深空天体摄影是天文摄影的一个重要分支。不仅仅需要具备性能相当的器材,还需要拍摄者具备驾驭器材的能力。同时更需要良好的观测环境和合适的观测时机。在天文摄影中,深空天体摄影对器材的要求是比较高的,对于不同类型的深空天体、不同的观测环境,选择合适的器材是非常必要的。
器材的选择
首先是望远镜。很多爱好者用长焦镜头来拍摄深空天体,但对于大多数只有一些简单摄影器材(DC或DLR套机)的爱好者。选择天文望远镜的费用远比配置镜头要廉价得多。即便是顶级发烧友,使用高级天文望远镜拍摄的效果通常也会优于长焦镜头。所以说对于大多数爱好者来讲,天文摄影还是以天文望远镜为主。
口径越大的望远镜分辨率也就越高,集光力也越强。经济条件许可的情况下尽量选择口径较大的望远镜是有必要的,另外选择望远镜还需要考虑拍摄目标。对于大视面的深空天体,比如弥漫星云和疏散星团,应当选择焦距较短的望远镜,以便获得足够大的视场来函盖整个目标。对于视面较小的天体,比如球状星团,行星状星云和大部份河外星系,应当选择焦距较长的望远镜,以获得足够的细节。
IC2177海鸥星云,视场相当大,因此需要配合短焦望远镜来拍摄
M51惠而浦星系,是个视面比较小的天体,需要用焦距较长的望远镜来获得足够的细节
其次是赤道仪的选择。深空天体摄影对赤道仪的要求是非常高的。不仅跟踪的速度要精准,还必须保证在整个跟踪过程中运行平稳,没有晃动和振动。否则照片上的星点会出现拖线或者重影。再有,赤道仪要负责支撑望远镜,成像终端,导星系统(以目标天体附近的恒星为引导,控制赤道仪精确跟踪天体周日视运动的装置)等等,因此在选择赤道仪的时候需要考虑是否具有足够的承载能力。长期超负荷工作会全使得赤道仪出现异常的磨损,导致跟踪精度急剧下降。另外,即便赤道仪的跟踪速度精准,也需要配合导星系统来工作。因为地球大气的存在会产生“蒙气差”(大气对星光折射导致的周日视运动角速度的变化)。到目前为止,导星是克服“蒙气差”最简单有效的方法,因此一架配有自动导星接口的赤道仪是非常实用的。当然,如果你手头只有一架简易型的赤道仪,也可以采取手动导星的方法,当然这是对技术和毅力的考验。一般来讲,至少应当配置一台具备双轴自动跟踪的赤道仪
野外进行深空天体摄影,可以选择没有光污染的环境。适合拍摄那些表面亮度低,视面大的弥漫星云,要求器材安装调试简单,便于携带,通用性强,因此推荐使用8-10厘米消色差折射望远镜,配合一台双轴自动跟踪的赤道仪(EQ3PRO或同等级别以上的赤道仪)如果能配合自动导星系统就更好了。当然不要忘了带上容量足够的蓄电池,以便保证赤道仪,成像终端和导星系统整夜可靠的工作需要。实在不行,用汽车发电也可以,不过这台“发电机”价格不菲。
M31仙女座星系,虽然整体亮度很高但是表面亮度却极低。这样的目标需要去野外无光害的环境观测。
如果是在市区自家的阳台或是楼顶进行深空天体摄影,需要考虑城市中光污染影响。一般比较适合拍摄那些表面亮度高,视面较小的天体(行星状星云,球状星团等等)。另外可以利用光害滤镜来改善观测效果,例如比较常用的UHC、CLS、V3、V4等滤镜,这类滤镜对发射星云、行星状星云和超新星遗迹等天体具有良好的效果。或者采用单色天文CCD搭配Ha窄带滤镜来拍摄前述天体,同样具有非常好的效果,这个搭配不仅有效抑制城市灯光对拍摄的影响,甚至可以克服月光的影像。
M8礁湖星云,一个典型的发射星云。这张照片拍摄于广州市区强光害环境,因为使用了UHC滤镜,效果非常不错。
成像终端除了数字单反相机,专业的天文CCD相机也开始在业余天文摄影爱好者中盛行起来,这种天文CCD相机专门针对天文摄影的需要来设计,设有制冷系统来降低CCD的工作温度,以获得更低的热噪声,在CCD前不再设置红外截止滤镜,以提高在红外波段的灵敏度。
除了上述的三大类主要器材,还有一些小型的配件是必不可少的。例如成像终端与望远镜的接环,安装望远镜和导星系统的云台板,微动云台,导星镜,导星CCD或小型导星器,很多情况下笔记本电脑也是必不可少的,另外还有一些天文摄影使用的滤镜,如果使用单色CCD还需要使用RGB三基色滤镜和滤镜盘,以便后期合成彩色影像,还有一些用于改善拍摄效果的附件,例如像场修正镜和慧差修正镜。
深空天体摄影的技巧
如文章开头所讲,深空天体摄影对于拍摄者技术有着较高要求,这主要体现在以下几个方面,
首先是器材的架设与调试。赤道仪的架设要保证水平,这是前提条件,否则以后的调整都会有问题。将全部负载(望远镜,成像终端,导星镜,导星CCD等等)安装好之后,还需要调整重锤的位置配平衡,否则赤道仪跟踪的精度会大打折扣。赤道仪的极轴校准是调试工作的重中之重。不同的赤道仪有不同的调整方法,有极轴镜的赤道仪可以借助极轴镜中的分划板来校准极轴。没有极轴镜的赤道仪可以使用“漂移法”来校准极轴。只有精确地校准极轴,在拍摄过程中才能实现准确的跟踪与导星。有经验的天文摄影爱好者宁愿多花时间在极轴校准上,这绝对是事半功倍的。需要注意的是,即便是有导星系统的情况下,校准极轴也是必须的,否则在长时间曝光的影像中星点会出现明显的场旋,(星点以引导星为中心形成的圆弧形拖线)
接下来一个重要的环节是调焦。要拍摄到纤细的星点和星云的细节,精准调焦是必须的,这个环节如果忽视了,那么以后的工作基本就是白做了。由于深空天体都非常的暗淡的,依靠目视观测来调焦是很粗糙的。我们可以借用一些辅助工具,例如一种叫“鱼骨”的对焦板利用星点的衍射图像来确定焦点的位置,可以在较短的时间内完成精确对焦。另外需要注意的是,你在拍摄系统中使用了滤镜,那么在更换滤镜的时候必须要重新对焦。
当系统调试完成之后,接下来的工作就是寻找需要拍摄的天体。一个有经验的天文摄影爱好者可以利用天空中亮星快速确定要拍摄目标天体大概位置。通过几次试拍来确认取景,之后就开始正式的拍摄工作。对于很多入门的爱好者,可能在这方面需要花费大量的时间。尤其是在城市中受到光污染的影响,天空中肉眼能够看到星星并不多,确定目标的位置会比较困难。这时候,一架具有自动寻星的赤道仪就是非常实用了,我们只需要在控制器的手柄上输入天体的编号和坐标,望远镜就会自动指向目标天体。当然如果你只有一架普通的赤道仪那也没关系,我们还可以借助一种可以安装在双筒望远镜上的激光指星笔来确认和引导望远镜寻找目标天体。
拍摄反倒是深空天体摄影中相对较为简单的环节。如果你使用的自动导星系统,那只需要设置好快门的时间就可以坐享其成了。由于需要长时间的曝光,使用相机的爱好者建议利用快门线来控制曝光,最好是可以定时的那种。天文CCD的曝光时间由电脑控制,只要设定好就可以了,如果你使用的是手动导星,那在整个曝光中必须紧盯导星目镜或电脑屏幕,一旦引导星发生偏移就需要迅速调整赤道仪使星点归位。如果需要曝光十几分钟,在这个过程中都需要保持紧张状态,否则一个小小的失误就会前功尽弃了。一般情况下会将相机的感光度设置得比较高,早期的数字单反相机可以设置在ISO800-1600,新型的数字单反相机可以轻易的上到IS03200-6400,甚至可以更高。设置高的感光度可以有效的缩短曝光时间,但同时也带来了影像的颗粒粗大,信噪比劣化的问题。因此在影像的后期处理中我们需要大量相同目标的影像来叠加,以提高信噪比,获得足够细腻的影像。所以在拍摄过程中经常拍摄需要持续数个小时,有时候甚至需要数月或数年来完成一幅深空天体摄影作品。
M78反射星云。从左至右分别是单张15min曝光的影像,8张15min曝光叠加的影像和48张15min曝光叠加的影像,叠加越多细节越多
还有一点需要注意,相机的图像输出格式一定要选择RAW,这种格式完整地保留了感光器件所感知的目标天体的所有消息。有些是显示器无法显示和肉眼无法察觉的,这些信息在使用JPG格式输出的时间会被系统认为是无效信息而被丢弃,那么在后期处理的时候这些信息也将无法恢复了。
深空天体影像的后期处理
事实上,天文数字影像的后期处理也是一门非常深奥的学问。如果要做全面的阐述,那基本可以独立成册了。这里只是谈一些原则。首先在把RAW格式转换成我们能够处理的图片格式TIFF时,一定要用专门的天文影像处理软件,(IRIS,MAXIM
DL等等)只有这样获得的TIFF图片文档才能在后期处理中准确的减暗场,除平场和叠加;其次,由于导星的精度有限,出现星点轻微拖线或场旋的情况也在所难免,这些我们也可以通过后期处理,做星点和场旋修正改善效果。对于在城市中拍摄的深空天体影像,由于背景天空非常明亮,在后期处理中还需要增加一步背景天光的扣减。
天文影像处理前后的对比
一幅精彩的深空天体摄影作品是天时、地利、人和多方面统一协调的产物,或者说是一个系统工程,其中任何一个环节出现问题都无法达到目标。同时深空天体天体摄影也是一项非常有趣的活动,尤其是野外观测摄影,能用自己双手拍摄到的深空天体影像并与同好交流是件非常愉快的事情。