天文攝影入門---第九章 星雲及星系的攝影

主題已鎖定
頭像
Wongsir
壇主
文章: 3162
註冊時間: 週六 28 6月, 2003 12:03
聯繫:

天文攝影入門---第九章 星雲及星系的攝影

文章 Wongsir » 週二 20 4月, 2004 22:20

9.星雲及星系的攝影

天上除了日月星之外,還有一些矇矓成雲霧狀的天體。它們大多看來非常細小暗淡,需要用望遠鏡才能見到,有些甚至需要利用長時間的追蹤攝影,始現出其真正色彩形態。這些雲霧狀天體(Nebular objects)實際包括了星雲(Nebula)與星系(Galaxy)兩大類。星雲與星系本身並無關連,但單靠望遠鏡看是無法分辨它們的本質,所以在言章一併介紹。

9.1 星雲與星系的類別
星雲是由我們銀河系內恆星際間的氣體與塵埃組成,可以分為下列四類:
(1).發光星雲(Emission nebula)
受附近熾熱恆星輻射的激發而發光(如獵戶座M42大星雲、天鵝座北美洲星雲),形狀不規則。
(2).反射星雲(Reflection nebula)
靠反射附近熾熱恆星的星光而被見到,形狀不規則(如七姊妹星團成員周圍的藍色星雲)。
(3).暗黑星雲(Dark nebula)
靠遮蓋了後面的星野或一些發光星雲而發現其存在(如獵戶座的馬頭星雲)。
(4).行星狀星雲(Planetary nebula)
多為星體爆炸時射出的氣體,故多呈圓盤或圈狀,在小型望遠鏡下似行星(如天琴座的M57或指星雲,金牛座的M1蟹狀星雲)。
星系則與我們的銀河系一樣,是由以億計的恆星組成的大集團,與我們的距離以百萬光年計算。普通的小型望遠鏡無法分辨其個別恆星(起碼需一百英吋口徑以上)。大部分都極暗淡,肉眼僅見的只有仙女座M31大星系與南天的大麥哲倫雲及小麥哲倫雲。

9.2 光圈與曝光的關係
拍攝星雲星系等有視面積的天體,其明暗效果是決定於鏡頭的光圈(或望遠鏡的焦比)而其大小則決定於鏡頭的焦距。因此拍攝星雲時,一個f/1.4焦距50mm的標準鏡較美國海爾天文台的5.08米( 200英吋,但只有f/3.3焦比)反射鏡更為快捷,當然它的16760mm焦距能拍到星雲的每一細緻處。
至於拍攝星雲、星系的曝光時間,則無一定的標準,必須視乎天體的亮度,所用的光圈(焦比)與拍攝環境而定。
拍攝較亮的星雲(如M42)或星系(M31),利用135~200MM的中長焦距鏡頭(光圈多由f/2.8至f/3.5不等)及高速底片,曝光十五分鏡,效果已不錯。如果曝光更長,則可將更暗淡的外圍區域亦記錄下來。拍攝較暗的星雲星系則曝光需更長,如用較長焦距的鏡頭或用反射鏡作直接焦距拍攝(它們的光圈或焦比多在f/4~f/8間),則曝光起碼需要半小時至一小時。如環境許可(天清、無月、少光害),曝光可再加長,不過請參考第七章表7.5的極限曝光時間。如果大氣的透明度欠佳(多煙霞霧水)則效果肯定不理想。
普通鏡頭開盡光圈時都有像差,雖然收細一級可以改善,但曝光時間往往需要增加至三四倍才能彌補。很多時由於只需放大底片中央部分,所以為了縮短追蹤時間,多開盡光圈拍攝。

圖 9.1
(a)發光星雲──天鵝座北美洲星雲(NGC 7000);
陳一平
北美洲星雲
台灣
FSQ106 折射望遠鏡
EM200 德式赤道儀
Kodak 菲林 E100 推至 400
曝光 : 1 小時

圖檔

(b)反射星雲──金牛座七姊妹星團(M45);
XR250
日期: HKT 2005-10-5, 04:09
器材: Celestron 80ED, LN mount, D70 ISO800 600sec
疊了1張 600秒,2張300秒

圖檔

(c)暗黑星雲──獵戶座馬頭星雲;
陳一平
拍 攝 日 期 及 時 間 ( 香 港 時 間 ) Date and Time (HKT)
24.12.2003, 3.2.2005
拍 攝 地 點 Location
台 灣 合 歡 山 Mount Hohuan, Taiwan & 北 京 興 隆 Xinglong, Beijing
望 遠 鏡 / 鏡 頭 型 號 Telescope / Lens Model
Takahashi FS-128, Pentax 125SDP, Takahashi ε-160
光 圈 F-Ratio f/8, f/6.4, f/3.3
焦 距 Focal Length 1000mm, 800mm, 530mm
台 架 型 號 Mount Model Takahashi EM-200
攝 影 機 / 電 荷 藕 合 器 型 號 Camera / CCD Model Pentax 67, Canon 300D
底 片 型 號 Film Model Kodak E100S 幻 燈 片 slide
濾 鏡 類 別 Type of Filter LPS1
總 曝 光 時 間 Total Exposure Time 約 about 240 分 鐘 mins
導 星 方 法 Guided Method ST-4 自 動 導 星 auto guiding ; GA-4 手 動 導 星manual guiding
影 像 重 疊 次 數 Number of Stacked Frames 4
圖檔

(d)行星狀星雲──狐狸座啞鈴星雲(M27);
CK
M27
C14 3910mm f/11
CCD ST-2000XM
L=15, RGB=10 min
25-7-2003
圖檔

(e)漩渦星系──獵犬座M51;
CK
M51
C14 直接焦點 3910mm
CCD ST-2000XM
縮小 50%
paint shop pro 影像處理
27-12-2003
圖檔

(f)漩渦星系──仙女座M31星系
鍾 國 欣
拍 攝 日 期 及 時 間 ( 香 港 時 間 ) Date and Time (HKT)
20.10.2001 (20:50 HKT), 23.11.2001 (21:30 HKT), 24.11.2001 (21:15 HKT)
拍 攝 地 點 Location
北 京Beijing & 台 灣 Taiwan
望 遠 鏡 / 鏡 頭 型 號 Telescope / Lens Model
Astrophysics 130EDF, 130EDT
光 圈 F-Ratio f/6, f/8
焦 距 Focal Length 780mm, 1040mm
台 架 型 號 Mount Model Takahashi EM-200
攝 影 機 / 電 荷 藕 合 器 型 號 Camera / CCD Model Pentax 67II
底 片 型 號 Film Model Kodak E100S, E200 幻 燈 片 slide
總 曝 光 時 間 Total Exposure Time 300 分 鐘mins
導 星 方 法 Guided Method ST-4 自 動 導 星 auto guiding ; GA-4 手 動 導 星manual guiding
影 像 重 疊 次 數 Number of Stacked Frames 3

圖檔


9.3 器材的選擇
大多數星雲星系的視直徑很小(梅氏星雲星團表中星雲平均視直徑為27分,星系只有9分),所以必須用長焦距鏡頭拍攝。
普通攝影用的135~300的中長焦距鏡頭都可派用場,雖然影像很小,難以看到細緻,但以它們的較大光圈(由135mm最大的f/1.8,200mm的f/2.8,至300mm的f/4),可以很快拍攝到星雲星系的色彩形態。
如至於要拍攝星雲的細緻結構或星系的漩渦形狀,就需要400~500mm的鏡頭(光圈通常由f/5至f/8),曝光非要半小時以上不可。較長焦距的攝影鏡頭則不易在市面買到,同時售價亦超乎一般人的預算。
如需更長的焦距,多需採用天文望遠鏡作直接焦點拍攝。望遠鏡之中以反射鏡較為優勝,因其焦比一般在f/6~f/8間,較f/12~f/16的折射鏡快四倍以上,同時反射鏡的鋁面並不會像透鏡一樣吸收了一部分紫色段的光線。近年很多廠商都出產一些所謂RFT的反射( Rich field telescope,廣視場反射鏡)。它們的焦比多在f/4至f/5左右,很適合這類用途。此外,利用施密特望遠鏡或攝影儀 ( Schmidt telescope or camera ),更可大大縮短曝光時間,因它們的光圈多在f/1.5至f/3之間,同時視場廣而平坦(由15°~5° 左右),可惜售價不菲。

9.4 底片的選擇
拍攝星雲星系,多用高速底片(200~400度)。如需作長時間曝光,最好還是用柯達103a天文底片。彩色方面如曝光太長,色調平衡便無法控制(因底片各層對不同顏色光的倒易律失效不同)。如環境許可作長時間曝光,可試用具有微粒而高反差優點的「柯達技術全色底片2415」(TP)。這底片在氫氣超增感後的效果熜美103a的效果。
拍攝發光星雲(多呈紅色),最好是選用對紅光特別敏感的底片,如柯達103aE(須加R60紅色濾鏡拍攝)。拍攝銀河或反射星雲,最好選用藍敏感底片(如103aO)。
黑白底片的顯影方面,須用高反差的顯影藥水如(D-19),必要時加長一般微粒顯影藥的顯影時間50~100%或使用增感顯影藥,以獲玫高反差的效果。

9.5 直接焦點拍攝方法
拍攝星雲星系的方法,與一般追縱方法無異。但由於多用長焦距鏡頭拍攝,所以要像拍攝星團一樣,特別注意( 1 )極軸的準確擺放;(2)追縱過程的準確執行;(3) 望遠鏡的穩固與平衡。
如利用望遠鏡作直接焦點拍攝,以上要求的水準更高,同時必須要;
(1)對焦準確
望遠鏡的焦點必須小心調校。星雲星系多暗淡鬆矇,難於作為對焦對象,因此必須將望遠鏡向著較亮恆星或行星先行對焦。
(2)取景準確
在攝影機觀景器內,未必能看見要拍攝的天體,所以一般都將追蹤望遠鏡與拍攝望遠鏡的方向調至平行( 觀看光星或遠處燈光 ),然後利用追蹤望遠鏡 ( 或其尋星鏡 ) 找到天體,這樣拍攝的望遠鏡便對正該天體。
(3)利用暗星追縱
由於兩支望遠鏡在腳座上的擺放關係,通常都只容許追蹤望遠鏡作小規模的方向移動,故多無法在追蹤遠鏡的有限視野內找到適當亮度的星作為導星,因此必須熟習利用天體附近的暗星追蹤。
如利用一個偏軸追蹤接合環( Off-axis guider ) 裝在拍攝望遠鏡後,可省卻了裝置另一支追蹤望遠鏡的問題。這接合環內部邊緣有一很小的稜鏡,能將視場邊緣的星光反射至蹤目鏡內,作為追縱目標,不過選著暗星追蹤的機會更大。

圖 9.2 直接焦點拍攝裝置。利用一支反射鏡拍攝,而用一支折射鏡追蹤

圖檔

圖 9.3 利用一支折射鏡追蹤,用一架相機拍攝
XR250
圖檔

圖 9.4 偏軸追蹤接合環

圖檔

圖 9.5 偏軸追蹤接合環的結構。邊緣有一小稜鏡,將視場邊緣星光反射入追蹤目鏡內。

圖檔

9.6星雲濾光鏡
在1978年底,一種嶄新的、專為觀察星雲的濾光鏡 -------星雲濾光鏡〔Nebula filter或稱Light pollution reduction (LPR) Filter 光害降低濾鏡〕------在美國上巿。
這類濾鏡看來呈綠色,是在玻璃上鍍上多層薄膜,利用光的干涉原理,有效地把城巿光害的主要來源( 尤以水銀燈、鈉燈等 ) 所發出的光線及天空中微弱的夜光 ( Night glow,主要由氧分子發出 ) 反射,另一方面,容許大多數星雲發出的光線 ( 集中在數個波段內 ) 通過無阻。這樣使天空背景變成黑暗,大大增加星雲的反差,能使星雲的細緻地方也顯現出來。對於低焦比的系統,效果甚為顯著( 折射鏡不甚適用。)
星雲濾光鏡對於恆星、星團或星系觀測或攝影的效果沒有多大改善。這些大體的光譜是連續光譜 ( 並非集中在幾條發光的光譜線上),所以只造成光度減暗而反差沒有增加。
由於製造過程十分複雜,所以星雲濾光鏡的售價驚人。1981年中時供扭在目鏡鏡筒內的售價在美金五十元左右,供攝影機鏡頭前使用的更貴。
1980年底一種稱為星系濾光鏡 ( Galaxy Filter 或 Deep sky filter ) 亦上巿。據說它能使星系及 ( 藍 ) 反射星雲的90%光線通過,但阻隔了人造光害及天空的夜光,很適宜星雲星系的攝影 ( 黑白及彩色均可 )。

圖 9.6 星雲濾光鏡的效果。200毫米口徑f/8反射鏡,Tri x底片。
( 上 )沒有加上星雲濾光鏡,曝光5分鐘已呈灰白;
( 下 ) 加上星雲濾光鏡後。

主題已鎖定

回到「天文攝影入門 Introduction to Astrophotography」

誰在線上

正在瀏覽這個版面的使用者:沒有註冊會員 和 1 位訪客