黑夜给了我黑色的眼睛,我却用它来映照天空
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化工小编
化学工业出版社
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cip1953
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做有温度的知识传播者。
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Cloud & Atmospheric Optics Atlas
诗人礼赞天空,歌者咏叹天空,画家装裱天空,乐手奏和天空。天空如诗、如歌、如画、如曲,很少有人会不喜爱天空。天空给智者带来启发,令文学家迸发灵感,让飞行员心生向往,并赠予所有人梦想。而这一切美好,很简单地源自天空的美观与神奇。
湛蓝的天空令人心旷神怡,云朵的出现又将天空点缀成美的画卷。即便是这样最常见的蓝天白云,就已吸引世上的大部分人成为天空的忠实拥趸,更不用说天空中有时会出现的奇观:一些神奇的光、色彩或罕见的特殊天象。
说起来,任何一个人,只要曾躺在草坪上欣赏天空、驻足凝望白云变幻、感动于一场惊艳的晚霞、惊喜于雨后彩虹的出现,或是对天空中任何美景与奇观产生过兴趣与关注,就毫无疑问地是爱天空的人,是我们的伙伴。
在此之前,你可能孤单地爱着天空。但喜爱天空的人其实如此多,遍布各地、各行、各业,人们对天空的喜爱,超越国籍甚至跨越时空。泰戈尔说“在哪里找到了朋友,我就在哪里重生”(Where to find a friend, where I was reborn)。从今天起,你大可不必以为自己的爱好是小众的、孤单的。
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“天空有多高”是一个浪漫又哲学的话题。它可能跨越了时空,被任何时代、地点的人们遥想过并憧憬过答案。
1862年,探险飞行家亨利•考克斯韦尔(Henry Coxwell)与气象学者詹姆斯• 格莱舍(James Glaisher)乘坐热气球升至万米高空,在失温、缺氧的环境下,舍命一搏,在濒临死亡又用尽最后一丝力气脱险之际,代表人类首次看到了高达11000m的天空。那是一种深邃的蓝。91年后,首次登顶珠峰的人类,大概目睹了相似的深蓝天空。
20世纪30年代,当人类利用特制的热气球,首次升达平流层两万米左右的天空时,蓝天的上限被初次测得:当热气球的高度超过10km,天空开始明显地变为暗蓝色;在超过18km高度时,天空已几乎和夜空一样漆黑。
若是以蓝色的消失作为天空的上限,则天空只有十几千米“高”。高海拔的天空蓝色会减少,而越来越接近太空本来的黑色。在雪域神山脚下世代生活的中国西藏人民,大概早就知道了这种现象。但人类明白其原因,却迟至1871年。1862年的热气球大冒险中,两位传奇人物只感受到了大气变得稀薄,却还并不知道“随着高度的升高,大气散射的随之减弱”才是天空蓝色减弱的真实原因。
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为了更准确地描述天空的颜色,瑞士博物学家霍勒斯•贝内迪克特•德•索绪尔(Horace-Bénédict de Saussure)于1740年发明了名为天蓝计(Cyanometer)的色板。这种道具是将经过染色后人为指定的几十个深浅不一的蓝色色度赋予编号,通过对“某一观察时刻天空最蓝方位”(一般取顺光方位、反日点附近的天空)进行比对,来以色板上的对应数字记录天空蓝度。
最初的天蓝计的色彩选用缺乏科学性,在天空色彩的奥秘于19~20世纪被人类所真正理解后,基于科学计算所选定的颜色令天蓝计的设计变得更加合理。
各国具有相似但彼此不同的天空蓝度标准,但每个国家只有一个通用的标准,以使该国的记录具有统一尺度下的科学性。中国的天蓝计定色标准,由李亚鸿先生所创制,经改良,形成了中国首个通用标准。希望对天空蓝色进行准确记录和描述的人们,为了避免照相存在的色彩失真,可以选用此标准来记录天空,并分享出来进行诸如“我曾见过多蓝的天空”的趣味性挑战。
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墨镜是每一个爱天空的人必备的道具。它的作用是保护眼睛和帮助我们发现那些隐藏在过于明亮背景中的天象。墨镜对于观察云的细节,也有良好的作用。
许多大气光象出现在太阳周围,观察它们时切记一定不要用肉眼直视太阳,而要在有防护功能的墨镜的保护下进行。当墨镜令我们眼中的天空变暗时,望向太阳才变得安全,这同时能令许多程度较弱的光象变得更加清晰可辨。
天象/天空奇观爱好者所使用的墨镜最好是黑色,避免使用一些会为天空蒙上奇异颜色的有色墨镜——那将会干扰我们对天空中出现的色彩的判断和准确地描述它们。
照相与录像是当代最重要的天空记录方法,我们希望爱好者们在观察与欣赏的同时,能够使用照相机与录像机将天象/天空奇观尽量详尽地记录下来,这对于分享天空的美观与神奇、对于鉴定和研究一些罕见天象种类与特殊情况,都是非常必要的。注意用长焦镜头去观察和拍摄太阳时,一定要做减光防护处理,以保护眼睛及相机设备。
大部分影像器材都会提供多种色彩风格模式,我们建议大家使用其中最接近真实色彩的那一种——通常叫作“标准模式”(Standard Style),来记录天空。拍摄raw文件将比只拥有jpg图像文件更利于保存更多的关于天空色彩信息的细节。
更加资深的爱好者,有时会利用探空气球来观察天空。将轻便型照相、录像设备随气球升上数千米乃至两万米以上的高空,可以看到无人机所不能到达的天空视角。在两万米以上的高空,视角已经有些接近空间站宇航员看地球的“太空视角”,非常与众不同,还能记录到一些只有在此视角下才看得到的特大尺度的云景观。这需要上万元的投资,且器材经常随气球丢失而损失,因此,若不是对天空爱到深入骨髓的人,请勿轻易尝试。
为了更有效地追逐天象和尽量丰富观察天空的视角,汽车、火车、飞机都可以成为我们的“道具”。在交通方面的基础建设傲立世界的当代中国,坐着高铁追击天象已成为一种花销不高的有效收获方式,而根据想要看到的天象和天空奇观的种类合理地规划在飞航途中的座位,更是如今的爱好者们所必备的技能。
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正确地测定天象的大小,是鉴别某些天象的重要依据。过去,科学家们利用天文仪器、航海仪器可以对天象的大小进行精确的测定,但这种测量操作烦琐,往往耗时较长,且设备通常不便随身携带。
在没有成熟、廉价的照相设备的时代,测量耗时较长造成了一些历史悬案。在西方过去一二百年所记录的一些冰晕科学简图中,出现过“不同太阳高度角下的冰晕景象被画在同一张天空速写简图上”的情况。这并不是过去的观测者画不准图像,根据合理猜测,这是由于他们测定复杂冰晕组合中的各个冰晕种类时花费了太多的时间,太阳高度已发生明显变化,故而,那些后被测定和绘画的种类,与先进行测定和绘画的种类具有相互矛盾的高度角,它们按常理不可能同时出现。
对于一般的天空爱好者而言,当代十分普及的照相器材,已能提供用于测定天象大小的可靠素材——只需获悉图像的等效焦距,便可以换算出画中景物的角度大小。但是,对于忘记携带可拍照器材的情况,经验不足者就难以准确地判断某些天象了。
在这种情况下,一些手势可以用来帮助我们判定天象的大小。请将手臂向前方充分伸直,按照下页图所示,分别做出伸出小指、竖拇指、三指并拢、握拳、伸出食指和小拇指、“六字”这几种常见手势,它们将分别代表约1°、2°、5°、10°、15°、22°的视角,利用它们,可以测定天空中出现的景观的视觉大小。
云这样的实体景物会随着高度、距离的变化而呈近大远小的变化,我们利用手势所能测定的,是它们在地球表面的人们眼中看起来的大小,是视觉大小,而不是它们真实的科学意义上的尺寸。而大气光象是虚像,不存在近大远小的透视变化,因此它们的视觉大小,就是它们在科学意义上的大小。
任何成大层的云,如果由大量密集且较均匀的云素(团块或条块)构成,则都适用于以手势来判定云属。在进行无仪器辅助的观测时,云素小于1°(小指宽度)者均判定为卷积云;云素大于5°(食指、中指、无名指三指并拢的总宽度)者均判定为层积云;云素介于1°~5°之间者,均判定为高积云。
在掌握了这项观云识天的基本技术后,我们自己的双手就成了量天尺,任何人都可以随时对天象大小进行评估。即使你还是对天象一无所知的初学者,也可以轻松地区别22°晕与46°晕。
为了贯彻我们对天空的挚爱,当天象/天空奇观出现时,请不要介意在人群中做出这些看似有些尴尬,其实内涵满满的手势。
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