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业余天文摄影入门浅谈(一)

2011-09-10 12:12阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1805650052

序言
这篇文章完成于数年之前，一直也没有发表。现在看来似乎也还有一定的指导意义。所以把它放在博客上，与广大同好共同学习交流。
近来多有收到同好发来信息，询问如何选择器材、如何进行观测、如何对图片进行后期处理，诸如此类种种问题，一句话就是怎样才能入门？在此，就个人的一些经验和感受与各位同好交流一下业余天文摄影入门的心得体会。其中必有诸多不妥的地方，还请各位同好不吝指出。

一、器材篇
天文摄影入门，选择器材是所
有爱好者都会遇到的问题。一开始如何选择器材呢？这个问题原本就是智者见智、仁者见仁。每一位同好的基础条件、经济条件不同，选择自然也各有不同。经济条件好又有一定的天文观测基础的同好，希望一开始就能够选择足够档次的器材，甚至能够一步到位；经济条件一般的同好希望能够选择到价格适中又能够满足基本的天文摄影要求的器材；当然，可能还有一些同好不能确定自己的兴趣能够保持多久，希望先上一些便宜的器材玩一玩，哪怕过一段时间没有兴趣了也不会有太大的损失。所以说，选择什么样的器材是个非常个人的问题。不过即便如此，天文摄影入门器材的选择还是有个一般的原则。
1、天文望远镜的选择
天文摄影是否一定要购买天文望远镜呢？这个倒也未必。很多爱好者是用相机镜头来做天文摄影，广角镜头可以拍星野；中等焦距镜头可以拍星座；长焦镜头用来拍摄深空天体。对于手中已有相当镜头配置的同好来说，不用购置望远镜就可以开始天文摄影了。但对于大多数白手起家或是只有一些简单摄影器材（DC或DSLR套机）的同好，选择天文望远镜的费用远比配置镜头要廉价得多。即便是顶级发烧友，使用高级天文望远镜拍摄的效果也会远远优于相机的长焦镜头。原因很简单，天文望远镜是针对与无穷远处成像进行优化的，而相机镜头需要考虑不同距离目标的成像。所以说对于大多数爱好者来说，天文摄影还是以天文望远镜为主。
那么对于入门的同好如何选择望远镜呢？这里就谈谈个人的看法。
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比较常见的三种类型的望远镜
反射望远镜（如牛顿式、施密特－牛顿式等）和折反射望远镜（马克斯托夫－卡塞格林式、施密特－卡塞格林式等），这类望远镜特点是焦距长、口径可以做得比较大，而价格比较适中，相对于同等口径的折射望远镜甚至可以说是低廉。由于光线通过反射聚焦，不会产生色差，因此在很大的倍率下仍旧会有良好的表现。这类望远镜拿来做日面、月面和行星摄影是非常好的选择,在杂志和网络上中看到的很多大行星摄影作品均出自这类望远镜。即便是一支3英寸的牛顿式反射望远镜，只要调校良好同样可以拍摄到令人满意的行星摄影作品。所以，如果你比较爱好日面、月面或大行星这类天体摄影，反射或折反射望远镜是不二选择。也或者说在同等付出的条件下，反射或折反射望远镜可以获得更佳的摄影效果。不过这个类型的望远镜可能经常需要调整光轴，这是它的弱点。
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一支3英寸的小型反射望远镜在绝好的观测条件下依旧会有良好的表现。
折射式天文望远镜可能是很多天文爱好者最早接触到的类型了。它的特点是结构紧凑、体形轻巧（相对于反射式望远镜），使用和维护都非常简单，更加适合携带到野外使用。所以折射式天文望远镜是用来拍摄深空天体的很好选择，很多同好的深空天体图片都是使用折射式望远镜拍摄的。折射式天文望远镜的选择余地也非常大，有廉价的普通消色差（普消）式折射镜也有高档的复消色差（APO）式折射镜。对于天文摄影来说，入门选择80mm口径的折射镜完全可以满足需要，品质优良的60mm口径折射镜也可以。当然，口径越大分辨率也就越高。经济条件许可的情况下可以选择复消色差式折射镜，经济条件一般的同好可以选择普消折射望镜，它一样可以满足天文摄影的要求。那么选择多长的焦距会比较合适呢？个人以为刚刚入门的爱好者不宜选用焦距超过600mm的望远镜。首先对于同等口径的望远镜，过长的焦距使得焦比增大（物镜焦距同口径的比值称做焦比），同等的曝光量就需要更长的曝光时间，同时焦距越长对于跟踪精度的要求也越高，这样会增加跟踪和导星的难度，降低拍摄成功率；其次，过长的焦距使得望远镜的视场减小，可能会出现无法涵盖一些大视面深空天体。那么是不是焦距越短越好呢？当然也不是。同等口径下，焦距越短焦比就越小。对于普消折射镜而言，小焦比必然会导致成像质量和色差的严重劣化（大多数焦比在7以上的普消折射镜，成像质量会比较有保证）。对于复消色差折射镜，小焦比对像场边缘成像也是不利的，可能因此而需要使用像场修正镜（平场镜）来修正边缘成像。
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从左至右的三张照片分别是实用80/600普消折射、80/440两片式ED消色差折射和80/480复消折射望远镜拍摄的猎户座大星云，虽然拍摄的时间和参算不尽相同，但是仍然能看出它们在成像方面的优劣。
事实上很难选择到一支望远镜能够满足所有的需要。如果希望一支望远镜既能够满足行星摄影又能够满足深空天体摄影，比较经济的选择是一支3英寸口径中等焦距（500-700mm）的APO折射镜。没有了色差影响（至多也是轻微的影响），在拍摄行星的时候可以比普消折射镜使用更大的倍率（配合巴罗镜或目镜投影）来获得足够的细节。
2、赤道仪的选择
还是同样的问题，天文摄影是否一定要使用赤道仪？答案也是未必。某些题材的天文摄影就不需要赤道仪。例如拍摄星流迹，只需要使用一支三脚架来固定相机即可。又例如一些天文风光摄影，为了获得清晰的地景也不需要使用赤道仪，只要使用足够高的ISO和超大光圈广角镜头就可以满足拍摄的需要。一般认为，使用广角镜头曝光时间不超过30s，星点的拖线就会小到不易被察觉（这个同目标所在的天球赤纬高度有关）。除了这些题材的天文摄影以外，大多数情况下还是需要使用赤道仪的。
手动跟踪赤道仪，这类赤道仪一般都属于低端的轻型赤道仪，它们在设计的时候就没有考虑要使用自动跟踪装置。而且这一类型的赤道仪基本上都没有配备极轴镜。即便是这样，这种赤道仪也可以拿来做天文摄影。例如，可以用广角镜头配合手动跟踪来拍摄银河。需要注意的是，要使用柔性良好的赤经微调连杆，这样可以减小手动微调时产生的抖动。再就是手动微调的速度要稳定，这个可能需要经过长时间的练习才能做到。
单轴自动跟踪赤道仪，这类赤道仪配备了赤经跟踪装置，部分型号还配置了极轴镜。这个类型的赤道仪已经能够完成天文摄影中大多数题材的跟踪拍摄需要，例如星座、星野、大行星、深空天体摄影等。但是要获得良好的效果，对赤道仪的调试就非常重要。使用前必须精确的校准极轴，因为只有赤经跟踪，赤纬微调需要靠手动完成。如果极轴偏差太大，在拍摄过程中一旦要对赤纬进行修正，就很容易产生抖动而使得拍摄失败。因此必须要保证在一个曝光周期内赤纬的偏差不会出现明显拖线。这对星野、星座摄影要求相对低一些，但对于使用望远镜的深空天体摄影要求就会高很多。
双轴自动跟踪赤道仪，这一类型的赤道仪基本上都是中高端赤道仪了。除了在赤经方向有自动跟踪外，在赤纬方向也实现了电动微调。 这类型的赤道仪适合各类题材的天文摄影需要 ，而且可以配置自动寻星和自动导星系统，实现目标定位和精确跟踪的完全自动化。当然价格一般也较前两种要高。
上述是针对比较常见的德国式赤道仪，还有叉式赤道仪和斜劈式赤道仪，这两种赤道仪比较类似。常见的是MEADE为LX系列望远镜配置的赤道仪，主要是配合大口径的折反射望远镜。这种赤道仪由于自身结构的限制，无法安装极轴镜，因此校准极轴的方法也比较特别。
在选择赤道仪的时候，还需要注意赤道仪的负载能力。严重超载会损伤赤道仪的机械系统，长时间超载运行会大大降低赤道仪的跟踪精度。另外，小型赤道仪由于自身重量和结构的限制，刚性和稳定性都会劣于大型赤道仪。所以小型赤道仪在使用过程中会有明显的晃动。这个也是需要考虑到的问题。
入门时选择什么样的赤道仪要看个人的配置需要，经济条件许可、考虑上较重的望远镜，而且又有车辆代步的话，双轴自动跟踪的重型赤道仪是很好的选择。一般情况下选择较为轻便的单轴自动跟踪赤道仪已经可以满足入门的需要了。当然，如果你有很强的DIY能力，改造一架简易的手动跟踪赤道仪也可以用来满足入门的需要。
其实在常见的器材中还有一类装置——地平式支架（或称经纬式支架），这类装置用来做短时间曝光的天文摄影是可以的（日面、月面），长时间曝光的话需要配合消除场旋的适配器，否则拍摄出来的影像中会出现明显的场旋。
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左边的这套器材是我经常用的，虽然非常简陋，但却简单易用。甚至可以在房间里组装好后用一只手就可以抬上楼顶，因此只要是晴好天气都会把它架在楼顶上。右边这套可以算是中档器材了，10英寸F4的镜筒、自动寻星赤道仪。要把它搬上楼顶可就困难了，单单是那3只重锤就足以让人吃不消。搬上搬下、组装调试一次怎么也要一个小时。如果你不是铁杆的天文爱好者，估计对天文的那点热情很快就会在搬上搬下的辛苦中消磨掉。而且这套系统调试起来也蛮复杂，因此说它不适合入门级的爱好者。
3、摄像头、相机和冷冻CCD
由于数字摄影器材的迅速普及，使得天文摄影的门槛大大降低，我们不再需要为大量的购买胶片和冲印它们而支付高额的费用。因此在业余天文摄影中胶片的使用已经不多见了，这里就只谈谈经常用于天文摄影的数字摄影器材。
摄像头的强项是日面、月面和行星摄影。这个价格低廉的小东西在行星摄影上的表现的确让人刮目相看。它的优势在于可以快速拍摄一组照片（AVI视频），然后使用后期处理软件进行筛选、对齐和叠加，获得细节丰富和高信噪比的影像。但是有一点需要说明的是，摄像头不能单独工作，还需要配合电脑和相应的软件才能使用。另外，无论是直焦摄影还是放大投影摄影，使用摄像头拍摄的时候都要拆去摄像头本身的小镜头。如果你对日面、月面和行星摄影比较偏爱，摄像头是很好的选择。入门常用的摄像头有飞利浦的ToUcam系列（740k、840k、spc900）和罗技的快看高手系列（Pro3000、Pro4000）。中、高端的摄像头可以选择QHY5系列或者映美精的DMK系列。摄像头同望远镜的连接可以使用专门设计的转接环，把摄像头的镜头拧下，换上转接环即可；如果是做目镜投影还需要自己配置专用的投影管。
相机是最常用的天文摄影器材。很多入门的同好手中已经有相机，这样完全可以根据自己现有的相机来选配相应的天文摄影器材。如果你的手中有一部DC（数字相机），可以配置一只万能摄影支架进行目镜后摄影（当然也可以自制转接环来连接相机和目镜）。一般的DC都可以用来拍射日面、月面这样的目标。个别型号的DC有较强的手动功能和较长的曝光时间，那么就可以用它来拍摄一些比较明亮的深空天体。新型的DC甚至还有拍摄AVI视频的功能，同样可以用来拍摄大行星。不过，由于DC本身的固有缺陷（感应器件面积小、手动曝光功能有限、镜头不能随意拆卸等等），它在天文摄影方面的应用受到诸多限制。
DSLR（数字单镜头反光相机）的出现为业余天文摄影带来了曙光，它可以拆卸镜头后，直接安装在天文望远镜上；它可以获得拍摄暗弱天体所需要的足够的曝光量。不论你手中的DSLR是什么型号，在天文摄影方面它都远远强于DC。即便是早期的Canon EOS 300D，在天文摄影方面依然有上好的表现。资深的爱好者甚至可以拆去传感器前端的红外截止滤镜以改善红外波段的灵敏度。DSLR同望远镜的连接通常还需要专门的转接装置，例如相机卡口转M42螺纹的接环以及望远镜的摄影接环。具体使用何种装置，可以在购买望远镜的时候向经销商咨询。
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这是MEADE为LXD55施密特—牛顿式反射望远镜配备的一套摄影转接口，用于连接单反相机和望远镜的调焦筒
冷冻CCD这个原本在专业天文摄影领域才使用的“高档货”，现今也逐步进入业余天文摄影领域。在深空天体摄影方面，冷冻CCD有着无与伦比的优势。它通过制冷器件使得感应器件的温度降低至－20°C，有效地减少了感应器件本身的热噪声。不过有利就有弊，首先它需要消耗大量电能（制冷器件耗电相当可观），在野外摄影的时候必须备带足够的电源；其次它也需要配合电脑和相应软件才能工作。如果以上这些对你都不算是问题而且经济条件许可的话，完全可以选择冷冻CCD作为入门的首选器材。常用的天文CCD可以选择QHY8/QHY9或者SBIG的STL8300/11000。
上面说了那么多关于如何选择器材的问题，基本是针对入门的天文摄影爱好者。对于那些资深的爱好者，选用什么样的器材完全取决于需要拍摄什么样的目标。例如当你要拍摄M16老鹰星云中柱状云气的细节时，就要考虑选择大口径长焦距的天文望远镜，那么大口径的反射或折反射望远镜就是非常好的选择。当然选择这样的望远镜就要考虑与之配合的赤道仪，需要有足够的负载能力、稳定与精确的跟踪导星。对于驾驭这样的器材要比入门级的小型器材困难得多，因此说它并不适合刚刚入门的天文摄影爱好者。
业余天文摄影入门浅谈（二）
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