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星空隨筆(八):觀星筆

2019/8/7 — 17:22

觀星筆,又稱為激光筆,天文愛好者對它可說是又愛又恨。

未有觀星筆之前,我通常是帶一支很長、很粗,要入四粒電入去,射上天空有條光柱的電筒去教睇星,但很容易就會沒電,變得暗弱及並非所有人都知道你講緊那一粒星星。

十多年前,當我第一次接觸觀星筆的時候,真的覺得觀星筆很厲害,而且非常方便,只要把觀星筆對準你要講解的星體,就可以出現一條線,對於學習觀星的同學和市民來說,真是清晰易明。

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為何說觀星筆對天文愛好者又愛又恨,因為自從出現觀星筆之後,它很多時間影響了拍攝天文相片的人,只要觀星筆劃過的天空,就會在天文相片上留下一條線,影響了拍攝中的相片。要知道,有些天文相片要長時間曝光拍攝很多小時,只是你某一時間指示星空的方便,便破壞了其他人的心血和時間。記得在 2017 年的英仙座流星雨,在大坳門公園,很多人在拍攝流星雨,只要你一開綠色激光指上天空,就會有大量的人用粗口鬧你,這種場合不用觀星筆,也屬於觀星的禮儀。

甚麼是激光?

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激光 Laser 全名是 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ,它是一種光束,由刺激原子令電子躍遷到高能量的層階,並做到居量反轉 (population inversion) ,當高能階的電子較多,利用兩鏡之間的距離的選擇,產生具有同調性 (Coherence 即相同頻率、相位、前進方向) 的增強光子束。

簡單而言,天文用的激光就是一種能夠令光線增強,並且集中的光束。圖一顯示一些天文觀測站導星時使用的強力激光。

圖一:天文觀測站使用的導星用的強力激光

圖一:天文觀測站使用的導星用的強力激光

觀星筆危險嗎?

很多人都說,這些激光筆十分危險,一看就會盲,為了安全起見,我們也不會給小朋友使用。那究竟這些筆有多危險呢?

讓我們看看手中的觀星筆

圖二是我朋友家中的觀星筆,寫著 < 200mW, wavelength 532nm, Class IIIb

圖三是我家中的觀星筆,寫著 < 50mW, wavelength 532nm, Class IIIb

圖二:朋友家中的觀星筆

圖二:朋友家中的觀星筆

圖三:我家中的觀星筆

圖三:我家中的觀星筆

先講較簡單的 wavelength 532nm 即光線的波長是 532 納米即是會發出綠色的光,天文觀星通常會用綠色的激光,因為對於人眼,較容易看到和適應。

激光分為不同的類別: Class 1, 1M, 2, 2M, 3R, 3B, 4. 而我們的激光筆上面清楚寫明是屬於 Class IIIb 即是 3B 級別。

政府機電工程處的網頁所示:

第 3B 類激光產品

  • 直視光束可能會有危險,不過,在某些條件下通過漫反射體來看光束是安全的
  • 連續波輸出功率不超逾 0.5 瓦
  • 例子:用於物理治療的激光器

它說的漫反射 (diffuse reflection) 就是從其他角度看這束激光。而連續輸出功率不超過 0.5W 如果轉做 mW 即等於 500mW 。

看回圖二和圖三,輸出功率低於 50mW 及 200mW 都低於 500mW 輸出數值。再者,一般輸出的功率都比寫著的更低,那個數字只是最大功率而言。

那麼對眼睛有沒有害處呢?可以參考此網頁

圖四:激光近距離照射眼睛,對視力的影響
Image Courtesy of LaserPointerSafety.com

圖四:激光近距離照射眼睛,對視力的影響
Image Courtesy of LaserPointerSafety.com

根據網頁所講, IIIB 及 IV 是會對眼睛做成影響,隨著激光的強度增加,影響會更大。圖四講解例如 IIIB 的激光如果近距離照射眼睛1/4秒會有中度至高度的損害,而它也說如果距離增加或照射時間減少,損害亦會減少。

而它在網頁中有另外一個大表,舉出了一個數據是 500mW 的激光在 160 米外照射眼睛是安全的。如果是觀測漫反射出來的光線,也是安全的。要令皮膚感到熱力,也只有在長時間近距離照射才會有感覺。

如果利用 Inverse square law 去計算,從上面的網頁的四個數據 1mW (7m 外安全)、 5mW (16 米外安全)、 500mW (160m 外安全)、 1500mW (275 米外安全)

可計算出常數約為 1.95 x 10-5 至 2.05 x 10-5 之間:

P / r² = constant 常數

P = laser pointer output power 激光輸出功率

r = safety distance 安全距離

那麼家中的觀星筆 50mW 則在 50 米外很安全, 200mW 的觀星筆則要在 100 米外才安全。此外,如果激光經過一段長時間,仍然高度集中,就會較為危險。由於所有這些資料都只是實驗數據,可能有些少誤差,敬請留意。

激光筆並非激光槍

激光槍需要以千計的輸出功率,相比 50mW 的激光筆大幾十倍,不可以相提並論。

很多大學研究院內的實驗室使用的激光也比激光筆強很多倍,必須載上保護眼鏡才可以望它們的漫反射光線。

觀星筆的使用

總括而言,觀星筆始終是激光,雖然遠距離照射是安全,但是我們也不建議照向人的眼睛或照向天上的飛機,應作正確用途,指向要介紹的星星就可以。觀星筆不應該給小朋友使用。不使用時,就把電源除掉,那就更安全了。

我們的天文學會也曾試過集體訂購觀星筆,方便在指導觀星時使用。主要是在深水埗鴨寮街購買或在外國訂購。

觀星筆作為尋星鏡使用

觀星筆接駁望遠鏡(圖五)或附有激光的尋星鏡(圖六)也不是甚麼新事物,只要望遠鏡與尋星鏡,兩者平衡就可以。

圖五:觀星筆接駁望遠鏡
Image Courtesy of Sky and Telescope.com

圖五:觀星筆接駁望遠鏡
Image Courtesy of Sky and Telescope.com

圖六:激光導星儀
Image Courtesy of Saxon

圖六:激光導星儀
Image Courtesy of Saxon

希望上面文章令大家對觀星筆有更多了解,亦懂得如何善用儀器去推廣天文。

 

 

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