天文攝影入門---第八章 星野、星團及新星的攝影

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天文攝影入門---第八章 星野、星團及新星的攝影

文章 Wongsir » 週日 25 1月, 2004 21:54

8. 星野、星團及新星的攝影

在」追縱攝影的認識」一章裡,已經介紹過追縱方法的原理與應用範圍。在本章及九、十兩章,將詳細介紹追蹤攝影的一些特別設備與效果,並論述拍攝星野與星團、星雲與星系、與彗星所需要的器材與技術。

8.1 星野的攝影
8.1.1 拍攝方法
拍攝星野的方法可參考第三章3.4節 「追縱的進行 「及第七章7.1.7節 「構圖 「兩方面。
8.1.2 不同光圈的效果
拍攝星野照片的基本要求是縱蹤準確,但所用的光圈亦影響底片的效果。雖然近代的鏡頭多有很大的光圈,如標準鏡多為ƒ / 1.8 ,ƒ / 1.4 甚至 ƒ / 1.2 ,可以縮短曝光時間,但如開盡光圈拍攝,多有以下缺點
(1) 鏡頭像差嚴重
尤以彗形像差( Coma , 使邊緣呈扇形或水滴形) 及橫向色差 (Lateral chromatic aberration,使邊緣星像帶藍圈) 為甚。
(2) 周邊減光
形成照片中央較亮,星數較多 ; 邊緣較暗,星數較少。
只要將鏡頭光圈收細一級,影像已有很大改善,再收細一級,則十分理想,當然星數較少。

8.1.3 星野攝影的極限星等
拍攝星野的曝光愈長,可拍到更多愈暗的星體。在同一時間內所拍得的最暗星體是取決於鏡頭的口徑(並非光圈數值)。不過曝光時間並不能無限制地延長,因為到某一限度,天空背景的亮度與底片所記錄到的最暗星等(極限星等)差不多一樣(已到達灰霧限度Fog limit),超過此限,星數反而減少。因為底片灰霧的增加是取決於鏡頭的光圈,所以如兩個鏡頭的口徑相同,較小光圈(光圈值,ƒ/No較大)的鏡頭的極限星等將更低(更暗)。

表8.1及表8.2可與上一章表7.5(各種光圈的極限曝光時間)一併參考。每一個觀察環境的人造光害不同,因此極限曝光時間亦有異,必須過實地試驗(如以不同曝光拍攝星跡)找出,以免追蹤時間過短時未盡發揮底片的效力,過長則枉費心機。

表8.1 各種口徑光圈和極限星等
表8.2 各種焦距光圈和極限星等

8.1.4 器材的選擇
星野攝影的一般器材在第三章」追蹤攝影的認識」已有介紹。有關鏡頭方面,要視乎拍攝對象。如拍攝 :
(1) 銀河星野
可由超廣角(拍全景), 標準鏡(拍部份)至135或200mm(拍中心部份);
(2) 星座
可用標準鏡(能拍攝大部分星座)、廣角鏡(如28或35mm,能拍攝較大範圍的星座或多個星座亮星組成的特別排列,如」夏季大三角」)。

底片方面,多選用中速(ASA100)至高速的(ASA400),超高速的因顆粒太粗,不甚適宜。利用低倒數失效的103a底片或經氣焗超增感處理的(見第十八章)底片,可作較長而有效的曝光。
普通星野或銀河照片,如用ƒ/2或ƒ/2.8光圈曝光5~15分鐘,已相當壯觀。

8.1.5 特別的設備
(1) 自製十字絲目鏡
十字絲目鏡是追蹤攝影的必須設備,但市售的望遠鏡多未列為附件,所以一般都需要自備。目前外國出品配有照明設備的十字絲目鏡貴達五十美元,由於不甚化算,因此很多同好都利用普通目鏡自己改裝。
普通一個12mm焦距的目鏡已很合用,不過最好選用正目鏡(Positive eyepiece,如R,K,或Or型等),以便十字絲可以裝在目鏡向場透鏡(Field lens,目鏡兩組透鏡中向著物體的一組)之外。如用負目鏡(Negative eyepiece,如H,HM型) ,則十字絲須安裝在兩組透鏡之中間。如作高倍追蹤,可再加上一個巴羅鏡。

十字絲的材料可選用最幼的銅線(SW G48或50號,可在最幼的電線中拆出)或幼玻璃絲。

製作過程如下:
(1) 先找一個適當的薄金屬環(如五金用的」戒指」),其大小可裝入目鏡鏡筒之內,中心的孔徑約有一厘米 ;
(2) 在一塊小木板上貼上一塊白紙,在紙上畫上十字線及人金屬環的外型,將環放正在中央 ;
(3) 用膠紙將玻璃絲緊緊地貼在字線的位置上 ;
(4) 用混合膠把絲貼在環上,一日後剪斷餘絲。

如用銅絲,可將之緊繞在釘上,用混合膠黏緊,或用錫銲緊,待堅固後剪斷餘絲便可。
有些同好喜歡用井字的十字絲,以便把導星放在井的中央,製法大致如上。

圖 8.2 將玻璃絲緊緊地貼在字線的位置上

(2) 十字絲的照明
有時因為追縱望遠鏡在移動角度上的限制,無法在追縱目鏡視野中找到一顆較亮的導星。這時便很難目鏡內見到十字絲。補救方法是在十字絲附近裝上一個極小的燈泡或發光二極管(LED)把十字絲間接照亮。燈光的強弱可以透過一個可變電阻調節。
另一種簡單的照明方法就是在十字絲上塗上螢光漆(粉),使用十字線在追縱時發出微弱螢光。

圖 8.3a 暗視野裝置,光源接近十字絲
圖 8.3b明視野裝置,光源在鏡筒前


(3) 長時間攝影的一項煩惱就是晚間溫度下降,露水凝結在較冷的地方。一層水氣遮蓋了鏡頭,嚴重影響了影像質素。當儀器由室內搬至室外較冷的環境,有時亦有凝露現象。降露現象在潮濕的夏季(通常在凌晨時分)最常見,當有微風吹動或濕度較低時則較少。

無論如何,作長時間的攝影,所有鏡頭(包括攝影機及望遠鏡)必須加上防凝露(驅露)裝置。最簡單的裝置是在遮光罩(金屬的)上繞上幾圈發熱線,發熱線則接駁電池,當需要時通電產生微熱,使鏡頭附近較四周暖三數度,便能防止凝露。
在不太嚴重的情況下,用一個較長的遮光罩,內鋪上塗黑了的水松或吸水紙亦勉強有效。

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(4) 舒適的位置與身體
追縱攝影是訓練耐力的一個最佳方法,因為追縱身體的姿態不變,眼睛須貼在目鏡前而時間可能長達數十分鐘,所以身體的舒適必須十分注意。追縱望遠鏡腳架的高度必須適中,用折射鏡時能坐下來追蹤,用反射鏡則能站立或坐在高凳上追縱。近天頂時則在望遠鏡後加上星稜鏡,同時最好利用其他物件(如三腳架)支撐手部,以免疲勞時出錯。冬季時必須有足夠的衣物(衫褲、手套、帽、鞋襪等)以保持體溫。


8.2 星團的攝影
8.2.1 星團的分類
星團是天上恆星的集團,大致可分兩類 :
(1) 疏散星團(Open cluster)
由十數至數百顆恆星組成,無一定的形狀,距離較近的視直徑較大(如金牛座的七姊妹星團,巨蟹座的蜂巢星團)。

金牛座的七姊妹星團
6" f/4 自製牛頓式反射鏡
ISO3200負片, 手動修正摩打追蹤
曝光15分鐘.
攝影 : Subaru
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(2) 球狀星團(Globular cluster)
由數萬至數十萬恆星組成,多呈球形,中央較密集,距離我們很遠(過萬光年) ,視直徑很小(較大的只有半人馬座的亞米茄星團)。

半人馬座的亞米茄星團NGC5139
6" f/4 自製牛頓式反射鏡
ISO3200負片, 手動修正摩打追蹤
曝光20分鐘
攝影 : Subaru
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除較近的幾個例子外,所有星團(尤以球狀星團)都很小很暗,在著名的梅西爾星雲星團表(Messier catalogue of nebulae and star clusters)中,疏散星團的平均直徑只有27分, 球狀星團為10分,一般需要望遠鏡始能找到,因此在拍攝技術方面較星野追蹤要求更高。

8.2.2器材
拍攝星團所需的器材大致上與拍攝星野的相同,不過如用標準鏡拍攝,多未能將星團內的成員清楚分辨出來。如用小型赤道儀追縱,可用300mm焦距以內的鏡頭拍攝一般較大的疏散星團。如用較穩固及擺放準確的大型赤道儀,加上400~600mm的鏡頭(常用遠攝鏡頭的極限)才開鈶對小的疏散星團及球狀星團發揮作用。如仍嫌放大不足,就必須用天文望遠鏡作直接焦點拍攝(見下章」星雲星系的攝影」)。

8.2.3 底片與曝光
拍攝不太暗的星團,用普通的高速底片(ASA400),曝光5~15分鐘已有不錯的效果。但拍攝較暗星團,最好還是選用低倒易律失效的103a天文底片(以103aO最好,如星團中有很多藍色,103aF亦合用)。在最暗黑的環境下曝光更可長達幾小時。

用普通中長焦距鏡頭拍攝,邊緣質素可能較差,但由於星團多放在視場中央,所以為了節省時間,可開盡光圈拍攝。如要求較佳的影像,可把光圈收細一級。

8.2.4 方法
拍攝星團的方法大體上與追縱星野無甚麼分別,只不過追縱方面的準確性要求更高,否則像就很難成圓點。我們應特別注意下列問題:
(1) 要非常準確對準天球北極
否則便會出現」假極 」(False pole)現象(星像似乎圍繞著導星旋轉)。

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(2) 追縱的容許誤差很小
可參考」追縱攝影的認識」一章中的表3.1就算用135鏡頭,追縱時亦
不能有大於3秒的誤差。因此必須十分留神,用高倍監視並不停調校。

(3) 攝影機鏡頭(或拍攝用的望遠鏡)對準要拍攝星團
對於較暗的星團,在攝影機觀景器內未必能見到它們的存在,
如攝影機可換上透明對焦屏則有一定的好處。此外在鏡頭旁裝上一支尋星鏡亦很有效。方法是先利用光亮恆星或遠處的燈光校準尋星鏡頭的光軸,取景時只要在尋星鏡中央見到星團便可。

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8.3 新星的攝影搜索
新星不是」新」的恆星,只不過是亮度突然增加過萬倍的恆星。每年都會在我們的銀河系中發現數顆,有些甚至光至肉眼也能看見。
新星的發現一般都十分哄動,常見於報端,能使發現者名噪一時。
如果有志於進行新星搜索,必須事先計劃周詳,同時必須具備耐心與毅力。新星多在銀河區發現,所以經常拍攝銀河區域星野,機會較大。
拍攝了一卷星野底片後,應盡快衝出,並利用顯微鏡或高倍放大鏡檢查底片,與星圖核對。如發現了星圖中沒有的星體,就可能是新星(亦可能是行星、小行星或遙遠的彗星)。用來核對的星圖必須較為詳盡(如九等或十三等或以上) ,同時必須在天文年表中查核該區是否有行星或小行星等天體。如能每晚(或每小時,尤其在新星增光時)拍攝,便可記錄下新星的光度與顏色變化,甚具科學價值。
有時每張底片的星數太多,逐顆核對,十分費時,但如果有兩張不同的儀器在相似的環境下相同的曝光),便可用」移位疊放」的方法找出發生了光度變化的恆星。此法亦適用以比較變星光度的變化。
方法是利用放大鏡觀看,將這兩張底片慢慢對位,使相對的星點的位置向某一方向有一定但微少的偏移(通常向南北方向偏移),然後小心用膠紙把兩底片邊緣貼緊,放入放大機內,放大時必須將光圈收細多級。所得的照片中,大部份恆星的兩個影像應大小一樣。如在照片中發覺某星的影像一大一小,該星有可能是新星或變星。如資料顯示該位並無變星,亦無行星或小行星經過,則是新星的可能性便很高。如有較充分把握確認這是新星,應立即去電報國際天文聯會報告,以爭取排名。
如發現某星的兩個影像的方向與其他各星並不一致,便證明有關星體經已移動。因此這方法亦可以找出(或比較)行星、小行星或彗星等的移動及亮度變化。

圖 8.7 移位疊放

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