日食的觀測 --- 九. 日食的攝影觀測法

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日食的觀測 --- 九. 日食的攝影觀測法

文章 Wongsir » 週六 24 1月, 2004 21:33

(九)日食的攝影觀測法
  日食觀測除了可用肉眼或望遠鏡目視觀測法外,更有效和準確是利用攝影進行觀沮」記錄,由於攝影方法無論在客觀,怏捷和準確方面都較目視觀測優勝,很有利於記錄日食時的瞬間變化,尤以在全食時那短暫的時刻,攝影法可獲得更多珍貴記錄。對業餘者來說,能拍攝到一次日全食的照片,更是一項永誌難忘的紀念。
  日食發生時,一般天文愛好者可以進行的拍攝工作大致有下列數項:
1.日食過程的特寫
2.日食過程的間歇曝光
3.全食時的星野攝影
4.全食時天空變化的攝影
5.全食時地面環境及生態變化記錄
6.日食過程的活動電影記錄
7.色球閃光光譜攝影
  在未談到上列各項的拍攝方法前,先來看看拍攝時所需用的器材。

1.攝影機
  市面上任何一款的攝影機,無論是單鏡反光機、雙鏡機或一般的135型相機都可用來拍攝日食。如果是能轉換鏡頭和附有重拍掣的,當然更為方便,可以用上不同的拍攝方法,擴大拍攝的範圍。

2.鏡頭
  由超廣角鏡頭、魚眼鏡,以至長焦距鏡頭都合用,這視乎拍攝項目而定。

3.中性密度瀘光鏡 ( ND FILTER )
  偏食時,陽光光度仍然強烈,就是用最慢速的菲林和最細的光圈,都會曝光過度,所以必須利用ND濾光鏡,太陽屏或太陽濾光鏡,將陽光光度減弱,以便能達到正常的曝光範圍。ND濾光鏡是一塊極深灰色的濾鏡,通常有 NDX2、NDX4、KDX8等,不過最高的NDX8也只能將陽光減弱8倍,拍攝時,便需要用上四五塊以上的NDX8加在一起使用,這樣既不經濟,同時也會降低影像的清晰度。
  另外一種可用的是柯達出產的ND瀘光膠片,大小約為75X75毫米,它的密度有由ND0.10至ND4.00,能減弱陽光達一萬倍 (表一)。拍攝偏食,以ND5.00和ND6.00最為理想,可將兩塊不同密度的濾光片疊在一起使用,但不可超過兩塊,否則會減弱影像的清晰度。要注意這些濾光片只用作攝影,絕不適合用來作目視觀測。
  (有關太陽屏和太陽濾光鏡的用法,可參考「觀測日食的安全方法一章」。)

4.三腳架
  用來固定相機,避免震動,要選用堅穩的三腳架。

5.快門繩
  用來按動相機的快門掣,如直接用手按動,很容易震動了相機,尤其是相機安裝在望遠鏡上快門繩要選用長短適中(約30厘米的一種便合用),及要操作靈活的。

6.菲林
  由於陽光強度足夠,所以採用由慢速 ( ASA25 ) 至中速 ( ASA100)的菲林都適合,不過在拍攝全食時(日冕)則高速菲林比較好 (例如ASA40),可以應付較寬的曝光範圍。至於黑白或彩色,則視乎個人喜愛和目的而定。而彩色方面,則以幻燈片這類菲林的色彩較佳,而印製照片亦比負片為理想。

注意拍攝的安全問題
  像目視觀測一樣,拍攝日食亦須注意安全,有關的安全減光方法可參考「觀測日食的安全方法」一章。
  在偏食和環食階段時,太陽光度仍然十分強烈,所以必須在鏡頭前加上適當的減光設備才可用肉眼觀看相機的觀景器。只有在全食階段的短暫幾分鐘內,才可除去減光設備,直接用肉眼觀看。但必須小心留意在生光前的幾秒鐘移開眼睛,「倍利珠」出現後,太陽很快便射出一線刺眼光芒,這時便應立刻再加上安全減光設備在鏡頭上。
  如果是用太陽屏或太陽濾光鏡來減光,那麼可直接用來拍攝偏食,如果是用已沖黑的黑白底片,在對焦後便應拿開,並換上適當的ND濾光鏡或濾光膠片來拍攝。

(一)日食過程的特寫
  利用望遠鏡或長焦距鏡頭將太陽影像放大,每隔一段時間拍攝一張,以記錄整個日食的過程。
應用儀器:
長焦距鏡頭:鏡頭焦距不可太短,否則影像很小,以400至1000毫米最為理想,如只有中焦距鏡頭(如135、200或300毫米),可用增焦鏡令焦距增長(2X或3X)。
望遠鏡:一般焦距多由700至1000毫米,光圈固定,不過最適合用來拍攝特寫,需要時,更可利用目鏡將影像放大。拍攝時,只要利用接環將相機裝在望遠鏡後。如附有赤道儀腳座,操作上更增添方便。

拍攝方法:
  如果是採用普通的長焦距鏡頭,拍攝時的方法如平日拍照一樣,如果是利用望遠鏡,則有直接焦點法和目鏡投影放大法。(圖九)
圖檔
  直接焦點法就是直接利用望遠鏡鏡頭來拍攝,不另加任何光學組合;目鏡投影放大法就是利用目鏡將影像放大。所用的目鏡以H型,HM或R型較為適合(其它的K或OR型目鏡,因部份鏡片組合是用膠黏合,受熱易起泡變朦或脫膠,不適合太陽攝影)。同時要注意使用的目鏡要清潔。
  偏食時,可用直接焦點法或目鏡投影放大法,但如食分太小時,便需要作高倍放大。全食時,則只能用直接焦點法,以便光圈和視場都能足夠拍攝日冕,同時由於日冕的光度只有太陽表面的百萬分之一,所以要拍攝較寬闊的日冕外圍時,便需要在赤道儀裝上電動摩打,以便追蹤太陽的移動。
  注意:拍攝日全食整個過程,由始至終應全採用直接焦點法,除了獲得一致系統外,更重要的是可避免在全食階段前後時間裡,轉換目鏡時,引致意外錯誤或錯過珍貴的時刻。

菲林:
  拍攝偏食可選用最慢速 ( ASA25-64)的彩色負片或幻燈片,如用較高速便需多加減光設備,拍攝全食時則選用較快速的彩色負片或幻燈片 ( 如ASA 200 - 400),以便足夠拍攝日冕和減短曝光的時間。

曝光:
偏食和環食:
  由於不同減光設備有不同的吸光程度,所以標準的曝光數據必須於事前通過實驗找出,至真正拍攝時,最好能多拍幾張不不同的曝光。(表二〕列出的數據只能供作參考推算用。

鑽石環、倍利珠:
  這些現象都是稍縱即逝,所以必須把握時機,曝光除可依據(表二)外,最好能上下各試一級快門,因為鑽石環會因曝光不同而有很大的變化,曝光時間過長,會沖淡色調,及令鑽石環不能明顯現出。相機最好能配有自動捲片器,以省卻轉撥菲林桿的時間,而多拍一兩張。

日冕:
  在全食來臨前的一兩分鐘,除下減光設備,準備拍攝日冕,但必須注意切勿再調校焦點,因全食時光度太暗,實無法再對焦,拍攝日冕實無一標準的曝光,不同的曝光自有不同的效果,短時間的曝光可拍得日冕的結構,較長則可拍得外日冕的形態和射光。通常曝光可由l/30秒起,逐級增加至十多秒,要視乎所用菲林的速度和應用的光圈。(參考表二)
  由於全食時間短促,所以必須分秒必爭,盡速拍攝,如相機裝有自動捲片器則更快捷方便。同時切不可在全食時,或接近全食時更換相機、菲林或鏡頭,以免費時失事,錯過珍貴時刻。此外必須帶備電筒,在全食時作照明之用。

(二)日食過程的間歇曝光
  就是在同一底片上作多次曝光,以顯示日食的進展情況。

相機:
  從初虧至復圓的整個日食階段,太陽在天空中移動可達55度,因此相機的鏡頭便要能包涵這個角度為宜,所以24、28 和35毫米的廣角鏡頭最為合用。(表三)
  另外,相機必須要有重拍設備,以應付過程中不同曝光的操作,工20雙鏡反光機很適合這一項拍攝,這類相機除了可重拍外,更方便是利用觀景的鏡頭觀察整個過程的進展。

菲林:
  由於一般相機鏡頭的光圈足夠,及應付偏食和全食階段光度的巨大變化,採用中等速度的菲林已合適,如ASA l00至ASA 200。

拍攝方法:
  將相機固定在三腳架上,觀景器的畫面長邊(對角線)調整至和太陽移動方向一致,把太陽置於畫面的左下角,利用快門繩按動快門曝光,隨後每隔五分鐘曝光一次(相機按下重拍掣,菲林不要轉動)。曝光時間則按太陽被食情況,而對濾光鏡、快門和光圈作適當調整,全食時則可除去減光設備。由於全食時相信只能曝光一次,所以要選擇一個可拍攝外日冕的曝光時間。要注意在全食時,記著移開濾光鏡,曝光後即加回,以免生光時才發覺,就會前功盡費。

(三)全食時的星野攝影
1.拍攝太陽附近的星體:
  全食時可在日間拍攝到較光亮恆星及行星的位置,如太陽附近有較光的彗星亦可一併拍下。
  最簡單的方法就是將相機固定在三腳架上,相機鏡頭必須涵蓋要拍攝的星野,用高速菲林(ASA 400 -1000),及開盡光圈(F/2或更大)曝光五至十秒左右即可,如相機是固定在電動追蹤的赤這儀上,則效果更佳。

2.拍攝太陽附近恆星的位置變化:
  這是驗証愛因斯坦狹義相對論光通過引力場引起偏折的效應。驗証方法是在全食時利用望遠鏡拍下太陽週圍恆星位置,然後比對同一星空在晚上拍攝的照片,找出恆星位置上的變化。在實際研究上,拍攝的過程是十分精細的。雖然用一般小型望遠鏡及菲林是無法達到所要求的精確度,但亦值得一試。
  方法是利用長焦距但視場較闊的望遠鏡,在全食時追蹤拍攝幾秒以上。在六個月之前或後,當太陽運行至天球的另一方時,在晚上用同一儀器,與及在同一情況下(如星野在天空的角度)再拍攝一張比較。

(四)全食時天空變化的攝影
  在食既前的一兩分鐘至生光後的一兩分鐘這段時間內,天空的光度色澤,地平附近的雲彩,月影的來去等現象,都有很大而且很快的變化,是日全食中最驚心動魄的一環。這些景象都可以用一部配有廣角或超廣角鏡頭的相機(固定在三腳架上)記錄下來。如天空有薄雲,則全食來去時,天空的光度變化更大,而月影在天上的移動(投在雲上)將更明顯。
  拍攝的地點最好在高山之上,可以俯瞰四周的地平線。在全食前一分鐘,可用測光錶找出曝光參數(測光時不可對正太陽的方向),然後向西邊地平進行一連拍攝五張,曝光為測出參數的八倍(加三級)、四倍(加二級)、二倍(加一級)。一倍、二分之一倍(減一級),可調校光圈及快門,攝影時要盡快進行,然後每隔十五秒重覆以上五個曝光,至全食開始為止。全食時,可同時拍攝太陽附近的星野。全食將結束(生光)前一分鐘,再指向西方地平,每十五秒重覆以上五個曝光至生光後一分鐘為止。相同曝光的照片便可用來互相作光度比較,多拍幾級曝光可確保將月影及雲彩記錄下來。如用一個180度魚眼鏡頭指向天頂拍攝,可記錄全天的變化,效果更加顯著。
  菲林方面最好選用較高速彩色幻燈片(可直接比較,如用負片,每張相片的印曬情況可能有所差別)。
  這項工作亦可用活動攝影機來拍攝,菲林採用最快速,為省錢起見,可用快鏡(如每秒9格)拍攝,接近全食時,天色太暗,或可能有曝光不足現象出現。

(五)全食時地面環境及生態變化
  食既前及生光後,在地面上可能出現的影帶亦可用高速菲林 (ASA 400 -1000) 和較高快門拍攝下來。拍攝時,最好預先在地上或牆上鋪上一白咭紙,曝光可用測光錶作現場測度,曝光時間最好不慢於1/125秒,盡量開大光圈。
  地面或天上鳥獸的異常活動,亦可透過相機或活動電影拍下(有時需要預先佈置妥當,才便於日食時進行拍攝),最好還同時配以錄音,不過必須記下開始及完成每段的時間。菲林宜採用高速的,以免曝光不足。

(六)日食過程的電影記錄
儀器:
  八米厘活動攝影機及追蹤望遠鏡。望遠鏡的驅動裝置須預先校準太陽運動速度。攝影機的鏡頭焦距則越長越好,如可換上適合的鏡頭更佳,如開關是電磁起動型式,更可接上電子時間掣作自動定時曝光。

拍攝方法:
  將八米厘活動攝影機固定在望遠鏡上,利用望遠鏡準確地追蹤著太陽的移動,使太陽不致在底片上跳動(以電動追蹤較方便)。為節省菲林和加,怏動作,偏食階段時可每隔一、兩秒拍一格,全食時可用正常速度或稍加快動作不停拍攝。注意偏食階段時,望遠鏡和攝影機都要加上適當減光設備。

菲林:
  應選用高速,以應付光度的巨大變化。

曝光:
  由於每格的曝光速度一定(普通八米厘電影機的拍攝速度為每秒十八格,曝光時間約為1/30秒左右),所以必須用光圈夾調校。有關曝光數據,可參考表四。
  拍攝全食時可由最小光圈擴至最大光圈,這樣便可將日珥以至日冕的內外形態表現出來。

(七)色球閃光光譜攝影
  利用一塊三稜鏡或光柵,將太陽色球層的光譜拍攝下來。由於色球層在全食時出現只是幾秒鐘,其光芒就好像閃光般,一剎那便消逝,故拍攝得的光譜稱為閃光光譜。
  將一塊三稜鏡或光柵放置在長焦距(300 - 600毫米)鏡頭前,並將其位置固定,開大光圈,距離無限遠,然後將整套裝置放在有電動摩打追蹤的望遠鏡上。
  太陽被食至只餘一絲光芒時(效果等如拍攝光譜時所需要的裂縫),當色球層閃出的一剎那,迅速按下快門(要做到眼明手快,時間準確),如利用自動捲片器,可多拍一張不同的曝光。曝光可由1/4秒至1/8秒拍出來的便是一串弧狀的色球發射線光譜。菲林要採用彩色高速幻燈片。

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