如果您曾经做过任何天文科普工作——如果您做过公开讲座、在观星活动中做过志愿者、写过关于天空的文章、做过任何事情——那么在某个时候您都不得不警告人们不要直视太阳。
当然,这种警告的需求在日食前后达到顶峰,因为那时人们往往会进行不明智的太阳观测。原始的、未经过滤的阳光非常强烈,实际上会在您的视网膜上烧出小孔,这绝对是一个不要直视太阳的好理由。一般来说,这不会导致完全的、永久性的失明,但是做一些事情导致烧毁的盲点布满您的眼底,眼科医生并不完全推荐这样做。
因此,您可以想象,如果您使用某种光学辅助设备(如双筒望远镜),或者,天哪,甚至是真正的望远镜,这种损害会扩大多少倍。这些仪器的全部意义在于从天空中收集更多的光线,就像水桶收集雨水一样,使微弱的物体看起来更明亮。
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鉴于太阳实际上是整个天空中最亮的物体,即使是双筒望远镜或望远镜的适度放大也会将这个明亮的物体变成火焰喷射器。这与使用放大镜或镜子生火背后的原理相同。除非您想知道凝视着激活的相位枪管的感觉,否则永远、永远不要使用天文仪器观看太阳。(唯一的例外是仪器经过适当的过滤。)请记住,增强的亮度不仅对您的眼睛有害,而且还会对望远镜的精密传感器和仪器造成毁灭性破坏。
那么,有了这个前言,让我告诉您关于天文学家使用哈勃太空望远镜观测太阳的事情——是的,真的。
我第一次从我的朋友格伦·施耐德那里听到这个故事,他在哈勃太空望远镜发射后,曾在太空望远镜科学研究所(哈勃的科学运行中心)担任运行天文学家,负责理解和使用望远镜的第一个主力仪器,称为广域/行星相机。WF/PC(业内人士称之为“whiff pick”),与天文台于 1990 年初一同发射,并一直运行到 1993 年被WFPC2取代。
我曾与施耐德在太空望远镜成像光谱仪或STIS上合作,这是一种于 1997 年搭乘航天飞机发现号飞往哈勃的相机,至今仍在运行。有一天,他正在使用 STIS 观测一颗他怀疑有行星的附近恒星,并请我帮助他分析图像。我现在不记得是什么触发他告诉我这个故事了,但我记得他脸上露出顽皮的笑容,漫不经心地提到哈勃观测过太阳。
当他这样做时,我的脑海中响起了大约 30 个红色警报。一个想法冲到了最前面,我能够评论说:“但是观测太阳的距离有 50 度的限制;这种情况只发生过一次,为了观测金星!即使那样,观测也很棘手和危险!”
他再次笑了笑,并告诉我故事的其余部分。
在 20 世纪 80 年代后期,当 WF/PC 正在建造时,工程师们遇到了一个问题。数字探测器被相机使用,但存在一个称为量子效率滞后或 QEH 的问题——当 WF/PC 拍摄明亮物体的图像时,会留下一个残像,这会干扰以后的观测。本质上,这类似于您在看到明亮的东西后(虽然不是太阳,永远不是太阳,记住?)在视野中看到彩色点。
QEH 的治疗方法是用紫外线照射相机,这会“重置”探测器并将其冲洗干净。QEH 内置于探测器中,但只需在 WF/PC 被 WFPC2 取代之前修复一次即可。鉴于太阳一直在不断地发出紫外线,施耐德和他的同事决定在哈勃进入轨道后利用这一点。
但是他们是如何将所有这些清洁光子送入探测器的呢?施耐德告诉我,这里的诀窍是工程师们实际上并没有将哈勃指向太阳。那将是非常糟糕的——比如,“让我们摧毁许多价值数十亿美元的珍贵天文台设备”那样糟糕。相反,他们意识到他们可以将望远镜的背面朝向太阳,并将其直接远离我们的恒星,对准天空中的一个占位点,称为反太阳点,该点由于地球和哈勃的轨道运动而在天空中移动,但始终与我们的恒星方向相反 180 度。
然后,他们可以部署一个小的“拾取”反射镜(有点像潜艇的潜望镜或牙医的镜子),从哈勃后半部分的仪器舱伸出,以捕捉阳光并将其向下引导到 WF/PC 的相机中。
因此,他们制造了必要的设备,于 1990 年 4 月将哈勃发射到轨道,并在同年 12 月执行了他们巧妙的计划。哈勃用太阳温暖了它的背面,拾取镜弹了出来,WF/PC 享受了一次来自 1.5 亿公里外的紫外线清洗冲击,清除了探测器中的 QEH。
太阳远大于 WF/PC 的视场,因此工程师们对哈勃进行了编程,使其执行一系列非常小的移动以扫描太阳,进行一系列极短时间的曝光,以绘制我们恒星的马赛克图像。就 WF/PC 而言,它具有可以阻挡可见光并仅允许一小部分“远”紫外线通过的滤光片,从而确保适量的阳光照射到传感器上。哈勃对太阳的凝视不仅实现了 QEH 清洗,还使工程师和科学家能够准确地看到光线在望远镜内部的反射方式——这对于指向望远镜和分析未来的科学图像都很有用。
工程师们最终获得的图像充满了缺陷和伪影——如此明亮的光源会暴露任何相机中的许多问题。一些扫描也错过了太阳,但总而言之,有足够的可用图像创建我们恒星的有点粗糙的图像。这是有史以来第一张在远紫外线下获得的太阳图像,早于美国宇航局的专用空间太阳观测站,例如太阳和太阳层探测器。
即使在今天,当我与人们谈论日食或太阳黑子观测,并告诫他们永远、永远不要在没有适当的安全措施和滤光片的情况下观看太阳时,我有时会脸上露出狡猾的微笑——因为我知道美国宇航局超级谨慎和规避风险的工程师曾经使用有史以来最昂贵的天文台之一,观测天空中最亮和最危险的光源,从本质上是为了清洁相机。
事实证明,阳光确实是最好的消毒剂。