神遊於浩瀚星河 業餘天文攝影入門淺談

中秋節剛過沒幾天，相信各位攝影愛好者們在中秋節中沒少用相機記錄月圓之夜的美景。同時，肯定很多朋友在拍月亮的時候也對拍攝其他更遙遠的星體產生了興趣。筆者打算趁熱打鐵，趁大家對天文攝影的熱情較高的這個時間點跟大家說一說天文攝影的那些事。不過由於筆者才疏學淺，在動筆後才發現由於自己在天文攝影方面的知識體系和知識儲備根本不足以獨立完成本文。所以請來了筆者很崇拜的一位天文攝影師韋國先生來和筆者一起跟大家聊一聊天文攝影的那些事。閒話少說，讓我們一起進入天文攝影的殿堂。

特別提示：本文中所有圖片均來源於網絡。

器材篇

天文攝影入門，選擇器材是所有愛好者都會遇到的問題。一開始如何選擇器材呢？這個問題原本就是智者見智、仁者見仁。每一位同好的基礎條件、經濟條件不同，選擇自然也各有不同。經濟條件好又有一定的天文觀測基礎的同好，希望一開始就能夠選擇足夠檔次的器材，甚至能夠一步到位；經濟條件一般的同好希望能夠選擇到價格適中又能夠滿足基本的天文攝影要求的器材；當然，可能還有一些同好不能確定自己的興趣能夠保持多久，希望先上一些便宜的器材玩一玩，哪怕過一段時間沒有興趣了也不會有太大的損失。所以說，選擇什麼樣的器材是個非常個人的問題。不過即便如此，天文攝影入門器材的選擇還是有個一般的原則。

天文望遠鏡的選擇

天文攝影是否一定要購買天文望遠鏡呢？這個倒也未必。很多愛好者是用相機鏡頭來做天文攝影，廣角鏡頭可以拍星野；中等焦距鏡頭可以拍星座；長焦鏡頭用來拍攝深空天體。對於手中已有相當鏡頭配置的同好來說，不用購置望遠鏡就可以開始天文攝影了。但對於大多數白手起家或是只有一些簡單攝影器材（DC或DSLR套機）的同好，選擇天文望遠鏡的費用遠比配置鏡頭要廉價得多。即便是頂級發燒友，使用高級天文望遠鏡拍攝的效果也會遠遠優於相機的長焦鏡頭。原因很簡單，天文望遠鏡是針對與無窮遠處成像進行優化的，而相機鏡頭需要考慮不同距離目標的成像。所以說對於大多數愛好者來說，天文攝影還是以天文望遠鏡為主。

比較常見的三種類型的望遠鏡

反射望遠鏡（如牛頓式、施密特－牛頓式等）和折反射望遠鏡（馬克斯託夫－卡塞格林式、施密特－卡塞格林式等），這類望遠鏡特點是焦距長、口徑可以做得比較大，而價格比較適中，相對於同等口徑的折射望遠鏡甚至可以說是低廉。由於光線通過反射聚焦，不會產生色差，因此在很大的倍率下仍舊會有良好的表現。這類望遠鏡拿來做日面、月面和行星攝影是非常好的選擇,在雜誌和網絡上中看到的很多大行星攝影作品均出自這類望遠鏡。即便是一支3英寸的牛頓式反射望遠鏡，只要調校良好同樣可以拍攝到令人滿意的行星攝影作品。所以，如果你比較愛好日面、月面或大行星這類天體攝影，反射或折反射望遠鏡是不二選擇。也或者說在同等付出的條件下，反射或折反射望遠鏡可以獲得更佳的攝影效果。不過這個類型的望遠鏡可能經常需要調整光軸，這是它的弱點。

一支3英寸的小型反射望遠鏡在絕好的觀測條件下依舊會有良好的表現

折射式天文望遠鏡可能是很多天文愛好者最早接觸到的類型了。它的特點是結構緊湊、體形輕巧（相對於反射式望遠鏡），使用和維護都非常簡單，更加適合攜帶到野外使用。所以折射式天文望遠鏡是用來拍攝深空天體的很好選擇，很多同好的深空天體圖片都是使用折射式望遠鏡拍攝的。折射式天文望遠鏡的選擇餘地也非常大，有廉價的普通消色差（普消）式折射鏡也有高檔的復消色差（APO）式折射鏡。對於天文攝影來說，入門選擇80mm口徑的折射鏡完全可以滿足需要，品質優良的60mm口徑折射鏡也可以。當然，口徑越大解析度也就越高。經濟條件許可的情況下可以選擇復消色差式折射鏡，經濟條件一般的同好可以選擇普消折射望鏡，它一樣可以滿足天文攝影的要求。那麼選擇多長的焦距會比較合適呢？個人以為剛剛入門的愛好者不宜選用焦距超過600mm的望遠鏡。首先對於同等口徑的望遠鏡，過長的焦距使得焦比增大（物鏡焦距同口徑的比值稱做焦比），同等的曝光量就需要更長的曝光時間，同時焦距越長對於跟蹤精度的要求也越高，這樣會增加跟蹤和導星的難度，降低拍攝成功率；其次，過長的焦距使得望遠鏡的視場減小，可能會出現無法涵蓋一些大視面深空天體。那麼是不是焦距越短越好呢？當然也不是。同等口徑下，焦距越短焦比就越小。對於普消折射鏡而言，小焦比必然會導致成像質量和色差的嚴重劣化（大多數焦比在7以上的普消折射鏡，成像質量會比較有保證）。對於復消色差折射鏡，小焦比對像場邊緣成像也是不利的，可能因此而需要使用像場修正鏡（平場鏡）來修正邊緣成像。

從左至右的三張照片分別是實用80/600普消折射、80/440兩片式ED消色差折射和80/480復消折射望遠鏡拍攝的獵戶座大星雲，雖然拍攝的時間和參算不盡相同，但是仍然能看出它們在成像方面的優劣。

事實上很難選擇到一支望遠鏡能夠滿足所有的需要。如果希望一支望遠鏡既能夠滿足行星攝影又能夠滿足深空天體攝影，比較經濟的選擇是一支3英寸口徑中等焦距（500-700mm）的APO折射鏡。沒有了色差影響（至多也是輕微的影響），在拍攝行星的時候可以比普消折射鏡使用更大的倍率（配合巴羅鏡或目鏡投影）來獲得足夠的細節。

赤道儀的選擇

還是同樣的問題，天文攝影是否一定要使用赤道儀？答案也是未必。某些題材的天文攝影就不需要赤道儀。例如拍攝星流跡，只需要使用一支三腳架來固定相機即可。又例如一些天文風光攝影，為了獲得清晰的地景也不需要使用赤道儀，只要使用足夠高的ISO和超大光圈廣角鏡頭就可以滿足拍攝的需要。一般認為，使用廣角鏡頭曝光時間不超過30s，星點的拖線就會小到不易被察覺（這個同目標所在的天球赤緯高度有關）。除了這些題材的天文攝影以外，大多數情況下還是需要使用赤道儀的。



手動跟蹤赤道儀，這類赤道儀一般都屬於低端的輕型赤道儀，它們在設計的時候就沒有考慮要使用自動跟蹤裝置。而且這一類型的赤道儀基本上都沒有配備極軸鏡。即便是這樣，這種赤道儀也可以拿來做天文攝影。例如，可以用廣角鏡頭配合手動跟蹤來拍攝銀河。需要注意的是，要使用柔性良好的赤經微調連杆，這樣可以減小手動微調時產生的抖動。再就是手動微調的速度要穩定，這個可能需要經過長時間的練習才能做到。


單軸自動跟蹤赤道儀，這類赤道儀配備了赤經跟蹤裝置，部分型號還配置了極軸鏡。這個類型的赤道儀已經能夠完成天文攝影中大多數題材的跟蹤拍攝需要，例如星座、星野、大行星、深空天體攝影等。但是要獲得良好的效果，對赤道儀的調試就非常重要。使用前必須精確的校準極軸，因為只有赤經跟蹤，赤緯微調需要靠手動完成。如果極軸偏差太大，在拍攝過程中一旦要對赤緯進行修正，就很容易產生抖動而使得拍攝失敗。因此必須要保證在一個曝光周期內赤緯的偏差不會出現明顯拖線。這對星野、星座攝影要求相對低一些，但對於使用望遠鏡的深空天體攝影要求就會高很多。



雙軸自動跟蹤赤道儀，這一類型的赤道儀基本上都是中高端赤道儀了。除了在赤經方向有自動跟蹤外，在赤緯方向也實現了電動微調。 這類型的赤道儀適合各類題材的天文攝影需要 ，而且可以配置自動尋星和自動導星系統，實現目標定位和精確跟蹤的完全自動化。當然價格一般也較前兩種要高。

上述是針對比較常見的德國式赤道儀，還有叉式赤道儀和斜劈式赤道儀，這兩種赤道儀比較類似。常見的是MEADE為LX系列望遠鏡配置的赤道儀，主要是配合大口徑的折反射望遠鏡。這種赤道儀由於自身結構的限制，無法安裝極軸鏡，因此校準極軸的方法也比較特別。



在選擇赤道儀的時候，還需要注意赤道儀的負載能力。嚴重超載會損傷赤道儀的機械系統，長時間超載運行會大大降低赤道儀的跟蹤精度。另外，小型赤道儀由於自身重量和結構的限制，剛性和穩定性都會劣於大型赤道儀。所以小型赤道儀在使用過程中會有明顯的晃動。這個也是需要考慮到的問題。

入門時選擇什麼樣的赤道儀要看個人的配置需要，經濟條件許可、考慮上較重的望遠鏡，而且又有車輛代步的話，雙軸自動跟蹤的重型赤道儀是很好的選擇。一般情況下選擇較為輕便的單軸自動跟蹤赤道儀已經可以滿足入門的需要了。當然，如果你有很強的DIY能力，改造一架簡易的手動跟蹤赤道儀也可以用來滿足入門的需要。

其實在常見的器材中還有一類裝置——地平式支架（或稱經緯式支架），這類裝置用來做短時間曝光的天文攝影是可以的（日面、月面），長時間曝光的話需要配合消除場旋的適配器，否則拍攝出來的影像中會出現明顯的場旋。


左邊的這套器材是韋國先生經常用的，雖然非常簡陋，但卻簡單易用。甚至可以在房間裡組裝好後用一隻手就可以抬上樓頂，因此只要是晴好天氣都會把它架在樓頂上。右邊這套可以算是中檔器材了，10英寸F4的鏡筒、自動尋星赤道儀。要把它搬上樓頂可就困難了，單單是那3隻重錘就足以讓人吃不消。搬上搬下、組裝調試一次怎麼也要一個小時。如果你不是鐵桿的天文愛好者，估計對天文的那點熱情很快就會在搬上搬下的辛苦中消磨掉。而且這套系統調試起來也蠻複雜，因此說它不適合入門級的愛好者。

攝像頭、相機和冷凍CCD

由於數字攝影器材的迅速普及，使得天文攝影的門檻大大降低，我們不再需要為大量的購買膠片和衝印它們而支付高額的費用。因此在業餘天文攝影中膠片的使用已經不多見了，這裡就只談談經常用於天文攝影的數字攝影器材。

攝像頭的強項是日面、月面和行星攝影。這個價格低廉的小東西在行星攝影上的表現的確讓人刮目相看。它的優勢在於可以快速拍攝一組照片（AVI視頻），然後使用後期處理軟體進行篩選、對齊和疊加，獲得細節豐富和高信噪比的影像。但是有一點需要說明的是，攝像頭不能單獨工作，還需要配合電腦和相應的軟體才能使用。另外，無論是直焦攝影還是放大投影攝影，使用攝像頭拍攝的時候都要拆去攝像頭本身的小鏡頭。如果你對日面、月面和行星攝影比較偏愛，攝像頭是很好的選擇。入門常用的攝像頭有飛利浦的ToUcam系列（740k、840k、spc900）和羅技的快看高手系列（Pro3000、Pro4000）。中、高端的攝像頭可以選擇QHY5系列或者映美精的DMK系列。攝像頭同望遠鏡的連接可以使用專門設計的轉接環，把攝像頭的鏡頭擰下，換上轉接環即可；如果是做目鏡投影還需要自己配置專用的投影管。相機是最常用的天文攝影器材。很多入門的同好手中已經有相機，這樣完全可以根據自己現有的相機來選配相應的天文攝影器材。如果你的手中有一部DC（數字相機），可以配置一隻萬能攝影支架進行目鏡後攝影（當然也可以自制轉接環來連接相機和目鏡）。一般的DC都可以用來拍射日面、月面這樣的目標。個別型號的DC有較強的手動功能和較長的曝光時間，那麼就可以用它來拍攝一些比較明亮的深空天體。新型的DC甚至還有拍攝AVI視頻的功能，同樣可以用來拍攝大行星。不過，由於DC本身的固有缺陷（感應器件面積小、手動曝光功能有限、鏡頭不能隨意拆卸等等），它在天文攝影方面的應用受到諸多限制。



DSLR（數字單鏡頭反光相機）的出現為業餘天文攝影帶來了曙光，它可以拆卸鏡頭後，直接安裝在天文望遠鏡上；它可以獲得拍攝暗弱天體所需要的足夠的曝光量。不論你手中的DSLR是什麼型號，在天文攝影方面它都遠遠強於DC。即便是早期的Canon EOS 300D，在天文攝影方面依然有上好的表現。資深的愛好者甚至可以拆去傳感器前端的紅外截止濾鏡以改善紅外波段的靈敏度。DSLR同望遠鏡的連接通常還需要專門的轉接裝置，例如相機卡口轉M42螺紋的接環以及望遠鏡的攝影接環。具體使用何種裝置，可以在購買望遠鏡的時候向經銷商諮詢。
 
這是MEADE為LXD55施密特—牛頓式反射望遠鏡配備的一套攝影轉接口，用於連接單眼相機和望遠鏡的調焦筒

冷凍CCD這個原本在專業天文攝影領域才使用的「高檔貨」，現今也逐步進入業餘天文攝影領域。在深空天體攝影方面，冷凍CCD有著無與倫比的優勢。它通過製冷器件使得感應器件的溫度降低至－20°C，有效地減少了感應器件本身的熱噪聲。不過有利就有弊，首先它需要消耗大量電能（製冷器件耗電相當可觀），在野外攝影的時候必須備帶足夠的電源；其次它也需要配合電腦和相應軟體才能工作。如果以上這些對你都不算是問題而且經濟條件許可的話，完全可以選擇冷凍CCD作為入門的首選器材。常用的天文CCD可以選擇QHY8/QHY9或者SBIG的STL8300/11000。



上面說了那麼多關於如何選擇器材的問題，基本是針對入門的天文攝影愛好者。對於那些資深的愛好者，選用什麼樣的器材完全取決於需要拍攝什麼樣的目標。例如當你要拍攝M16老鷹星雲中柱狀雲氣的細節時，就要考慮選擇大口徑長焦距的天文望遠鏡，那麼大口徑的反射或折反射望遠鏡就是非常好的選擇。當然選擇這樣的望遠鏡就要考慮與之配合的赤道儀，需要有足夠的負載能力、穩定與精確的跟蹤導星。對於駕馭這樣的器材要比入門級的小型器材困難得多，因此說它並不適合剛剛入門的天文攝影愛好者。

基礎理論篇

天文攝影涵蓋天文與攝影兩個領域，所以要想真正的入門，就必須具備這兩個方面的基礎知識。

攝影的基礎理論

建議各位入門的同好有時間多閱讀一些有關攝影方面的書籍。知道什麼是光圈、快門、感光度（ISO）；知道它們在拍攝過程中的作用以及對拍攝結果的影響。因為天文攝影基本上需要手動設置這些參數，只有熟知它們的作用和關係才能實現準確的曝光。另外，還需要熟悉各種焦段鏡頭的特性，對於不同題材的天文攝影根據需要選擇鏡頭。

天文方面的知識

作為天文攝影來講，具備基本的天文知識是非常必要的。首先要熟悉星空，雖然不一定要把全天88個星座都記下來，至少你應該熟悉那些明亮的具有標誌性的星座，知道它們附近的一些標誌性的深空天體。學習這些東西有時會覺得很枯燥，但卻是必須的。每次外出觀測前先熟悉當夜的星空，制訂相應的觀測和拍攝計劃，這叫「做功課」 。其次還要了解一些隨時出現的天象，這些信息很多網站都可以查到。建議入門的同好安裝一個電子星圖，這些都可以在網上免費下載的。

再次強調，攝影與天文方面的基礎知識對於天文攝影入門是非常重要的。經常會在一些天文論壇上看到有同好詢問某某天體在哪裡呀？或是為何總是找不到目標，這明顯是天文知識欠缺的一種表現（當然，也存在觀測經驗不足的問題）。與其拿著望遠鏡對著天空胡亂搜尋一氣，還不如在星圖上把目標的位置確定好，根據附近的亮星標定目標的位置，這樣你就可以在很短的時間內找到目標天體了。

方法與技巧篇

天文攝影區別於其他題材的攝影，更加講求方法和技巧。即便都是天文攝影，不同題材也會有不同的方法和技巧。這裡就談談個人的一點體會。

日面、月面和行星攝影

這類目標在拍攝的時候有一些共性，例如亮度比較大（相對深空天體而言）、視面比較小等等。我們在拍攝這樣目標時一般會選用焦距較長的天文望遠鏡，以獲得足夠的放大倍數。拍攝這類目標對赤道儀的跟蹤精度要求相對較低，甚至可以不用赤道儀。所以，天文攝影入門一般可以從這類目標入手。

通常實用巴德膜做濾鏡拍攝日面的光球層，黑子和白斑的細節表現很優秀

首先談談日面攝影。這個目標比較特殊，因為它太亮了。所以拍攝日面一定要用減光濾鏡，否則你的相機將不保。常用的減光濾鏡是放置於物鏡前端的「巴德膜」，使用這種減光濾鏡是非常安全的。在一些廉價的望遠鏡套件中可能會配有一種目鏡端的太陽濾鏡，應該說這個東西不是很安全。如果在物鏡全口徑通光的情況下，不消幾秒鐘這個小濾鏡就會被強烈的陽光烤到炸裂。因此，在使用這種濾鏡的時候只能打開物鏡蓋上的小窗口，即便如此也不能長時間觀測，否則同樣有炸裂的危險。使用減光濾鏡拍攝到的是太陽的光球層，要想拍攝到日面的色球層和日耳那就要使用特製的濾鏡（例如H－alpha慮鏡），不過這個東西價格不菲，而且用途相對比較單一，因此極少有入門的同好購買它。在某個特定的條件下，我們不需要使用濾鏡就可以拍攝到日耳和日冕，那就是在日全食的時候。

 如果沒有濾鏡可以在日升和日落階段利用低空大氣的減光作用來拍攝。不過由於大氣的擾動，很多細節會損失掉

再來談談月面攝影。其實月面是個非常不錯的目標。它亮度適中，既適合用相機拍攝整個月面，也適合用攝像頭拍攝表面細節。對於中等焦距的望遠鏡，使用DC在目鏡後攝影比用DSLR直焦拍攝更有優勢。長焦折反射望遠鏡使用DSLR拍攝會有不錯的表現。拍攝月面的細節，那還是使用攝像頭配合大口徑長焦反射或折返射望遠鏡最合適。不過要想拍攝到清晰的月面細節卻不是一件容易的事情，首先要避開滿月，因為這時陽光直射月面，由於沒有陰影而缺少反差；其次需要在良好的大氣透明度和視寧度條件下拍攝，否則高倍視場中的月面猶如浸在沸騰的水中一樣，所有細節都被抹平了。在峨嵋月的時候，我們還可以拍攝月面地照（也即月面被地球反射的陽光照亮的部分），不過由於地照輝光比較暗淡，需要數秒的曝光時間，因此跟蹤就必不可少了。

註：視寧度指望遠鏡顯示圖像的清晰度。

這幅是用小DC在目鏡後拍攝的月面，望遠鏡是一支76/900牛頓式反射望遠鏡

由於DC是不能拆卸鏡頭，因此在做目鏡後攝影的時候相機對焦就很重要。在拍攝日面、月面這樣的目標時，可以使用自動對焦，但是也有可能會出現對焦失敗而無法按下快門的問題。所以，對於有手動對焦模式的DC，可以將相機設置於手動對焦，然後調整望遠鏡的調焦環，使得在相機的LCD屏幕上出現最清晰的圖像。如果沒有手動對焦模式，可以嘗試將相機設置於微距拍攝狀態，因為大多數DC在微距模式下自動對焦的靈敏度較高。當然即使是這樣，個別型號的DC還是無法對焦成功，那也只能說明這部DC不適合天文攝影了。還有一點需要注意，按動快門的時候會使望遠鏡產生晃動，所以應該使用延時自拍功能（如果你的DC支持遙控快門功能那就更好了）。

這是用Philips ToUcam 840K攝像頭在76/900牛頓式反射望遠鏡上拍攝的月面。由於攝像頭的CCD非常小，因此要得到完整的月面必須拍攝多張照片來拼接（上面小圖是拼接後的結果）。每一張照片都是由攝像頭先拍攝一段AVI視頻，然後疊加獲得的。

最後，再來談談行星攝影。比較成功的做法是用攝像頭拍攝一段AVI視頻，然後用專門的軟體來篩選、對齊和疊加。望遠鏡最好選擇大口徑長焦距，大口徑可以提高解析度、長焦距可以獲得足夠的放大倍數。在望遠鏡焦距有一定限制的情況下可以使用巴羅鏡來延長焦距獲得更大的倍率，也可以使用目鏡投影來獲的更大的倍率。中、短焦普消折射不適合用來做行星攝影，主要是色差控制的不好，在大倍率情況下，色差也被極度放大。長焦反射、折反射比較適合用來行星攝影，即便是小口徑的長焦牛頓式反射望遠鏡，只要精細調校，也完全可以滿足行星攝影的要求。

上面這幅是使用Philips ToUcam 840K攝像頭拍攝的土星。雖然普消折射鏡的有效通光口徑比牛頓反射鏡還要大，但是在大倍率下嚴重的色差已經使得影像的細節損失不少，同時可以看到影像顏色（上紅下藍）的畸變。

另外需注意，行星攝影一般都是高倍率小視場，在沒有跟蹤的情況下，目標很快就會走出視場。因此，赤道儀一定要使用自動跟蹤。再就是行星攝影同樣需要有良好的大氣透明度和視寧度，尤其是在視寧度比較差的條件下，甚至無法準確對焦。但是在現實中很少會同時滿足這兩種大氣條件，那麼首先就要選擇好的視寧度。經常情況是，在視寧度良好的條件下透明度總是不太理想。判斷視寧度是否良好，有一個非常簡單的辦法，你可以注意觀察天空的恆星，如果它們都在不停地、飛快地「眨眼」，那就表示目前的視寧度比較差，不適合高倍率的行星攝影。

還有一點非常重要的，就是對焦。拍攝AVI視頻只能在電腦屏幕上觀察焦點是否準確，由於實時的視頻圖像可能會有比較多的噪點，行星的圖像也會比較暗淡，要確定焦點是否精準，的確有一定難度。這在很多時候是靠個人經驗的，到底把圖像調到什麼程度焦點才是準確的，只能是經過多次拍攝、多次嘗試，慢慢去掌握規律。

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