发布日期：2024.04.26
修订日期：2025.12.18
警告，请务必先阅读：
用无防护的望远镜直接观测太阳是非常危险的，聚焦后的阳光可能导致失明或其他严重伤害。在没有合适辅助措施的情况下，请不要在任何时间（包括日出和黄昏）通过任何常规望远镜（包括光学寻星镜）直接观测太阳！请在充分了解后再进行太阳观测，并不要让无完全行为能力或没有经验的使用者直接操作太阳望远镜系统！
想看星空却被城市光污染遮盖？好看的深空天体在地平线以下？其实有一个天体完全不受夜间光污染的影响，并且几乎全球四季都能看到，那就是白天的太阳！在太阳活动大年，我们要不要考虑观测一下这个不挑地方和季节的天体呢？
本文目录：
- 观测太阳能看到什么？
- 观测太阳需要什么？
- 观测太阳的三种手段：巴德膜/太阳膜、赫歇尔棱镜、日珥镜
- 如何在观测时寻找太阳？
- 一些不当观测太阳的反例
观测太阳能看到什么？
在加装减光措施后，常规望远镜可以看到非常明显的太阳黑子，使用日珥镜还能看到日珥和色球层气流。
太阳黑子基本每天都不停变换，日珥则以几乎肉眼可见的速度更快变化，比起低倍望远镜下千篇一律的木星和土星，还有目视难以看清的深空天体，太阳似乎更有长期观察吸引力。
观测太阳需要什么？
太阳太亮太热了，不能直接用望远镜聚焦放大观看。小时候用放大镜烧蚂蚁或者烧报纸的游戏告诉我们，聚焦后的阳光连纸都能轻松点燃，更别说眼睛了。
即使是使用相机拍摄，聚焦后的阳光仍可能烧毁相机传感器和镜头的光圈组件，造成（可能很大的）经济损失。
所以需要合适的减光手段，将阳光削弱到可以接受的程度，才能安全地观测或者使用相机拍摄太阳。常用的减光手段包括巴德膜和赫歇尔棱镜等，下文将逐一介绍。当然，在观察日食这种变化明显的现象时，也可以使用小孔成像投影的办法。
观测太阳的三种手段
观测太阳手段1：巴德膜/太阳膜
巴德膜是最具性价比的太阳观测设备之一。巴德膜原名AstroSolar（“巴德膜”则因巴德公司生产而得名），是一种很薄的金属化塑料膜，看起来很像铝箔，常见规格为ND5.0（ND10^5），能将入射光线衰减10万倍，并能反射大部分红外线和紫外线。巴德膜适用于裸眼观测和几乎任何望远镜，将5.0的巴德膜扣在望远镜/相机镜头前面，就能安全地用肉眼观测太阳，或者用一般的相机拍摄。使用安装巴德膜的望远镜可以看到白色大球一样的太阳光球层，并能清楚看到太阳黑子。
现在网络卖家经常将更便宜的镀金属厚塑料膜（称为太阳膜）和巴德膜混淆，太阳膜和巴德膜类似，也可以安全观测太阳，只是比巴德膜更厚，会影响观察的分辨率。区分太阳膜和巴德膜有两个简单的方法，第一，巴德膜为两面银色，表面通常有轻微褶皱，晃动是铝箔声；而太阳膜表面紧绷，多数为一面银色一面黑色，晃动是接近硬塑料片的声音。第二，巴德膜观察白色光源（比如手机闪光灯）时看到的颜色就是白色，而太阳膜为黄色。
巴德膜/太阳膜的使用注意：
1）巴德膜非常脆弱，容易损坏（太阳膜则相对强韧），所以要避免触碰，使用前应对光检查膜是否有破损和漏洞，如果有则不要使用并丢弃，一个小针孔泄露的阳光都可能让视野亮到不可接受甚至造成伤害。
2）避免在大风天使用，使用中应将膜牢牢固定在望远镜前端，并提醒周围人员避让。以免膜意外脱落或破损产生不可挽回的意外。
观测太阳手段2：赫歇尔棱镜
巴德膜/太阳膜因为难以避免的表面不平整和膜的散射而会影响分辨率，使用目镜端减光则可以避免这种问题。赫歇尔棱镜是由天王星的发现者，大名鼎鼎的天文学家威廉·赫歇尔爵士……的儿子约翰·赫歇尔发明的。赫歇尔棱镜装在目镜端，使用一个楔形透明棱镜的斜面作为反射面，只有少量光线被反射到目镜，而大部分光热透过棱镜散失掉，从而实现减光。
赫歇尔棱镜的减光率大约是95%-98%，但百分之几的阳光还是太亮了，所以常见的赫歇尔棱镜会再叠加一片带有红外截止功能的ND3.0（ND1000）或ND3.3（ND2000）滤镜，让光线再减弱1000到2000倍，并过滤掉有害的红外线和紫外线。这样总共的衰减倍数达到几万倍（与巴德膜类似），就可以使用肉眼安全观测太阳了。
使用赫歇尔棱镜时，将棱镜装在望远镜目镜端，再将目镜或相机连接在棱镜后端，就可以目视或拍摄太阳。通过赫歇尔棱镜看到的太阳与巴德膜类似，可以清楚看到太阳光球层和黑子，使用高倍的望远镜还能清楚观察到米粒组织。
赫歇尔棱镜不仅比巴德膜/太阳膜具有更高的分辨率，还比膜更加安全。因为它采用类似天顶镜的转角结构，如果棱镜破裂或掉落，用于转角的反射物消失，光路会被切断。巴德膜破裂时则会出现强光直射眼睛的情况，造成不可挽回的伤害。
要注意，赫歇尔棱镜只适用于较小口径的折射望远镜。因为棱镜是目镜端减光，这意味着阳光在望远镜的镜筒内保持着全部火力，对于反射和折反望远镜，副镜上的光线已经比较聚焦了，聚焦的阳光可能会烧坏副镜。
赫歇尔棱镜的使用注意：
1）确保在小尺寸的折射望远镜上使用赫歇尔棱镜。
2）如果进行目视观察，务必确保赫歇尔棱镜组内含有红外/紫外截止措施（确保ND滤镜有红外截止功能，或使用单独的UV/IR cut滤镜）。阳光中含有大量红外线和紫外线，虽然已经被赫歇尔棱镜消除了大部分，但如果不加以限制仍可能导致白内障风险增加和结膜炎等伤害。判断ND滤镜是否带有红外截止，一种简单的方法是倾斜滤镜，观察滤镜表面反光是否变成黑红色，如果是则基本确定滤镜带有红外截止能力（但不能100%保证）。
3）赫歇尔棱镜结构简单，壳体易于使用一般的3D打印进行DIY。消费级3D打印材料多为PLA和PETG，由于这两种材料相对脆弱且不耐高温，如果使用3D打印壳体的赫歇尔棱镜，则尽量使用相机拍摄而非目视，以最大程度避免壳体变形或断裂带来的危险。并且观测过程中要让太阳一直维持在视野中，以保证不让聚焦后的阳光长时间照射到镜筒内壁，以免镜筒融化。
观测太阳手段3：日珥镜
常规的减光手段只能看到太阳的光球层，而不能看到色球层和日珥，它们虽然位于太阳外层，但相比里面的光球层来说太暗淡了。在使用日珥镜以前，天文学家只能等到日全食时，或通过一些复杂措施把视野中的太阳表面遮挡住（这种仪器称为日冕仪）才能观测日珥或更外层的日冕层。
后来天文学家发现，色球层的主要光谱是氢的H-α谱线，这也是其显现玫红色的原因。如果能单独过滤出这个光谱的光，就能过滤掉光球层的影响，直接看到色球层和日珥。这时候有人要问了，用H-α深空窄带滤镜不就可以了？但是观测色球层所需的H-α通带宽度（小于0.1nm）远远小于任何深空滤镜（3nm或7nm）。如果只用窄带滤镜，几nm的通带依然会透过多到离谱的光球层光线而遮蔽日珥。
单独的窄带滤镜几乎不可能将通带做到小于0.1nm这么窄，所以日珥镜采用混合过滤的形式。首先使用一个法布里-珀罗标准具（F-P标准具），这东西是两块高度平整的玻璃，每块玻璃的一面具有较高反射率而另一面透光，将它们高反射率的一面平行正对放置。通过原理复杂的反射谐振，透过这东西光线的光谱就像梳子的梳齿一样（所以有些地方也叫梳状滤波器）。
F-P标准具通带的“梳齿”宽度很低，可以做到0.1nm以下。如果调整标准具的参数，让一个“梳齿”落在H-α谱线上，且两个“梳齿间距”能够大于窄带滤镜的通带宽度，再叠加一个普通的窄带滤镜就能过滤出带宽0.1nm以内的H-α光谱，从而看到日珥了。
日珥镜透过的光线是氢-α单光谱，强度不高且没有红外线，可以直接用肉眼安全观测，同时日珥镜内部通常也带有减光和转角措施，如果光路损伤一般也不会产生太大伤害。
由于带有窄带滤镜和标准具两个复杂昂贵的光学器件，日珥镜通常非常昂贵，40mm的日珥镜价格就超过了通常的90mm复消色差望远镜。并且日珥镜用途单一，除了观测太阳以外没有其他用处。所以，多数情况下，这东西还是看看就好吧。
日珥镜的使用注意：
1）日珥镜除了独立的望远镜，还可以做成quark一类的独立目镜端组件，这种组件与同为目镜端减光的赫歇尔棱镜在使用上很相似，单独使用时只能用于口径较小的折射式望远镜。如果要用于反射式、折反式和大口径折射式望远镜，需要在望远镜前端安装ERF（能量截止滤镜），以避免烧坏日珥组件和副镜。
2）一些日珥镜的日珥滤光组件可以拆卸，拆卸后的望远镜通常等同于普通望远镜，只能用于夜间观测或地景观测，绝对不可观测太阳。
如何在观测时寻找太阳？
在望远镜加装观察太阳的减光措施后，地景和天空就变得过于昏暗而不再可见。此时就像夜间寻找天体一样，直接通过望远镜（主镜）的狭小视野寻找太阳几乎是不可能的。夜间观察时，往往是借助寻星镜来寻找夜间天体，但光学寻星镜本质上也是个望远镜，通过寻星镜直接观测太阳依然十分危险。这里提供几种能够相对安全地寻找太阳的办法：
1）机瞄法：
找到主镜上近似与镜筒平行的两处凸起，或使用镜筒边缘，采用类似射击瞄准的方法裸眼对准太阳，过程中短时裸眼目视太阳并不会带来太大问题，或者在视线最前方用手举一个巴德膜来保证安全。此方法只能粗略对准，可先用视野较大的目镜，以便在粗略对准的情况下在视野中发现太阳。
2）寻星镜+巴德膜法：
此方法使用红点或光学寻星镜皆可。先用地景调好寻星镜同轴，安装好主镜的减光措施，将巴德膜装在或举在寻星镜前，再将寻星镜移动到太阳附近，然后透过带有巴德膜的寻星镜寻找太阳并移动到寻星镜视野中心。如果这个过程是举着巴德膜完成的，一定记得眼睛先离开寻星镜，再拿走巴德膜，确认望远镜视野中能看到太阳后应拆除或仔细遮挡寻星镜，以免其他人误用暴露的寻星镜观测太阳。
3）寻星镜投影法：
此方法适用于没有多余巴德膜时，只能使用光学寻星镜。先用地景调好寻星镜同轴，安装好主镜的减光措施，将望远镜粗略对准太阳，把手放在寻星镜正后方，并适当远离寻星镜以免太阳焦点落在手上。此时应该可以在手上看到太阳的投影光斑，调整望远镜让圆形光斑完整出现，应该就可以在主镜中看见太阳了。注意整个过程寻星镜只用于投影，而不可通过它用眼观察。确认望远镜视野中能看到太阳后应拆除或仔细遮挡寻星镜，以免他人误用暴露的寻星镜观测太阳。
4）寻日镜法：
可以使用专门的寻日镜替换寻星镜，日珥镜等太阳专用望远镜则一般会集成这种寻日镜。这东西是个小孔成像投影板，安装妥善后基本不用调整同轴。粗略对准太阳后就能在投影板上看到太阳的光点，调整望远镜让光点落在投影窗口正中心，此时太阳基本能在主镜的视野中看到。
5）赫歇尔棱镜：
赫歇尔棱镜组件背后通常都有白色的寻日板，经过棱镜透射的阳光会打在这个板上。将望远镜粗略对准太阳后，通常就能在寻日板上看到太阳的光斑，然后将太阳调至寻日板的中心，即可在视野中看到太阳。
观测太阳的特别注意：一些禁止的不当反例
1、使用便宜的目镜端“太阳滤镜”
这种配件往往会随着目镜附送，或者随着入门级望远镜附送，看似像夜间滤镜一样安装在目镜上就可以“观测太阳”。但是这种滤镜通常为塑料材质（并且可能是劣质塑料），目镜端经过聚焦的阳光直射这个滤镜，很容易导致融化或者破裂，一旦滤镜破裂，聚焦的阳光就会直射眼睛，导致失明或其他不可挽回的伤害。如果望远镜附送了这种滤镜，最好马上扔掉。
2、使用胶片或X光片作为减光措施观测太阳
这种方法似乎是普遍流传下来的经验，特别在日食时使用最多。但是胶片黑色部分的减光比并不高，远远比不上巴德膜，短时裸眼观察还可以应付，但长时裸眼观察或通过望远镜观测太阳是完全不够的。同时，阳光中含有大量红外线和紫外线，胶片的黑色部分对这些不可见光的削弱其实十分有限，前文中已经提到，未经明显削弱的红外线和紫外线在被望远镜聚焦后同样十分危险。由于红外线和紫外线不可见，观测过程中难以意识到其存在，甚至难以及时发现其造成的损伤。所以为了安全，无论是望远镜还是长时裸眼目视观察，都要使用巴德膜等专用太阳减光措施。
注意使用X光片的方法只能用于短时目视观测日食，不适合长时间裸眼观测，更不能用于望远镜。来源：爱卡论坛
3、使用普通的ND3.0（ND1000）滤镜装在摄影镜头前面观察太阳
前置的ND1000是风光摄影常用滤镜，能将光线减弱1000倍从而进行长曝光摄影。这种滤镜看起来几乎就是全黑的，好像可以用来观察太阳。但与第2个反例相似，首先单片ND1000滤镜的减光比例不高（相比巴德膜），不足以用于长期目视或通过长焦镜头观测；其次部分ND1000滤镜（特别是便宜的那些）只能将可见光减弱1000倍，而对红外线的削弱能力十分有限，安装后仍然会有大量的红外线透过，从而损害人眼或者相机。
部分ND1000滤镜带有红外截止功能，判断方法与第三节“观测太阳手段2：赫歇尔棱镜”中提到的方法一致，即倾斜滤镜判断滤镜表面反光是否变为黑红色。如果你已经有两片有红外截止能力的ND1000滤镜，那么将两片滤镜叠加装在镜头前面（能将光线减弱100万倍）就可以安全目视太阳，也不必担心红外线伤害。
但如果是全新购买，这种滤镜偏贵，叠加两片还存在多层镜片之间的反光问题，并不如直接购买巴德膜来的简单方便。
*关于衰减率的说明：为了表述简洁，本文中采用口语化的“减弱xx倍”或“衰减xx倍”表示“减弱到xx分之一”
本文荣誉：获2024全国天文科普作品征集活动优秀奖
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