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天体摄影基础——进阶天文摄影

(2007年06月12日 20:53:49)
来源:北大青年天文学会

□作者:

[1]



进阶天文摄影

一.天文摄影的特性:

  天文摄影的对象是暗淡的天体,需要消除的是地球的自转,所以必须使用特别的器材,做极长时间的曝光。

二.天文摄影失败的原因:

  (一)极轴不准:蒙气差

  虽然使用极轴望远镜来对正极轴的精度相当高,对于短焦距的望远镜追踪摄影及观测绰绰有余。但对长焦距的摄影,例如:1000mm的焦距,要求的对极轴精确度就要很高了!这就不是光靠极轴望远镜对极轴就够的。当赤道仪的极轴望远镜使用于低纬度的地区时,大气折射所产生的影响使得要精确地对正极轴几乎是不可能的。大气折射对星星确实位置的影响如下:

星星高度 蒙气差(大气折射量)   星星高度  蒙气差(大气折射量)
  10°    0°5' 17"         20°    0°2' 38"
  30°    0°1' 40"         40°    0°1' 09"

  因大气折射,实际星星的位置会比观测的位置低,在台湾北极星的高度约25度,所受蒙气差的影响约2分角,也就是说就算你把北极星对到同心圆漂亮地绕着望远镜极轴中心转的程度,实际上仍有约2分角的误差。那么以极轴望远镜中心偏上2分角位置为正确赤道仪中心来对准,应该可以校正这2分的误差。可是赤道仪出厂时,极望与机械轴偏心仍有误差量,也就是说改善是有限度的。

   精确的对好极轴是不需要极轴望远镜的,但是有极轴望远镜可以先把极轴对得差不多,更方便我们用这一方法。这法子其实是很古老的,基本而有效,可以精确到令人满意的程度。

   △精确对极轴的方法

   固定式观测站,天文台的望远镜或是要求长焦距的天文摄影时,需要极精确地对准极轴,上述的方法是不够的。下面是一个精确对极轴的方法(drift method):

  1.先以上述方法对好极轴。

  2.

  3.drift-漂移法。

  a.使用巴洛镜及有视野照明的十字线目镜,尽量提高望远镜倍率,倍率越高,极轴可以对得越准确。

  b.将一颗在天顶子午线附近离天球赤道5°以内的亮星导入望远镜视野内,天球赤道的赤纬值是0°。

  c.将星星置入十字线交点中心,切换赤纬马达至「高速」运转模式,驱动赤纬马达使星星移动,调整目镜使星星沿着十字线中的一条重合运动,此方向即为赤纬方向;另一条线与星星移动方向垂直,即为赤经方向。

  d.监视亮星在赤纬方向上的漂移,调整「水平方位微调钮」使亮星回到赤纬线上,直到亮星一直保持在赤纬线上,没有赤纬方向上的漂移运动为止。请忽略任何赤经方向上的漂移量。

  e.重复同样的程序,将一颗在东方高度20°以上附近离天球赤道5°以内的亮星导入望远镜视野内,重复步骤c,只监视亮星在赤纬方向上的漂移,调整「倾斜角微调钮」使亮星回到赤纬线上,直到亮星一直保持在赤纬线上,没有赤纬方向上的漂移运动为止,请忽略任何赤经方向上的漂移量。这样一来,在任何观测及摄影的场合下,赤纬几乎不会有任何的漂移;可以完全地忽略赤纬的修正,所有的可能误差来自于赤经轴蜗杆蜗轮的周期性运动及大气折射的效应,只需要考虑赤经方向上的修正。这也适用于没有赤纬马达电动修正的赤道仪欲从事长焦距天文摄影的时候使用。

  (二)导星不精确:

  在准确对正极轴后,仍然会有摄影失败的情形发生,这时大部份的原因出现在导星精度不够的问题上。以vixen生产的GA-4导星监视器来说,如果被导星保持在最内圈的范围内移动,并且要求星点在底片上的移动范围大小在20μ以内,这种条件下,主镜焦距上限是导星镜焦距的0.8倍。可是大部份的导星镜焦距都比主镜短,所以必须要提高导星的精度,才能弥补导星镜焦距之不足。适当的做法是:让被导星保持在最内圈的 1/2或1/4内移动,也可以把被导星放在垂直线相交处,利用缩小范围的方式来提高导星的精度,精度最高可让主镜焦距是导星镜的1.5倍。

  (三)整体强度不足:

  当极轴对得正,导星导得准,在经过一个小时的曝光后,星点仍然莫名其妙的拖迹,这是会让人捉狂的。仔细检查底片,这种拖迹方向通当不是赤经或赤纬方向,这种追踪失败是因为主镜、导星镜或云台板的强度不足。强度不足最常出现的地方是:主镜对焦座、导星镜对焦座、导星镜目镜座、接环及云台板上。经过长时间的曝光后,主镜、导星镜等都会有极轻量的变形,而且曝光愈久愈会有这个问题,这些变形量总合后,对长焦距摄影是一个不能忽视的问题。

  (四)选错底片:

   恒星、星团、星系及反射型散光星云(如M45)的光属于连续光谱,而发射型星云--红色星云及行星状星云来的光,则主要集中在Hα(6563A)及〔N II 〕(6548A、6584A)、其次有Hβ(4861A)、〔O III 〕(4959A、5007A)及〔O II 〕(3726A、3727A)等。Hα及〔N II 〕的是红色光,这也就是这些星云呈红色的原因。对这些色光来说,大部份的黑白底片都不能感光到6500A的红色光,只有TP底片例外。这也就是说,如果拿T-MAX底片来拍北美洲星云,曝光再久都不能拍出充足的影像。对彩色底片来说,也有这个问题。各家厂商的彩色底片在低照度倒数率失效下,特性都不太一样,所以会有同样拍北美洲星云,同样仪器及曝光条件下,甲牌底片及乙牌底片会有不同的表现。自己必须了解自己常用底片的特性。

  (五)曝光不足:

   天文摄影是在拍摄极暗淡的光源,对这么暗的光来说,底片的倒数率失效是很严重的。如果我们根据某作品的曝光时间,单纯地转成自己光学系统的曝光时间,这通常是不行的。例如:F2.8的光学系统曝光20分钟,则F5.6的光学系统曝光就不能是20分X4=80分,用F5.6/80分钟是拍不出与F2.8/20分钟同样的影像浓度的。这是因为底片的倒数率失效让底片的感度大大地下降了。为了影像品质而选择低感度的底片,但却要付出极长时间曝光的代价,通常是不会成功的。

   解决的方法有:氢气增感、冷冻相机、负片重迭及增感显影等。

   氢气增感:将底片乳剂中的O2、H2O等气体抽离,以抑制倒数率失效,再利用氢气让底片产生轻微化学感光,可以有效提升底片感度3~10之多。

   冷冻相机:利用干冰将底片温度降到零下70度以下,以抑制倒数率失效,可以有3~4倍的增感效果。但在实用上,要冷却底片不难,要防止底片结霜才是大困难。

   负片重迭:将二张同内容、曝光较短的负片重迭洗相,会得到比单一张但二倍曝光时间的相片更强的影像。这是利用二张负片重迭后,影像反差大增的现像来弥补曝光时间的缩短。

   增感显影:这是指拍摄完毕后,在底片显影时延长显影时间以提高底片影像浓度的方法。适用于TP、T-MAX等黑白底片及彩色正片,负片则效果有限。


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