[原创]千岛湖青年旅舍观星星必备：天文摄影入门

因子 · 发表于 2006-12-27 09:38

千岛湖青年旅舍观星星必备：天文摄影入门谈对于大多数人来说，要拍出精彩的天文照片极其困难。将你喜欢的天体记录到底片上去，无论是巴纳德星的蛇行还是仙女座大星云，都需要反复实践，经过多次失败和错误之后，总能够获得成功。本文将谈一些天文摄影的入门知识，包括胶卷性能、照相机和望远镜的选择、用望远镜导星和用偏轴导星器导星的优缺点比较，以及极轴调整等。 胶卷的选择 让我们从许多未来的天文摄影家犯第一个错误的地方起步，那就是选择胶卷。由于我们拍摄的目标很暗，而天空背景相对来说比较亮，所以感光速度和反差就是挑选胶卷时首先要考虑的问题。感光速度标志着底片记录图象有多快，而反差则说明这种底片能记录明暗差别达到何种程度的图象。高反差底片可以突出地显示暗淡的星云和星团，低反差底片就做不到这一点。 市售的胶卷大多是为拍摄地球上的物体所设计，用的是低反差感光乳胶，适于在高反差的光照条件下使用。而且底片露光时间越长，其感光灵敏度就变得越差（这是一种称为“倒易率失效”的特性）。因此高速、低反差胶卷的效果通常不比速度较低的高反差胶卷更好。 在彩色胶卷中，反差和速度配合最佳、能够产生最丰富色彩的胶卷是Fujichrome100和新型中性粒度的Konica SRl600。1986年初上市的Fujichrome400也可列入这一类胶卷，但制造厂商为适应普通美术摄影的需要，大大降低了它的红光灵敏度，结果Fuji 100的红光灵敏度反而比Fuji 400高,而且前者的反差与后者相当；甚至更高。 Fujichrome l00和Konica SR1600也很适于敏化处理。敏化是一种能大大提高感光速度、消除倒易率失效的方法，现已成为改善胶卷性能的最普及手段之一。常用的放化法是将胶卷先放在真空环境里除去湿气，再封闭在一个容器里大约3天，容器里充满了由92％氮和8％氢组成的混合气体。胶卷经敏化后反差变得非常高。我建议在胶卷显影时不要用增强法（即通过延长显影时间或用增强显影液来提高反差），这只会使图象的粒度变得很粗，而胶卷的速度和反差只有少许提高或根本没有提高。 Fujichromel00和Konica SRl600都有良好的“红光响应”（即其乳胶层对红光的感光度）和“蓝光响应”。前者对拍摄发射星云（如红色的人马座三叶星云M20，礁湖星云M8和麒麟座玫瑰星云NGC2237），后者对拍摄蓝、绿色的问外星系和反射星云（如昴星团中的星云NGCl432）都有重要意义。如果照相系统的光圈小于f/4，应选择Konica SRl600胶卷，露光15～30分钟可获得很好的照片。为避免反差不足，特别是当露光超过10分钟时，可通过一个反差滤光镜拍摄。在f/4光圈时，Fuji 100在色反差和细粒方面是冠军。它在理想的黑夜里应该露光60～120分钟；用f/2拍摄，露光时间可缩短些，30分钟就能获得漂亮的图象。 若想拍摄幻灯片，或者嫌洗印照片太麻烦，不妨选用Ektachrome 400，只要露光10分钟。拍好的腔卷须请可靠的冲洗室处理，还要叮嘱冲洗室千万不要将胶卷剪开。在冲洗人员眼里，天文摄影作品与他们司空见惯的风景照片和生活场面大相径庭。一张只有若干细斑的空白底片往往被错当成照相机故障的产物，或者是初出茅庐的摄影者糟塌的胶卷。除非冲洗员已跟你有过很好的合作，否则还是你亲手来剪开胶卷为妥。

因子 · 发表于 2006-12-27 09:38

照相器材和导星 在选好胶卷以后，就该考虑用什么照相器材了。其实用你手头上现有的就行：一架普通的照相机、一具三脚架，再加一根快门线就能拍出漂亮的恒星迹线和流星照片，以及短暂露光拍摄星座。把装好胶卷的照相机牢固地安装在三脚架上，镜头光圈开到最大，距离定在“无限远”，对夜空作一系列从20秒到10分钟的露光。胶卷冲出后，你将看到短时间露光拍下的底片上只有肉眼所见最亮的星。露光较长的底片显出许多暗星，但这些星都呈现弧线状而不是点状，这是地球自转的结果。 要想让暗星也呈现细锐的点状，就要进行导星跟踪拍摄。最简单的办法是将照相机固定在赤道式装置的望远镜上，在欲拍摄的天区中选一颗引导星，用装有高倍目镜的主望远镜导星，始终使它保持在视场中央。这能使照片的分辨率达到1角分左右，对于短焦距镜头照相机来说已足够了。如果用长焦距望远镜头拍摄星空，为了保证长时间露光的跟踪精度，最好添置一个有照明十字丝或网格刻度的目镜、一个2倍或3倍的巴罗镜（一种使物镜焦距倍增的附加透镜），赤纬微调装置，以及变频马达驱动的控制器等。（译者注：我国南京天文仪器厂生产的120折反射望远镜可以满足长焦距镜头拍摄时的导星跟踪要求。） 拍摄月球和行星这类明亮目标，转仪钟可以提供一些便利，但并非必需。你一开始可试着在主焦点上短时间露光拍摄，等到有一定把握时，可逐渐延长露光时间，这时驱动马达控制器、赤纬慢动微调和若干跟踪一颗引导星的窍门都是必不可少的。为简单起见，建议用一架小型折射镜或长焦距反射望远镜固定在主望远镜上做导星镜。这里不需要一架大的导星镜，只要一架轻小的、你的赤道仪能带得动的即可。 导星时，用高倍目镜能使引导星看上去象个圆斑（“Airy斑”），并使它保持在十字丝中央。从一架6厘米口径的折射镜（120倍目镜）里看，Airy斑直径约有2.5角秒。如果你能够将导星控制在2个Airy斑之内，就能达到5角秒的分辨率，而一架20匣米施密特照相机的最高分辨率是3角秒。关键在于使导星精度与望远镜所能达到的分辨率相当。 还有一种“偏轴导星法”，即在望远镜和照相机机身中间加接一个称为“偏轴导星器”的附加装置，它的接环边缘有一块小小的反射镜或棱镜，能将主镜视场边缘的星光反射到偏轴导星器的目镜中。它帮你在照相视场以外寻找一颗引导星，从而省去导星望远镜。既减轻了赤道仪的负荷，也消除了由于“背”上导星镜后造成主望远镜的应力畸变，从而引起图象的歪曲。此法的缺点是偏轴导星器价格颇贵，而且在拍摄目标附近未必总能找到合适的引导星。这时你不仅看不见正在拍摄的天体，还必须到更远的地方去找寻引导星，它们也大多比较暗。 我自己倒从未遇到过导星镜与照相望远镜之间产生任何可以觉察到的重量麻烦，无论是我的6厘米折射镜还是11厘米的反射式导星镜都不算笨重。要是你认为导星很准确，却拍出了偏歪的星象，就可能遇到了望远镜系统的畸变问题，应当仔细查明望远镜上哪里是颤动点，给予加强：或者就改用偏轴导星器。

因子 · 发表于 2006-12-27 09:38

极轴的校准 导星是天文摄影者面临的最大挑战，你能精确地导星越久，露光时间也就越长，拍得的天体越暗。导星成功的关键之一是校准望远镜的极轴，极轴指向北天极的准确性将决定跟踪精度。 这里介绍一个简易的叉架式望远镜对极轴方法，它也适用于德国式赤道汉。定位刻度盘对你有帮助，但也并非必不可少。先粗略地将望远镜朝向北极星方向，并使赤纬盘指向定在90。上，这时镜筒同赤经轴平行，再装上最低倍率目镜。然后水平地转动望远镜基座。并调整仰角，使北极星位于视场中央，锁定赤纬轴。现在把望远镜绕赤经轴转大约100。，从目镜里可见恒星都在转动。若它们并不是绕着视场中央一点转，就微微转动整个装，置的仰角和水平角（但别再碰赤纬轴），直到把众星围绕的中心点调到视场正当中，这一点就是北天极。北天极位于离北极星大约l。、偏向北斗星“斗柄”末端处。在多次完成这项操作后，你会对自己能如此轻易、快捷地对准极轴而感到惊奇。 极轴的很小偏离也会在导星过程中反映出来。在短时间露光的照片上，极轴的一些小误差勉强可以掩饰过去，因为这时底片上恒星的偏转不明显。这种所谓的“场转”表现为底片上的星点都围绕引导星转，变成短弧线，是由于极轴没完全对准，导星时不断地手动补偿造成的。引导星离拍摄目标越远，极轴不准引起的“场转”越厉害假如引导星离目标有好几度远，连地球大气造成的光线屈折也足以产生小小的跟踪误差。 即使引导星位于拍摄天区的中央，长时间露光仍会使极轴的任何偏斜暴露出来。因此；最聪明的办法莫过于反复校准极轴，消除所有的误差。你可以将望远镜对准；颗既靠近天球赤道，又靠近子午线的亮星。用一个带十字丝的高倍目镜跟踪它，看它向北还是向南偏移。如果移向北方，表明望远镜极轴偏西了，星向南漂移则是极轴偏东。根据这个规律调整望远镜的方位角，直到恒星不再逃离十字丝。 接着再跟踪一颗位于东方地平线上20。左右。而且靠近天球赤道的恒星，仍注意它是否向北或向南偏移。北移是因为极轴太高，南移说明太低，相应调整望远镜仰角，直到这颗星能准确跟踪时为止。这种校准极轴的方法显然很费功夫，就是花去两、三小时也不足为奇。然而一旦完成后，在长时间露光拍摄时你会感到导星得心应手。

因子 · 发表于 2006-12-27 09:39

其他细节 许多天文照片毁在对焦不准上。你可以用一个放大镜或小望远镜来帮助观察照相机的取景投影屏。我认为防止对焦误差的最佳方法是用实际拍摄，即在粗略的焦点位置前后对一颗亮星试拍几次（露光1秒钟），小心记下每次露光的调焦位置。冲出胶卷后，用放大镜找出拍得最细的星点，便能确定调到哪个位置最准确了。照相机的取景投影屏多少有点偏离焦点平面，所以这种精确对焦是绝对必要的。 在拍摄时，要防止鼻尖或脚触及望远镜，以至在底片上产生许多“人造双星”。也要注意呼吸时别把水汽沾到折反射望远镜的改正透镜上。水汽是天文摄影伪大敌，即使在于燥的沙漠里；也要留神露水。若经常在湿度高的地方拍摄。可制作一个防露装置，方法是在镜筒前端缠绕适量电热丝，接在蓄电池上，使主镜（或折反射镜的改正透镜）微微加热，露水就不会凝结上去。如果拍摄地点有交流电源，用吹干头发的电吹风可以有效地加热望远镜或照相机镜头，防止露水。你还得做一个防露罩，其长度至少等于望远镜口径，或者更长一些。 出没不定的夜航飞机或过往汽车、行人的灯光会不时干扰天文摄影，可用硬卡纸做一个L型遮光罩，以便暂时搁在镜头前挡住干扰光源。这纸罩也可在有云飘过时挡住镜头，短时中断露光不会破坏拍摄效果。纸罩尽可能做得轻些，免得使用时撞动照相装置。

因子 · 发表于 2006-12-27 09:39

天文底片特性表 产品反差相对速度粒度 Kodakl000 低 2.0 粗 （敏化后）低 2.5 　 （用冷照相机）低 2.7 　 Fujil600 低 2.2 粗 （敏化后）低 3.2 　 KonicaSRl600 低 2.7 中 3M1000 中 1.8 粗 （敏化后）不推荐　　 Trix 中 1.2 中 （用冷照相机）中 2.0 　 Ektachrome400 中 1.2 中 （敏化后）中 1.7 　 （用冷照相机）中 2.3 　 Fuji100 中 0.7 细 （作负片）很高 1.4 　 敏化负片很高 2.0 　 103a 很高 1.5 中 （敏化后）很高 1.9～2.3 　 2415 很高 0.3 特细 （敏化后）很高 2.3 　 注：冷照相机是用特制的装置盛干冰，将照相机身冷却到零下十几摄氏度，这时底片的灵敏度可大大提高，倒易率失效也下降到可以忽略。

因子 · 发表于 2006-12-27 09:39

补充一点，敏化焦卷花销还是很大的，强烈推荐KODAK E100VS，我们这是50一卷，反转片不用敏化效果也会不错的。还有摄影不是光讲讲理论就行，得自己去拍，才能对暴光，底片有感觉。BY NEPTUNE “快门速度应该多少？”这是每一个天体摄影者每次进行天体拍照时所面临的一个重要问题。曝光过度会使得底片太黑而无法使用，曝光过少，底片上也不会形成清晰的图像，如果能够正确地曝光的话，则能够拍摄出黑白反差恰好的图像。那么，何谓天体摄影的“正确曝光”呢?这一术语常常会引起误解，因为所谓“正确的曝光”，是因不同目的而有所区别的。大体摄影不同于普通的摄影，它所表现的通常是黑暗的背景之上衬托着明亮的天体，或是其它行星上凹凸不平的地貌和云层，你的目标应该是通过恰当的曝光在底片上如实反映出你所需要的细节。 举一个例子：如果你摄制一张位于天鹅座中心天津四的照片，用一架普通相机和望远镜配合，怎样掌据正确的曝光时间呢?至少有三种答案，如果你仅想留下亮星和星座的倩影，那么正确的曝光时间应是较短的，即10秒。如果你想摄下暗至10等的星，曝光时间则要延长到25分钟，如果你想摄下银河中的星云和星团，则需要45分钟或更长的曝光时间。 对应每一张幻灯片所要追求的效果都有相应的曝光时间。 怎样才能摸索到合适的曝光时间?两条实际的经验告诉我们，首先要区分是底片(负片)还是幻灯片(反转片)。对于幻灯片，当你把所摄得的天体照片放入幻灯机，在天体周围没有轮廓，这就是正确的曝光。对于底片(负片)，如果能从一英寸大小的照片上(在最暗的区域)辩认出你所需要的细节，这就是成功的曝光。较黑的幻灯片投影出来后，比我们预想的要漂亮得多，较黑的底片(负片)能够印出非常好的效果。曝光过度的幻灯片一般体现不出原有颜色，没有阴影的底片(即没有我们感兴趣的黑色细节)是曝光不足造成的。 设想你已经照了两张木星的底片和幻灯片，焦距皆很清楚，但由于曝光时间不同，一张过亮，一张过黑，你怎样才能找到最好的曝光?首先将幻灯片放入幻灯机投影出来，距10～14英寸观察，然后自问：哪一张最黑并且所要看的部分又最亮，这张就是最佳的曝光。通过幻灯机观察，虽然那些较黑的画面看起来很好，但实际是曝光不足，并没有表现出原图像的最佳效果。 现在检查一下你的负片，你可以通过背景的清晰度来检查曝光是否正确，但这并不是你所需要的细节部分。如果底片上木星部位刚好亮得能够看出所有细节，并且画面轮廓清晰得足以表现出云带和大红斑，那么，这就是一张可以反映出木星的真实色调以及它表面各个精细部分的成功的照片。 当然，如果你在同样的照片上还要摄上木星的“小月亮”，那么还应加长曝光时间。这时底片上的木星像将会变得更黑，但这时木星的照片不仅具有清晰的结构，还有若干小月亮。 同样的曝光标准适用于恒星、银河、月亮、彗星等照片，对于这些照片选择1.0～1.5中密度的胶片为最好。 正确的曝光归结起来说，就是让适量的光到达胶片，曝光时间有很宽的范围。在天体摄影中，曝光时间可以在1/1000秒到1000分之间做出选择。快门开启的时间长短，可以控制光子到达胶片的数量，然而这是有一定限度的，因为你所拍摄的天体总是在移动着，如果望远镜没有跟踪装置，被摄物像变得模糊不清；或在你进行长时间曝光尚未完结时，黎明即已到来。在天体摄影中少于1/1000秒的曝光是不常用的，只有极少数的照相机快门具有1/1000秒的装置，而同时也只有极少数的天体容许使用这样短的曝光。利用曝光时间能够控制进入快门的光子的数量范围为60,000,000到1。

因子 · 发表于 2006-12-27 09:40

除了曝光时间外，你在拍摄天体照片的时候还应考虑望远镜光学系统本身的特性，这个特性通常用焦比来表示，即f/D(f：望远镜焦距，D：物镜孔径)。高质量的镜头f/D的值可以达到1，这类镜头在较短的曝光时间内，能够允许大量的光线到达胶片。你也许并不想要一个这样的镜头，因为你用一个长焦距镜头可以拍到一张特写画面，望远镜的焦距一般是其口径的4．5到15倍之间，当你需要更大的物像时，你可以用“目镜”将焦距增加到其口径的100倍，由于底片上像的亮度取决于焦比平方的倒数，则焦比在f/1一f/100之间，像的亮度变化在l一10,000范围之间。 胶片对于光的灵敏度(感应)是不一样的，感光最快的胶片要比最慢的对光的灵敏度高1,000倍。然而，感光慢的胶片也有它的优点。这就是颗粒较少。影像更富有轮廓。。胶片的感光速率由“ISO”来表示，这是由生产、胶片的厂家根据因际标准组织的规定而确定的，感光最快的胶片为IS01600，最慢的为ISO1或ISO2。选择胶片应该首先考虑基本轮廓的表现力。然而；在实际摄影过程中，当不允许使用感光较慢的胶片时(相对颗粒较少)，你必须使用快速胶片。 决定你应该怎样拍摄天体照片的因素，还有一个，这就是天体的亮度。天空中最明亮的天体是太阳，它比野外同样大小的漆黑天空要亮10兆倍，它的极高的亮度迫使你选择一种合适的胶片，一个合适的照比和一个合适的曝光时间，以便得到一张曝光正确的照计。 很明显，胶片感光速度、焦比和曝光时间之间是关联着的，它们都对底片的效果产生重大影响。倒如，你可以通过增加焦比(选择不同的望远镜、照相机镜头、目镜)来增加曝光量，但最经常的还是靠增加曝光时间来补偿，在拍摄月亮和行愿的照片时，改变照比通常是很困难的，因为你必须采用长焦镜头拍出足够大的画面，以显示你感兴趣的细节。如果你要拍摄局部的星空，则应采用最小焦比的望远镜或照相机镜头，大多数天体摄影都采用感光速度快的胶片，当然太阳除外。 与照相室内的情景不同，天体的亮度是无法改变的，只有改变曝光时间。对天文学家来说，幸运的是可以通过个简单的数学式子得到所需要的曝光时间： E=F2/S×B 这个等式左边的E是曝光时间。以秒为单位；右边的S是胶片感光速度，以ISO为单位；F是望远镜光学系统的焦比，B是天体的亮度，我们在最后的附表中给大家列出了各种常见天体的亮度(B)值。 下面让我们通过几个例子来理解等式中几个量的关系。现在我们使用一架NF-80望远镜(福建中天科教仪器公司生产)，焦距f＝500mm，口径D：Φ80mm，焦比F＝f/D＝6.25，用感光度ISO100的胶片，摄制一张上弦月的照片，从表中查得上弦月的B值为40，将各量代入等式： E＝6.252/(40×100)≈1/100秒 在用1/100秒档照完之后，不妨再用1/60秒和1/125秒各照一张，以便相互比较。 有对我们也许并不知道望远镜的F数，肢片的感光速度以及天体的确切亮度，天体的光线在通过大气层时还要损失25％的亮度。另外，如果胶片放在较热的地方，它的感光速度有时会变化两倍。所有这些因素都要求我们多进行几次曝光，并且都应该加以记录，以积累实际经验。 让我们再做另一个实验，假设你用28mm广角镜头拍摄银河的照片，镜头为f/2.5，胶片是Ektachrome200，从表申查出银河的亮度值为10-5，代入公式： E＝2.52/(200×10-5)＝3125秒 曝光时间为52分钟，这时照出的结果如果要比理想的黑，则事实上可能15-29分钟的曝光时间会使你得到更满意的结果。为此应该将镜头换成50mmf/1.4，Ektacllrome400的胶片，这时公式为：E＝1.42/400×10-5＝490秒 这一次曝光时间缩短到约8分钟，但显得曝光不足。那么将镜头更换成f/2，曝光时间为17分钟，则获得满意的结果。 你也许听说过，胶片在长时间曝光时，反映迟缓，上述公式中的B值包括一个胶片反映迟缀的自动修正。在你进行几次拍照之后，如果你发现实际的曝光时间比公式计算中的数值长或短，那么即应该调整相应的曝光时间。 一旦通过你的实际拍摄得出满意的结果，你就可以得出适合于你所使用的特定设备的更精确的B值，将公式B＝F2/(S×E)代入你的实际曝光时间计算，即可得到适合于自己望远镜的精确的B值。 使即你发现你所计算的B值与表中给出的数值不一致也并不是不可以理解，由设备和胶片等因素所造成的差异是合理的和普遍的，一旦你通过计算得到了自己的B值，即可用它确定曝光时间。 现在你就可以回答文章开始所提出的问题“曝光时间应该多长”了。

因子 · 发表于 2006-12-27 09:40

附表：一些常见天体的表面亮度“B” 蛾眉月(2-3天) 10 火星 60 大多数星云 0.0001 蛾眉月(4-5天) 20 木星 30 M-31的中部 0.0002 弦月 40 土星 10 大多数河外星系 0.0000l 凸月 80 天王星 　银河 0.00001 满月 200 太阳圆面 10,000,000 天空背景 0.000002 金星 2,000 猎户座星云的中心 0.001