本帖最后由 bearcat 于 2009-5-20 01:13 编辑
3.1 日蚀观测的安全防护
原作者：
B. Ralph Chow, MSc, OD
Associate Professor, School of Optometry
University of Waterloo
Waterloo, Ontario, Canada N2L 3G1
Bearcat@mufu译，2009.05.19
对于大部分人来说，亲眼见到一次日全蚀，是一辈子难以忘怀的经历。
所以有大量狂热的日蚀爱好者飞遍世界去观看和拍摄日全蚀。
对于中小学生来说，观察日蚀是一个极好的学习机会，能够从壮丽的自然现象中发现科学的美丽。
实际上，很多科学家——尤其是天文学家——都是因为小时候的一次日蚀观测的经历而踏上了科学的道路。
教师们可以借这个难得的机会给学生讲解天体的运动规律和预测它们的数学方法；
通过带领学生使用针孔相机、双筒望远镜、天文望远镜来观测日蚀，也可以借机给他们讲解这些仪器的光学原理；
也可以通过观察日蚀时天空背景的变化来讲解辐射和光度测量等方面的知识，甚至生物课的老师还可以带着学生观察动物和植物在日蚀过程中的反应。
除了这些科普工作外，在不同地理位置记录日蚀过程中的几个关键时刻的工作是有严肃的科学意义的——可以通过这些数据来更精确的测量地球、月亮的运动；
如果能够更进一步的在不同地点同时拍下日全蚀时的照片，或者描画出色球、日冕的形状，就可以构建出太阳大气的三维结构；
而这些是学生和业余爱好者难得的直接参与科学研究的机会之一。
然而，如果没有采用正确的防护措施，观察太阳是一件非常危险的事情！
到达地面的太阳电磁辐射的频域很广，从波长约290纳米的紫外辐射一直到波长在几米的数量级上的射电辐射。
其中关键的波长在380～400纳米的近紫外辐射是可以通过晶状体到达视网膜的。
因为暴露在紫外辐射下，人眼的外层会加速老化从而导致白内障，所以在日蚀观测中没有正确的防护的最常见后果就是“日蚀盲”或视网膜烧伤。
（译注：此段关于病理方面的内容的翻译由于译者水平问题而可能存误）
即使在可见光波段，强烈的辐射也会导致视网膜上的圆柱细胞和圆锥细胞的损伤。
强光照射在这些细胞上会导致细胞内的一系列复杂的生物化学反应，从而降低了细胞对于光信号的反应能力；如果光更强烈，甚至会直接摧毁掉这些细胞。
根据损伤程度的不同，会造成暂时的或永久的视力下降。
如果在没有防护措施的情况下长时间或多次观看太阳，除了光化学反应造成的损伤外，还会带来热损伤——也就是说，强烈的可见光和近红外线直接把视网膜的组织烤熟！
这种热损伤——或者叫光焊接——会直接摧毁圆柱细胞和圆锥细胞，在视网膜上形成一小片盲区。
最危险的是，在这个过程中，人是不会感觉到疼痛的，因为视网膜上没有痛觉神经。也就是说，你的视网膜在不知不觉中被烤熟！
而且，强光对视觉的损伤当时是不会被明显的感觉到的，至少要几个小时之后，你才会发现自己犯下了不可挽回的错误！（引用自Pitts在1993年的研究结果）
以上说的是裸眼直接观察太阳的结果。如果使用了没有正确防护的望远镜、双筒镜或其他光学仪器观看太阳，由于成像和照度都被放大了，结果是瞬间的视网膜严重烧伤。
只有在日全蚀时，月亮完全挡住太阳的短短几分钟，是可以用肉眼直接观看的。
其他时候，无论是日偏食或日全蚀的偏食阶段，都需要正确的防护，否则是很危险的。
即使在太阳表面（这里指光球层）已经有99%被月亮遮住的时候，天空已经暗得像是黄昏一样，太阳剩下的一点点“日牙”也足以造成视网膜烧伤。（引用自Chou在1981、1996年和Marsh在1982年的研究结果）
在这些时段，如果没有采用正确的防护措施，会造成永久的视网膜损伤和视力下降。
据统计，因观测日蚀而造成眼镜伤害的人群以儿童和年轻人为主，这些伤害对他们今后的职业选择和事业前景会造成非常不利的影响。（引用自Penner和McNair在1996年、Chou和Krailo在1981年和Michaelides等人在2001年的研究结果）
观测日偏食、日环食和日全蚀的偏食阶段的方法是一样的。（引用自Sherrod在1981年、Pasachoff在2000年、Pasachoff和Covington在1993年以及Reynolds和Sweetsir在1995年的研究结果）
最安全而且最便宜的方法是用小孔成像的原理投影观测。
让太阳光通过一个小孔，在小孔后一米远的地方放一个白屏，让这束光照射在白屏上，就投影出一个太阳的像。（译者引用自墨翟在约前400年的研究成果）
也可以用多个小孔，这样就能投影出多个太阳的像。
这种方法可以就地取材。比如一个扎了很多孔的板、一个编得松松垮垮的破草帽、甚至把两手的手指头交叉起来，都可以在屏幕上投影出一系列太阳的像。
如果身边有阔叶树，那么它的叶子互相重叠形成的“小孔”会在地面上投影出由无数“日牙”组成的漂亮树荫。
也可以把双筒镜或小望远镜支在三脚架上，在后面放上白板，也能投影出放大的太阳像。
这些方法都可以让一群人同时安全的观察日全蚀的偏食阶段。
但一定要注意，不能让任何人透过用于投影的望远镜或寻星镜等直接观看太阳。
小孔成像的方法的优点是安全，因为不是直接去看太阳；问题是用于承接太阳像的屏幕一般需要放置在距离小孔一米远以外，这样才能够得到足够大的太阳像以方便观察。
只有使用了特制的滤镜之后，才能直接观察太阳。
这种特制滤镜大部分带有一薄层铬合金或在表面上蒸镀了一层铝，这样的金属膜能够过滤掉大部分可见光和近红外线辐射。
安全的太阳滤镜，至多允许通过0.003%（也称密度约4.5）的可见光，同时至多通过0.5%（也称密度约2.3）的在波长为780～1400纳米的近红外辐射。
（这里的密度指光能通过率的常用对数的绝对值，比如密度0就表示100%的光可以通过，密度1表示10%的光可以通过，密度2表示1%的光可以通过……）
图23是一系列安全的太阳滤镜的透过率曲线。（译注：图片在原文的pdf文件中）
最常见的安全滤镜是遮光号为14的焊工防护玻璃，可以在电焊器材的市场买到。
另外一种常用的便宜替代品是专为太阳观测而设计制作的镀铝聚酯薄膜。
（这种材料一般被称为“Malor”，它是杜邦公司的注册商标，但并非专为太阳观测而生产。注意“space blankets”和用于园艺的镀铝聚酯薄膜不适用于太阳观测！）
与焊工防护玻璃不同，这种薄膜可以裁剪成不同大小来适配不同的观测器材，而且掉在地上也不会摔碎。
需要指出的是，有很多镀铝薄膜上面有较大的瑕疵（比如大约1毫米左右的），这可能会带来危险。
不过对于这些瑕疵的显微分析表明，这种瑕疵往往是一层镀铝膜上的小孔，
但滤镜往往包含两层镀铝膜，而它们在同一个位置产生空洞的概率很小，一般不会出现完全没有镀铝膜保护的大孔洞。
这是个质量控制问题。有瑕疵并不代表一定就会产生危险。
谨慎起见，如果发现很大的瑕疵，比如超过0.2毫米，或者在5毫米的范围内找到了不止一个瑕疵，那么就换一张用吧。
（译注：此段关于瑕疵产生方面的内容的翻译由于译者水平问题而可能存误）
除了镀铝薄膜外，黑高分子材料也非常流行。它是在树脂基质上渗入悬浮着大量细小的碳粒。（译者注：没用过，不知道确切的译名）
这种材料比聚酯薄膜硬很多，所以如果放在望远镜、双筒镜或长焦镜头前面的时候，需要一个特制的支撑结构。（译者注：硬？粘？没明白）
黑高分子材料是设计为目视观察的，透过它看太阳，颜色是白里透黄。（透过镀铝聚酯薄膜看太阳是白里透蓝）
这种材料的颜色和密度可能会非常的不均匀。透过它的不同部位看太阳，亮度可能相差甚远。
太亮的区域会透过更多的红外线，可能是不安全的。
如果要做高分辨率的天文摄影——比如拍摄太阳，对于滤镜光学质量的要求是非常高的。
巴德膜是一种镀了金属的树脂膜，可以用于目视和拍照。（译者注：我们一直用它！）
它很薄，光学质量优异，与前述的聚酯薄膜相比，内部散射少得多。
目前可以买到的巴德膜产品有两种密度，分别用于目视和拍照。（译者注：密度分别是5.0和3.8，但5.0的也可用于拍照）
也有几个公司有用光学玻璃做衬底的滤镜产品，一般非常贵，尤其是较大面积的滤镜。
很多老一辈的爱好者会把黑白胶卷完全曝光，然后充分显影到黑色，然后用一层或两层叠起来观看日蚀。
我们新一代的爱好者要注意，不是所有的黑白胶卷都可以这样使用。
起过滤作用的是胶卷乳胶里的银颗粒，但并非所有的黑白胶卷都是真正的“银盐”胶卷，彩色胶卷甚至反转片就更不行了。
当然，正常拍摄的胶卷，比如有花花草草的，显然是不可以用的。
也有人用软盘或光盘作为滤镜，透过它（当然不是指中间的孔）看太阳。
然而，软盘或光盘的光学质量是远远不如以上提到的镀铝聚酯薄膜或焊工防护玻璃等材料。
有些光盘只有很薄的一层铝膜，如果你发现透过它可以看到电灯，就千万不要用！
我们说的几种代替品只是勉强仅能用于目视。
如果要对望远镜、双筒镜、照相镜头等器材做防护，必须使用专门设计的滤镜，而且只能放在设备的前端（物镜前面）。
后面列举了一些太阳滤镜的购买渠道。（译注：见原文的pdf文件）
（译注：根据很多非官方测试，比如 http://www.astronomy.com.cn/bbs/thread-38777-1-1.html 等，软盘是可以透过红外线的，所以不安全）
不安全的滤镜包括（译者注：但不限于）：
彩色胶卷、不含银的黑白胶卷（比如采用显色剂的黑白胶卷）、有图像的胶卷。
烟熏的玻璃、太阳镜（带几副也不够）、照相用的中性密度滤镜（ND）、偏振滤镜。
这其中的大部分都能透过大量肉眼不可见的红外线。
虽然透过它们看来，太阳似乎足够暗，也没有什么不舒服的感觉，但这不意味着安全，实际上正如前文所述，你的视网膜正在被烤熟。
有些便宜的望远镜往往会配备一片可以安放在目镜上的太阳滤镜，不过它是很不安全的。
当望远镜指向太阳时，目镜上的滤镜会慢慢被加热，在人们完全没有防备的时候突然炸裂。
然后强烈的辐射以迅光不及掩目之势直扑视网膜，瞬间造成严重的伤害。
为了避免可能出现的危险，各地的天文馆、科普单位和爱好者社团在组织活动时应该多多讲授观测安全方面的知识。
有人忧虑阳光中的波长在315～380纳米的紫外线（被称为UVA）也会对视网膜有害（引用自Del Priore在1999年的研究结果），
虽然有这样的临床病例，但这些都发生在无（或少）晶状体的患者身上。
由于他们的晶状体因白内障或外伤等原因缺失，又没有能够阻挡紫外线的眼镜、隐形眼镜或植入镜片，所以视网膜可以受到UVA的伤害。
而正常人有晶状体的保护，UVA不会达到视网膜。
对于无晶状体的患者来说，暴露在阳光的紫外辐射的环境下，会引起慢性的视网膜损伤。
然而，在本文中提到的各种专门的太阳滤光材料对于紫外辐射过滤得很好，在UVA波段可以达到安全标准以内。（引用自ACGIH在2004年的研究结果）
所以，即使是无晶状体的患者，也可以安全的透过合适的滤镜观看太阳。
在日全蚀来临之前的几天甚至几周，媒体上铺天盖地的新闻、通告、访谈等都在警告观看日蚀的危险。
不幸的是，尽管这些警告的动机是好的，但是它们经常误导不明真相的群众，甚至吓得他们完全不敢去看日蚀。
尤其对于学生来说，这样的做法是适得其反的。
如果老师和其他权威人士告诉一个听话的学生：观看日蚀是危险的，然后这个学生就没有敢看日蚀。
但是之后他发现同学们都去看了日蚀，也没有发生事故，他就会觉得被骗了。
当他觉得老师和权威人士也会犯错，而不再信任他们的时候，他会如何对待他们讲的其他有关健康生活的忠告呢（比如吸毒、艾滋病、吸烟等）？
（引用自Pasachoff在2001年的研究结果）
误导也许比什么都不说更糟糕。
（译者注：这个观点完全不适合中国国情——安全教育不是过多，而是不够！）
记住，日全蚀的全蚀阶段是可以、而且应当摘掉滤镜观看的！而且显然也不必用小孔成像投影！这是绝对安全的！
尽管本文作者已经观看过14次日全蚀，但每次用裸眼观看日全蚀的时候，仍然会感到震撼与狂热。
每个人都应该体验一下这样的感觉，才不枉今生！
3.2 太阳滤镜的购买渠道 （都是国外的）
3.3 日蚀摄影 （哈，很有用的一段）
3.4 全蚀阶段的天空 （有可能看见星星哦）
3.5 在全蚀带边界的计时工作 （这是一项爱好者可以参与的严肃科学研究工作）
3.6 在地图上画出日蚀轨迹 （也是爱好者可以参与的研究工作）
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