望远镜,当然可观测的掩星会更多,但口径太大的望远镜因为搬运困难,能够观测的掩星又因为这种原因而减少,同时加上天气的因素,每年可观测的掩星机会并不多。由于每次掩星都可以当作一个独立的观测项目,不用与其它观测连接,所以欠缺观测对于掩星观测毫无影响。

  月掩星除少部分外,都可以用简单的仪器花数分钟到一个多小时就可完成。对于平时很少观测,或没有特别设备或特大口径的同好和一些工作较忙的同好都十分适合。月掩星有两种情况。一种是在满月之前,月亮在东移的过程中,亮星消失在月亮阴暗部份的边缘。一种是在满月之后,月亮东移过程中,亮星消失在月亮明亮部份的边缘。

  月掩星分为全掩和掠掩两种。位于见掩地区北面边缘可以看见恒星在月面北面掠过。同样,在见掩区南面边缘亦可以看见恒星在月球的南面掠过,掠掩时,因为月面地势有高低,所以有时会看到恒星被月面上的山所遮掩而发生多次被掩的现象。位于见掩地区之间的观测者就只见普通掩星现象。

  至于光害方面,因为月球光度相当亮而且又容易辨认,被掩恒星必定在月球附近。如果恒星较暗,有时月光的光度影响反而比城市灯光的影响更大。

  初次进行月掩星观测,一般选择亮星作观测对象,主要观测掩蔽刚开始的时刻(掩始)和掩蔽刚结束的时刻(掩终),由于恒星只是一个光点,所以只记录恒星瞬间消失和瞬间出现的时刻即可。等熟练之后,可进一步观测月掩暗星,提高自己的观察判断能力。如果观测月掩行星,由于行星的像不是一个点,而是一个圆面,所以从开始被掩到完全被掩有一个过程,要分别测出行星开始被掩蔽的时刻和完全被掩蔽的时刻(即掩始外切和掩始内切)。掩终时分别测出掩终内切和掩终外切的时刻。如果观测双星,可以分别测出两颗星被掩蔽的时刻。

  为了取得较好的观测效果,一般在满月之前对月球暗边缘的月掩星现象(掩始)进行观测。满月之后对月球亮边缘的月掩星现象进行观测是很困难的(很亮的星除外)。所以,满月之后应观测亮星在月球暗边缘重新出现的时刻(掩终)。这种观测要事先知道亮星在月球暗边缘的哪个方位出现,还要知道出现的大致时刻。在月掩暗星时,一个人的判断能力准确与否往往比他(她)的反应能力更加重要。

  如果观测地点和条件适当,同一地点可看见一颗恒星在两个月内都发生掩星现象。在一次月掩星观测中,一颗星被掩的时间最长可达一小时五十四分钟。见掩时间长短由下列因素决定:①观测地点;②月球的视差大小;③月球视直径大小;④被掩星体的“相对行进路径”是否接近月球的直径。

三、观测项目

  月掩星观测主要是记录掩始及(或)掩终的准确时刻(精确至0.1秒);还需要利用月球表面特征作参考,量度掩始及(或)掩终时恒星的方位,并记录被掩恒星是否有伴星存在。

四、 观测设备

  1、望远镜:
  ①双筒望远镜或单筒观景用望远镜,口径越大越好。
  ②天文望远镜,包括折射镜、反射镜,也可用折反射镜。如果没有自动跟踪设备,不宜使用高倍率观测,放大率在40—60倍之间较合适。

  以下为各种口径的望远镜可以从事月掩星的观测范围,而影响可观测掩星的星等主要由月球和被掩星地平高度、被掩星亮度、月相和大气透明度这几个因素有关。原则上是月球地平越高,可见的被掩星越暗,但同时也受月相影响。表中所给的只是理论值。但据我多年的观测经验,所能见到的掩星极限量等远远达不到此数值,实际数值还要亮两个星等或以上。
望远镜口径 可观测掩星的极限星等(理论值)

25mm以下 6.2等
25mm—35mm 6.9等
36mm—48mm 7.6等
49mm—67mm 8.3等
68mm—92mm 9.0等
93mm—127mm 9.7等
128mm—176mm 10.4等
177mm—243mm 11.2等
243mm以上 12.5等

  2、计时仪器:
  ① 收音机:最好有短波(sw)波段,收听陕西天文台标准时间频率发播台的每秒报时讯号。其频率为5MHz、10MHz和15MHz。也可以用中央人民广播电台的整点报时讯号(六响中最后一响)作为调整秒表的时间(用国家授时中心主页上的时间更好)。
  ② 计时秒表:使用体育比赛用的电子计时秒表(可显示百分之一秒)可以记录掩始或掩终的时间(建议使用多跑道秒表,最低8跑道的,这样当月掩多颗恒星或掩行星时,不至于不够用。我本人用的是60跑道的。)方法是:先将秒表对时,按启动钮,(让秒表在整点起跳)直到现象发生时将秒表按停,记下秒表上显示的时间,重新清零,(带分段记时的秒表则不必将秒表按停,也不必重新清零,只要按下分段计时钮即可)将报时电台的时间加上秒表上的时间就是掩始的时刻。

  等掩星结束时,按下秒表,让秒表起跳直到整点(也不一定必须到整点)时按停,计下秒表显示的时间,将报时电台的时间减去秒表上的时间就是掩终的时刻。(带分段计时功能的秒表则不必如此)例如:在22时00分对时,按下秒表,掩始时按停秒表,秒表如走了10分3.8秒,则掩始时刻为22h00m+10m3.8s=22h10m3.8s。把秒表清零,掩终时按下秒表,(带分段计时功能的则不必清零,让秒表继续计时,只要在掩终时按停即可,然后用对时的时间加上秒表上的显示时间即可。如掩终时秒表共走了50分20.56秒,则掩终时刻为22h00m+50m20.56s=22h50m20.56s)直至23时整对时把秒表按停,如秒表走了7分48.3秒,将23h00m-7m48.3s=22h52m11.7s,这便是掩终时刻。

  3、观测资料:
  ① 月面图:详细的月面图能协助你确定恒星“进入或出”月面时的位置。
  ② 地 图:详细的地图可测量出观测地点的地理坐标(需准确至秒),这一点十分重要。
  ③ 星 图:详细的星图可确定被掩星的位置。

五、观测中的误差分析

  1、个人反应:每个人对事物的反应都不相同,通常由看见掩星现象发生时再按下秒表,会延长若干秒时间。特别是掩终现象,因为恒星突然从月球后面出现,可能会有较大的误差。如果知道自己的反应(称“个人差”)请注明。

  2、秒 表:为提防秒表行走时会有误差,除现象发生前对时外,观测完毕后再对时,如发现有误差(秒表基本上都会有误差)可按比例修正观测时间。

注:部分内容参考香港天文学会主编的《天文手册 第八册》和中国青年出版社1985年出的《青少年科技活动全书 天文分册》有关内容

附注:1. 掩星时间至少精确至0.1秒(可按秒表上的时间直接记录至小数点后两位)。
   2. 月龄精确至0.001日。
   3. 方位角也应记录。

掩星观测记录表

观测目标------------------------------观测日期-------------------------------
观测者--------------------------------联络电话--------------------------------
观测地--------------------------------------------------------------------------
经纬度 东经----------度--------分----------秒 高度----------------米
北纬----------度---------分----------秒
使用仪器 --------折射 -------反射 -------折反射
--------双筒镜--------*----------望远镜
其它(请说明)--------------------------------------------
口径-----------毫米 焦距---------------毫米
目镜焦距----------------毫米
-----------赤道仪 ----------------经纬仪
-----------手动追踪 ----------------电动追踪
掩星时间(北京标准时) * 现象 ** 人差 其它(例如:有无伴星)
1----时----分----秒 ------ ------ -----------------------
2----时----分----秒 ------ ------ -----------------------
3----时----分----秒 ------ ------ -----------------------
4----时----分----秒 ------ ------ -----------------------
5----时----分----秒 ------ ------ -----------------------
6----时----分----秒 ------ ------ -----------------------
计时方法:
------光电 ------秒表 -------耳目法 ------录音/影 ---------摄影
天空状况:大气稳定度------良--------可--------差
大气透明度------良--------可--------差
----有云-----多云------薄云------强风
现象 1.暗面消失 2.暗面出现 3.光面消失 4.光面出现 5.星在本影消失 6.星在本影出现
7.光度变暗 8.增强 9.无掩星现象 10.其它
人差 S 人差时间______秒已从观测中修正
E 观测方法无人差数值
N 人差时间未修正
观测者通讯地址: __________________________________________
注:1.时间至少精确到0.1秒才有科学价值.可按秒表上的显示时间记录到0.01秒.
  2.使用仪器和计时方法等选择项按自己的实际情况记录.