從做中學的太空實驗

中央大學太空科學研究所潘貞杰

太陽望遠鏡

太陽望遠鏡觀測項目

• 黑子 (Sunspot)• 日珥 (Prominence)• 行星及國際太空站 (ISS) 凌日

水星

ISS

太陽望遠鏡儀器概觀

• 一組普通的望遠鏡，搭配赤道儀• H-α (656.3nm) 濾鏡• 數位相機

太陽望遠鏡儀器概觀——望遠鏡

• William Optics Megrez 80SD ( 折射式 )– 口徑 : 80 mm– 焦距 : 480 mm– 鏡筒長 : 385 mm ( 收納 ) 、 475 mm ( 使用 )– 優點 : 拍攝容易

• Vixen VMC110L ( 反射式 )– 口徑 : 110 mm– 焦距 : 1050 mm– 鏡筒長 : 360 mm– 優點 : 鏡筒小、倍率高 缺點 : 焦距長不容易對焦

• 搭配赤道儀，持續追蹤太陽，方便觀測。

太陽望遠鏡儀器概觀—— H-α 濾鏡

• 使用濾鏡的目的–利用 H-α 波段可以觀測黑子和日珥–可以直接用肉眼觀察太陽–降低太陽表面和黑子的亮度對比，可用相機拍攝

• Coronado SolarMax 40

太陽望遠鏡儀器概觀——數位相機

• 拍攝太陽時使用數位相機的好處：–拍攝後立即瀏覽–照片的保存與整理方便–利於網路分享與交換–有利於發表觀測的成果

• 必須選擇可以外接鏡頭的相機• 具備手動拍攝功能 ( 快門、光圈、對焦 )• 網路攝影機 (webcam) 也可以用來拍攝

太陽望遠鏡拍攝成果

可與 SOHO衛星比對

2006 Feb 03 0349 UT

太陽望遠鏡拍攝成果

2006 Feb 02 0414 UT

可以拍攝到 SOHO影像中也不容易看到的細節

太陽望遠鏡應用方式

• 讓學生定期觀測（如每天中午午休時間）– 初期讓學生體會觀測太陽的樂趣，練習天文攝影的技巧

– 拍攝技巧成熟後，照片可以發表於網站上– 拍攝的照片有穩定的數量和品質後，可以進行更進一步的探討，例如：驗證太陽自轉週期。

– 好的成果 → 參加科展• 望遠鏡也可以觀測其他的天體。• 舉辦科普活動和推廣教育活動時，開放民眾參觀。

推廣教育

Radio Jove

Radio Jove

Radio Jove觀測項目

• 太陽–太陽閃焰 (Solar Flare) 造成的無線電噪音–太陽無線電暴 (Solar Radio Burst)–短波衰消 (Short Wave Fadeout)

• 木星–木星表面反射的太陽輻射–木星熱輻射

• 信標 (Beacon) 監測–接收固定訊號源，透過訊號振幅變化瞭解電波傳播及電離層狀態。

Radio Jove儀器概觀——室內接收部分

USB音效卡( 轉換訊號

類比 ->數位；並隔離避免干

擾 )

Jove接收機

Radio Jove儀器概觀——室外天線

ScrewDriver Antenna( 螺絲起子天線 )體積小 移動性高

Dipole Antenna(偶極天線 )

效果佳但佔空間

(垂直天線 )全向性 頻帶寬安裝容易

Radio Jove接收範例

Radio Jove接收結果與太空天氣資料比對

太陽無線電噪音

Radio Jove接收結果與太空天氣資料比對

短波衰消

Radio Jove接收結果與其他測站比對

短波衰消Green Bank Solar Radio Burst Spectrometer (GBSRBS), West Virginia, U.S.A.

Radio Jove接收結果與其他測站比對

太陽無線電暴

Radio Jove應用方式

• 單一觀測站–全自動觀測–可以進行太陽或木星的觀測–讓學生定期或每天整理前一天的觀測結果–找出可疑的事件，和太空天氣的資料比對–每週或每月整理成報告，放到專屬網站上

• 多個觀測站–聯合各地的觀測結果進行比對、驗證–電離層中的波動現象

VLF 電波監測

Stanford SOLAR Center

• VLF (Very Low Frequency): 3 kHz – 30 kHz• 利用 VLF頻段的背景噪音，可以監測電離層中的變化和現象，如 SID (Sudden Ionospheric Disturbance) 。

• PC-based VLF reception–利用電腦，以數位的方式進行 VLF頻段的觀測–電腦進行自動化觀測，可確保全天候不中斷–資料可藉由網路和全世界的測站分享及比對–操作簡單可以大量設置觀測點–適合學生進行觀測和研究

• 有許多校時和導航訊號是以 VLF頻段發射。監測這些訊號也可以瞭解電波傳播的情形。

VLF 電波監測儀器概觀

Stanford SOLAR Center

VLF 電波監測觀測範例

Stanford SOLAR Center

VLF 電波監測應用方式

• 類似於 Radio Jove–全自動化的觀測，讓學生定期整理資料–找出特別的事件，和太空天氣資料比對–成果可以藉由網路發表，並和國外分享

• 相關的儀器市面上少見，需要自己組裝，可以提供給學生「動手做」的特別經驗。

• 觀測過程簡單，卻可以顯現深入的物理現象，激發學生對太空科學領域的興趣。

• 題材在國內非常新穎，易受矚目。

References

• Green Bank Solar Radio Burst Spectrometer (GBSRBS), http://gbsrbs.nrao.edu/.

• Photo-- ISS Transits the Sun: David Lerner.• Photo-- Sunspot 940: Gary Palmer.• Introduction to SID, Stanford SOLAR Center,

Stanford University, U.S.A..• PC-based VLF reception, pvlf.com.