科学、安全的日(全)食目视观测
陈 韬
人类在地球上能够欣赏到的最摄人心魄的天象非日全食莫属。试想白昼里日光瞬间昏暗，站在寂寥的旷野，目睹着被美丽日冕环绕的月面黑点——虽然只有短短的几分钟，但绝对堪称神奇，令人惊叹不已，为此吸引了成千上万的天文学家及业余天文爱好者。
在日全食发生前后的几个小时时间内，地处全食带之外，都只能看到日偏食，这时用肉眼直接看太阳显然是很危险的。日食发生时太阳并不会发出特殊的射线，问题是人们总是认为当你知道有什么情况正在发生时会去直视太阳更具有诱惑力，尽管此时阳光对眼睛的伤害并不会比平日里更严重。在通常情况下，太阳光非常强烈，你很难不眨眼就直视太阳，但日全食发生前的几分钟，太阳光大大减弱，你不会因阳光太强而眨眼，可就是残余太阳光球层的那一点点光也足以伤害你的视网膜。因此在日偏食的时候，千万不要用肉眼直视太阳，可以通过特制的日食眼镜小孔成像或投影的方法来观看。
很多人错误地以为看到日面被遮挡住90％甚至99％的“全食”与100％的日全食相差无几，事实上由于平日的太阳要比日冕亮100万倍，所以即使是当日面被遮挡了90％时，日面的光仍比日冕要亮10万倍，同理可以推知99％被遮挡住的日面亮度是日冕的1万倍。因此上述情况下的太阳光仍然强得足以使天空呈现通常的蓝色，而你还是看不到日冕。日全食时，真正最激动人心、值得期待的现象只有当日面的99.9％都被遮住时才开始。值得一提的是，只要太阳光球没有被完全遮住，用眼睛直视太阳都是危险的，但在日全食发生的那一瞬间，跟满月亮度接近的日冕是可以用肉眼安全地直视的，不会人眼及视网膜造成伤害。
因此，观看日（全）食时如果你不采取适当的防护措施，而直接观测太阳是异常危险的。太阳光辐射到地球的波段范围是由波长290nm的紫外线, 一直延伸到米波长的无线电波。人眼的视觉组织会吸收很大一部分的辐射线（380-1400nm）到眼睛后部的光敏视网膜，可使眼睛及皮肤外层加速老化, 并会引发白内障。在日食时，不适当地观看太阳，会导致“日食盲”或烧伤视网膜。
强烈的可见光照射视网膜，会造成视杆和视锥细胞的损坏，可引起视锥和视杆细胞内产生一连串复杂的化学反应。由光化学所产生的化学物质损害视觉细胞, 减低它们的感光度, 极端的情況可以破坏细胞，视破坏的程度, 受害者会出现暂时失明或者永久失明的情況。这种光化学的损害, 主要来自蓝光和绿光对视网膜的照射。较长波长的可见光(紅光)及紅外线, 会被视网膜以下的黑色素所吸收, 并转化成热量灼伤受照射的组织；蓝光及绿光也会产生这种热灼伤，灼伤可以破坏视锥及视杆, 在视网膜上留下一个永久失明区。对应每种波长的光都有一个极限值, 超过这个极限值就能使视网膜受到损害，对于较短波长的光幅射, 这个极限值的能量强度较低。在不适当的保护下观测太阳是极度危险的, 因为光照造成的视网膜损伤是不会产生痛楚的 (视网膜上没有痛觉神经), 然而视网膜会在受损后最少数小时后才会出现征状！
只有在月球完全覆盖太阳的时候，用肉眼看日食才是安全的。在环食和偏食的时候，没有适当的设备和技术，看太阳均是危险的。即使在太阳表面99％被覆盖（光球）时，太阳亮度和日落时的差不多，剩余的光球部分的亮度仍足够造成视网膜烧伤，亦可能导致永久性眼睛损伤或视力严重下降。
观测及拍摄日偏食和日环食的方法，与观测日全食食既前与生光后没被遮盖的光球部分所用的方法一样，最安全和最廉价的方法是通过投影、针孔等方法来看太阳的影像。如：多孔的万能电路板、宽松的编织草帽、甚至交错的手指，都可以使太阳在屏幕上成像。在宽大叶子的树下，也可以在地面看到类似的效果：互相重叠的树叶形成无数小孔，在地面上展现无数新月形的影像。而使用安装在三脚架上的双筒望远镜或小型望远镜也可用于将放大了的太阳影像投射到白纸上观看。在非食甚时，所有这些方法可以为一个队伍的观测者提供一个安全的观测平台。但必须谨慎小心，确保没人会通过望远镜观测。投影方法的主要优势是，没有人直接看太阳。其不足之处在于，屏幕必须离开小孔至少1米，使取得的太阳图像，大到足以轻松看见。
只有使用了专门设计来保护眼睛的滤镜，才能直接看太阳。大多数这样的滤镜表面有一层薄薄的铬合金或铝合金，来减弱可见光和近红外辐射。一个安全的太阳滤镜应透过小于0.003 ％ （密度? 4.5 ） 的可见光(380至780 nm)和不超过0.5 ％ （密度? 2.3 ）的近红外辐射(780到1400nm） 。下图显示了可供选择的太阳滤镜的光谱灵敏度。（密度Density值越低, 安全性越低。）
其中作太阳观测最广泛使用的滤镜是可以从五金店买到的焊接用的14号密度玻璃。一个流行又廉价的替代方案是专为太阳观测制造的镀铝聚酯薄膜。不同于焊接用的玻璃，镀铝薄膜可以剪裁得适合任何观测设备，还不会摔破。许多经验丰富的天文爱好者用一或两张黑白负片叠加起来，而获得最大密度来观察太阳。负片感光剂中的金属银，就是保护眼睛的滤镜。但是一些新出的黑白负片用染料来代替金属银，所以如果我们用其来观察太阳，是不安全的。有影像的黑白负片 (例如X光片)同样不适合。有些天文爱好者会使用软盘和光盘（包括CD和CD - ROM）作为保护的滤镜。他们盖住中心孔，通过磁盘介质来观测。然而，相比焊接用的玻璃和镀铝薄膜，软盘和CD的光学性能较差。一些CD的铝涂料非常薄，是不安全的。如果你可以透过CD看到室内灯光，千万不要用次CD盘来观测太阳！只有专门设计用于设备上作太阳观测的滤镜，才能安装于观测设备上（例如：双筒望远镜，单筒望远镜，摄像机），并且安装在朝向太阳的那端。
不安全的滤镜包括：任何彩色负片、不含银的黑白负片、有影像的负片(X光片及摄影带)、燻黑的玻璃、太阳眼镜、拍摄用中性减光滤镜、偏光镜。大部份不安全的滤镜都能使高能量而不可见的红外线穿透,能使视网膜灼伤。即使透过这些滤镜看太阳,眼睛并没有感到不适,亦不能保证滤镜是安全的。某些廉价的望远镜在目镜端可附加太阳滤镜用来观测也是不安全的，这些减光的太阳滤镜会因阳光聚焦变热而随时爆裂,观测者的视网膜会在迅雷不及掩耳的情况下受到伤害。以上这些不安全的滤镜强烈建议避免使用。
平日的紫外线辐射（波长315和380纳米之间）在太阳光下也可能对视网膜产生不利影响。一个正常的人眼，紫外线辐射不会伤害视网膜，因为它被晶状体吸收掉了。在无晶状体情况下，在正常的情况下暴露于紫外线辐射下，确实可能引起慢性视网膜损伤。然而，本文讨论的太阳滤镜中太阳紫外线辐射水平远远低于最低允许紫外线规定的照射量，因此通过适当的滤镜，对于患有白内障，先天晶状体切除者、隐形眼镜携带者人工晶状体植入者，通过安全的太阳滤镜观看日食均不会对视网膜造成损伤及伤害。
忠告：希望大家在观测和欣赏日（全）食的同时一定要使用专用安全的太阳滤镜，强烈建议不要用肉眼直接观察的太阳，避免对人眼造成暂时或永久的伤害。
本文资料来源于：NASA网站、日食先生网站及香港天文论坛，详细内容可参考以下地址：
http://www.mreclipse.com/Special/filters.html
http://eclipse.gsfc.nasa.gov/SEhelp/safety2.html
http://www.hkastroforum.net/viewtopic.php?t=5947
