动手测量太阳直径

◎文/图 中国科学院国家天文台 郭红锋

动手测量太阳直径

◎文/图 中国科学院国家天文台 郭红锋

太阳有多大？相当于30万个地球那么大。要测量出这个庞然大物的直径可不容易。

别急，让我们利用下面的小孔成像知识，你就可以亲手测量太阳直径啦。

光在空气中沿直线传播，这可以从物体的影子来证明，例如一束光照射到不透明的物体上，物体的后方就会呈现出影子。

小孔成像就是光沿着直线传播的结果。用一个带有小孔的板子遮挡在屏幕与物体之间，屏幕上就会形成物体的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。这种现象反映了光沿直线传播的性质。如小孔成像示意图所示，光线1（火焰头）通过小孔成像到了下边，光线3（蜡烛底）通过小孔成像到了上边，整个成像是倒立的实像。

我们利用小孔成像原理，可以测量太阳直径等有价值的科学数据。

小孔成像示意图

请准备：

1. 准备材料：剪刀、胶水、尺子、A4白纸若干张、直径5厘米圆形（或方形）白纸2片、缝衣针（或铅笔）；

2. 把A4白纸长边卷成直径2～3厘米的长筒，如图1，然后把边缘粘合；

图1：制作长筒

3. 用直径大于圆筒（例如4～5厘米）的白纸屏分别粘在纸筒两端，并在一端的白纸屏中心用缝衣针（或铅笔尖）扎一个直径约1毫米的小孔，如图2。

测量与计算

1.在阳光下，把做好的小孔成像纸筒，扎孔的一端指向太阳，眼睛在后端纸屏上观看太阳的像斑。注意眼睛、纸筒和太阳要成一条直线，此时你会在纸筒后端的纸屏上看到一个亮的小圆斑，这就是太阳通过小孔在纸屏上成的像，如图3；

图3：小孔成像实验

2.你也可以把做好的小孔实验纸筒放在桌子上，找一个垫物让纸筒倾斜向太阳，调整倾斜度直至后端纸屏上出现太阳的像斑（圆斑），如图4；

图4：当纸筒对准太阳时，后端纸屏上出现的太阳像斑

调节的方法：

1. 左右方向调，使纸筒对准太阳方向；

2. 垫物在纸筒前后移动，使纸筒倾斜（高低）角度变化，直至纸筒上部表面的亮光逐渐褪去，使纸筒的倾斜度与太阳高度保持一致，这时在后端纸屏上就会看到太阳的像斑了。

3.用尺子量出圆斑的直径，记录数据，如图5；想一想：

图5：用尺子量出圆斑的直径

把你的计算结果与科学家给出的太阳直径的精确数据（1392000千米）进行比较，看看你的误差有多大？

4.计算太阳直径：

根据图6，用三角形相似的原理，可以列出以下算式算出直径：

D（太阳直径）=d×H/h

这里H是地球到太阳的距离（我们采用日地平均距离1.5亿千米代入）；h是两个纸屏间的距离，我们实验中用的A4纸有规范尺寸（210mm×297mm），所以h就是A4纸长边的长度，即297毫米；而d是太阳像斑的直径，是我们实验测量的数据。请把这3个数据换算成统一的单位（例如千米或毫米），然后代入算式计算。

图6：算出太阳直径