天文攝影入門---第十四章 太陽的攝影

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Wongsir
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天文攝影入門---第十四章 太陽的攝影

文章 Wongsir » 週二 26 4月, 2005 21:31

14 太陽的攝影

14.1安全第一!

太陽是我們生命的主要泉源,它不停地帶給我們光明與溫暖,它的活動與我們的生活息息相關。嘗試過拍攝星座、月球及暗淡星雲星團的天文同好,都想利用他們的儀器,一試身手。可惜除日出日落之際,他們都不敢「正視', 太陽。

由於太陽強烈的光線與熱力,所以不論觀測與攝影,必須加倍小心,否則會永久損害我們的視力或導致盲眼;但只要我們加強執行觀測太陽的各樣安全措施,拍攝太陽根本十分安全與容易。

另一方面,拍攝太陽,並不需要很大的儀器,一般三、四英吋(70~100m)口徑的望遠鏡,已能發揮很大的作用,把黑子及光斑的數目,或其結構變化記錄下來。如能每日作攝影記錄,更可把太陽的自轉與週期性活動(甚至幾小時內的變化)顯示出來,極具科學與教育價值。

14.2拍攝太陽的安全措施
在介紹拍攝太陽的方法與儀器前,這裡先強調一下各種觀測或拍攝太陽的安全措施:

(1)在任何情況下,不可用肉眼直視太陽更不可透過任何沒有裝上減光設備的望遠鏡(包括尋星鏡及雙筒鏡)或攝影機鏡頭觀看太陽。
(2)將尋星鏡密封(加上蓋子並用膠紙貼緊),以防自己或圍觀的好奇人士一不留意誤用,最好是索性拆去尋星鏡,而只利用鏡筒的投影去校正方向。
(3)望遠鏡或鏡頭必須加上足夠的減光設備(見下節),這些設備必須安裝穩固。
(4)在不觀看或拍攝時,應立即把望遠鏡或鏡頭蓋好,或(扭動極軸)將鏡筒移離太陽的方向,以防止鏡後的目鏡、濾鏡或攝影機等過分受熱而爆裂。
(5)所有觀測或拍攝工作應盡快完成。

14.3一般儀器的選擇
拍攝太陽,並不需要很大的望遠鏡,由於陽光使近地面的大氣受熱動盪,限制了望遠鏡的分解能力,一般三、四英吋口徑的已足夠應付所需。望遠鏡甚至不需要有驅動或微調裝置。至於是否安裝在赤道儀座架上,亦不十分重要。

甚至利用一般遠攝鏡頭,如400~500毫米 焦距的,或加上了2×或3×增焦鏡(Tele-converter)的中焦距鏡頭,安裝在穩固的三腳架上,亦可進行攝影工作。

望遠鏡方面以折射式較好,因為反射式的鏡筒並非密封,筒內空氣因受熱而對流,多少影響影像的質素。目鏡方面,如放大倍率不大,可選用較簡單及廉價的H或R型,因較複雜的 K或Or型的部分鏡片是用膠黏合,過分受熱時會起泡變矇。投射目鏡必須十分清潔,同時鏡筒及一切附件(如接合環)之內部必須髹以啞面黑漆,以免因內部反光而降低影像的反差。如用投影板觀看太陽,則必須用H或R型目鏡。在攝影機前遮上一塊大黑暗紙,有助於對焦工作的進行。

14.4減光設備
強烈的陽光,必須減至五萬分一至三十萬 分一,始可以安全地用2~3英吋口徑的望遠鏡觀看。拍攝太陽時,我們通常選用最慢速的底片(如ASA25)及最高速的曝光(如1/500~1/1000秒),這樣我們需要把陽光的強度減少至一萬分之一(直接焦點時)。因此用一般目視觀測太陽的減光設備來拍攝,會稍嫌太慢,使曝光時間相應增長。適宜於攝影用的減光設備可分為鏡前及鏡後兩種。

14.4.1鏡前減光法
鏡前減光設備是裝在望遠鏡前,在陽光未進入鏡頭前先將光度與熱力減弱,亦減少鏡筒內的氣流,所以一般較鏡後減光法為佳。

(1) 鑽有小孔的木板或咭紙
通常用以縮小大口徑鏡頭(尤以反射鏡)至三、三英吋,鏡後仍須加上適當減光設備, 但收細口徑降低了鏡頭的分析力,所以除缺乏其他減光設備外,此法並不實用。

(2)特種中性密度膠片或玻璃片(Neutral density filters)
這是一些攝影器材或濾鏡製造廠出產的極深灰(近乎墨黑)的濾鏡(如Kodak WrattanN.D. filter No96gelatin),每塊75m丁方,通常有1.0ND,2.0ND,3.0ND,4.0ND,或5.0ND (或稱D1,D2,D3,D4,D5)幾種,1.0ND (或D1)減光至1/10,2.0ND(或D2)減光至1/100,餘此類推。用來拍攝太陽十分適合。

(3)多塊一般攝影用的中性密度濃光鏡或有色濃鏡
由於上段提及的慮光片在市面上很難買到,所以可以利用一般攝影用的中性密度濾光鏡,這些ND filter分為ND×2(減光至1/2),ND×4(減光至1/4),ND×8(減光1/8)三種。作直接焦點拍攝太陽時通常需要四個ND×8,但由於直徑不小,所以所費不 菲。如無ND濾鏡,可用多塊深色的濾鏡(如深紅色或綠色)代用。

(4)鍍鋁的光學玻璃或濾鏡
這些濾鏡一般需向外地訂購或利用普通的濾色鏡交給真空電鍍公司鍍製。拍出來的影像呈藍色,同時曝光過度時會因濾鏡兩面的內部
反射而出現疊像(「鬼影」)。

(5)特別的太陽屏(Solar screen)
這是一種鍍了金屬鋁的超薄透明膠片(Mylar)能將99.999%的陽光反射,只餘十萬分一之陽光通過,一般需向外國訂購,十分昂貴,同時由於是用作目視觀測之用,故攝影時便嫌稍暗,難於對焦。

14.4.2鏡後減光方法
減光設備是放在物鏡之後,而多放在目鏡之前。

(1) 太陽稜鏡(Solar diagonal)
太陽稜鏡是一種只有十度左右的薄棲鏡只將百分之五的陽光反射入目鏡,在目鏡前加上一塊太陽濾鏡(Sun filter,多連望遠鏡一同出售,呈墨綠色,能減光至一萬分之一)觀看,已十分安全,且無濾鏡爆裂的危險。但用來拍攝則可能太暗,可改用多塊月球濾鏡(Moon filte只綠色,約減光至四分之一)或其他中性密度濾鏡或有色濾鏡。但由於太陽濾鏡將光作90度反射,所以攝影機一般不能接在目鏡之後,需要用「目鏡加攝影機鏡頭放大法」拍攝(見第四章4.3.4節)。

(2)利用一塊太陽濾鏡或多塊中性密度濾鏡或有色濾鏡
由於這些濾鏡是扭在目鏡之前,所以可用較小口徑的(不如鏡前減光第三方法之昂貴),但因陽光透過鏡頭聚焦至目鏡時十分熾熱,所以濾鏡隨時會有爆裂的危險(通常將固定濾鏡玻璃的金屬環微微旋鬆便可以減少受熱膨脹爆裂的機會)。另一方面由於接近目鏡,所以必須特別清潔,否則濾鏡上的塵粒便會投射到底片上。

此法雖危險,但若操作快捷,亦甚廉宜方便,故亦有很多人採用。

14.5拍攝方法
除必須遵守安全措施外,拍攝太陽的方法與一般月球的放大攝影無異。由於光源充足, 曝光可減至最短,曝光時的追蹤問題根本無需考慮。至於振盪問題亦不十分嚴重(除非速度在1/125秒或更長)。減光設備的減光程度須與放大倍率匹配,以免太亮(危險)或太暗(難於對焦、曝光時間長)。

要拍攝一幅好的太陽照片(可見到表面的「米粒組織」或黑子半影內的柳葉纖維結構),必須有很穩定的大氣,通常在日出後兩、三小時內拍攝最為穩定,拍攝地點前面最好沒有高樓大廈或姻囪等熱氣影響。

如無任何減光設備,亦可將太陽像投射在目鏡後的投影板上的白紙然後利用攝影機拍攝白紙上的影像,當然反差較低、分析力弱,且會連紙上的瑕疵亦拍下。

14.6底片
由於光度不愁不足,所以可用最慢速度的底片,而慢速底片反差較強,顆粒較幼,正適合要求。

一般天文愛好者多愛用柯達廠出品的「高反差翻拍底片」配以高反差顯影藥(如柯達D- 19),更可將太陽表面反差較低的米粒組織與光斑顯現出來。放大時可選用較高反差的相紙 (3~5號)。

至於彩色負片方面,則無必要使用,幻燈片方面可選用Kodachrome25等慢速幻燈片。為了減少高倍放大曝光時大氣振盪的影響,可以選用新出廠的柯達「技術全色底片」它的感光速度達ASA100,亦有極高反差與極幼顆粒。它近已取代了停產了的HC底斤。

14.7曝光

如月球、行星攝影一樣,太陽攝影正確的曝光須視乎拍攝系統的情況而定,最好還是通過實地試驗找出。

試驗方法如下:
(1)先計算出拍攝系統的有效焦比(見第四章)。
(2)再計算或測試減光系統的減光級數。
(3)從表14.1中計算出建議的曝光,再利用建議快門的前後三級快門作為試驗(即1/8,1/4,1/2,1,2,4,8倍)。
(4)依照一定的顯影程度沖洗,然後察看底片便可找出每個拍攝系統(或不同放大或、減光情況下)黑子、光斑、米粒等的標準曝光。此外,高倍放大所帶來的一切問題(見「月球的攝影」)亦須注意。

如果減光系統是以多個濾鏡組成,可以增減濾鏡的數目,使個別放大倍率(有效焦比) 所要求的曝光時間能在合理的範圍內(1/125至1/1000或1/2000秒)。如透過薄霧或薄雲拍攝, 應作相應補償。

濾鏡(組合)的減光級數可用靈敏的測光錶大約測出,方法是先將測光錶向著天空(離開太陽的角度)測光再用濾鏡(組合)蓋著錶的感光部分再測光。

例:如用ASA12底片,f/64的光學系統及由二個ND×8及一個Y2黃色濾鏡組成的減光系統拍攝,當時太陽離水平只有15度

計算:從表中查出:
(I)ASA12的補償=×2
(II)f/64的補償=×16
(III)減免系統的減光級數總和=3+3+1=7 補償=1/32
(IV)離水平15度的補償 所以標準曝光=1/1000秒×2×16×1/32×2 =1/500秒

總之,必須以不同的曝光多拍幾張,才能選出曝光最正確及最穩定的影像(適當曝光、顯影后的底片,其太陽面影像的濃度以能僅見到放在底片下的報紙小字為準)。

14.8水星(或金星)凌日
(Transit of Mercury or Venus)
在十分罕見的情況下水星或金星會在太 陽表面經過,利用望遠鏡亦可以拍下一個黑色小圓點在太陽表面慢慢橫過的奇景(水星凌日最長可達八小時半)。拍攝方法與一般太陽攝影無異,不過必須在天文年表中先找出第一接觸(行星剛切入太陽面)的時間及方位(尤其用高倍放大拍攝)。

水星凌日上次發生於1973年11月9日,下三次將在1986年11月13日、1993年11月6日及 1999年11月15日。

金星凌日則更罕見,上兩次發生於1874年 12月8日及1882年12月6日,下兩次將在2004年6月7日及2012年6月5日。

14.9 H alpha(Hydrogen Alpha)圖像的攝影
利用普通的望遠鏡,我們只能拍攝到太陽光球層(Photosphere)的景象。如要拍攝紅色的色球層(Chromosphere)、日珥(Prominence)及色球層上的暗條(Filament),譜斑(Plages)或耀斑(Solar flare)等現象,就必須配備一種稱為Ha的特別干涉濾光鏡(Ha filter)。

這類濾光鏡只讓陽光中波長656.281納米(nm)(1納米=1nm=10-9米)附近的 一小段(帶寬Bandwidth由6~40nm不等)深紅色光線通過。這波長的光是由色球層內氫氣所發出,因此能顯示色球層上氫氣的活動。不過這類濾鏡非常昂貴,以前一直是職業天文學家的專利,但近年已較普及,不過1981年中售價仍在美金200~1,000元之譜(帶寬愈窄愈貴)。帶寬較大的(如30~40nm)適用於拍攝較亮的Ha形態(如日珥),較窄的(如5~ 10nm)則適用於拍攝色球表面的活動(如耀斑、暗條及日珥等),所得的反差亦較好。

拍攝時望遠鏡前必須加上減光裝置,而Ha濾鏡則放在主鏡焦點之前。濾鏡是裝有電力恆溫裝置,把溫度控制在一定的範圍內。由於所透過的光度很暗,同時焦比不能少於f/30(以f/40至f/50最為實用),所以對焦較難,最好是選用透明的對焦屏對焦。

底片方面最好選用一種中速,高反差及對紅色較為敏感的底片,由於是單色關係,所以用黑白底片已很足夠。柯達的技術全色2415 (TP)底片十分合用。

曝光方面需要通過試驗找出,用ASA100 底片及f/30系統時,拍攝日珥需1/4~1/2秒,拍攝色球表面需1/15~1/60秒。

除了Ha外,亦有特別的干涉濾光鏡拍攝色球的鈣(Calcium)K線(393.3nm)的活 動。
最後由 Wongsir 於 週三 27 4月, 2005 11:28 編輯,總共編輯了 1 次。

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Wah!
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文章 Wah! » 週二 26 4月, 2005 22:04

鏡後減光很危險,已很少人使用. 建議可以刪除這一部份 :? :? :? :? :?

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Subaru
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文章 Subaru » 週二 26 4月, 2005 22:14

Wah! 寫:鏡後減光很危險,已很少人使用. 建議可以刪除這一部份 :? :? :? :? :?
(1) 就唔係太危險, (2) 就頗危險.

我同意現在的Baader film已經很普及, 所以已經很少人用鏡後減光.

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