天文攝影簡(jiǎn)介及天文望遠(yuǎn)鏡維護(hù)保養(yǎng)

1、天文攝影基礎(chǔ)天文攝影基礎(chǔ)及及天文望遠(yuǎn)鏡維護(hù)保養(yǎng)天文望遠(yuǎn)鏡維護(hù)保養(yǎng)深圳實(shí)驗(yàn)學(xué)校深圳實(shí)驗(yàn)學(xué)校 伍樹(shù)人伍樹(shù)人不同制式的天文望遠(yuǎn)鏡不同制式的天文望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)：開(kāi)普勒式光學(xué)系統(tǒng)：開(kāi)普勒式機(jī)械系統(tǒng)：德國(guó)式機(jī)械系統(tǒng)：德國(guó)式光學(xué)系統(tǒng)：牛頓式光學(xué)系統(tǒng)：牛頓式機(jī)械系統(tǒng)：德國(guó)式機(jī)械系統(tǒng)：德國(guó)式光學(xué)系統(tǒng)：光學(xué)系統(tǒng)：施密特施密特-卡塞格林式卡塞格林式機(jī)械系統(tǒng)：叉式機(jī)械系統(tǒng)：叉式天文望遠(yuǎn)鏡預(yù)備知識(shí)天文望遠(yuǎn)鏡預(yù)備知識(shí)一一. .口徑與通光口徑口徑與通光口徑: D : D 及及 D D0 0 D就是物鏡的直徑。較正規(guī)有廠商一般在物鏡上都刻有表示直徑大小的數(shù)字。二二. .焦距焦距 F F F F就是物鏡的焦距。較正規(guī)的廠商一般

2、在物鏡上都刻有表示口徑大小和焦距長(zhǎng)短的數(shù)字。物鏡焦點(diǎn)焦距 F口徑 D口徑口徑102mm焦距焦距1000mm三.相對(duì)口徑: A=D0/F . 它如同照像機(jī)的光圈(Apture)。 D0 越大， F越短，光圈愈大，所需曝光時(shí)間愈短!不過(guò)在照相機(jī)上所刻出的光圈數(shù)實(shí)際上是分子為1時(shí)的分母數(shù)。四.焦比: 1/A=F/D0 . 望遠(yuǎn)鏡光路中少有設(shè)置光闌的， 故D0是一常數(shù)；如果望遠(yuǎn)鏡是單焦點(diǎn)光學(xué)制式，F(xiàn)也是不變的。物鏡焦點(diǎn)焦距 F口徑 D 你完全可以將望遠(yuǎn)鏡看作是照相機(jī)的一個(gè)長(zhǎng)焦鏡頭，在拍攝天象或景物時(shí)，將焦數(shù)直接看作是光圈數(shù)，曝光量的計(jì)算也完全相同。 如圖中所示的望遠(yuǎn)鏡，口徑為如圖中所示的望遠(yuǎn)鏡，口徑為

3、102102毫米，焦距毫米，焦距為為10001000毫米，其焦比為毫米，其焦比為10001000毫米毫米/102/102毫米毫米1010，你，你可以將看作光圈近似為可以將看作光圈近似為1111的照相機(jī)鏡頭來(lái)計(jì)算曝光的照相機(jī)鏡頭來(lái)計(jì)算曝光量。量。五.放大倍數(shù): M= F/f .此中F為物鏡焦距(或F效),f為目鏡焦距(用同一個(gè)計(jì)量單位). 要想得到大的M,就必須減小f,即換用短焦距的目鏡，此時(shí)視場(chǎng)減小!太短則空氣抖動(dòng)也被放大,細(xì)節(jié)看細(xì)節(jié)看不清不清. .實(shí)際上根本無(wú)法進(jìn)行觀測(cè)。一般情況下一般情況下,M500,M500倍倍. .故不能盲目追求放大率故不能盲目追求放大率! ! 六六. .極限星等極限星

4、等: : 2.1 + 5 log D2.1 + 5 log D0 0 ( (以以mmmm為單位為單位) ) D D0 0=200mm , m =13.6 =200mm , m =13.6 由于光污染由于光污染, ,一般達(dá)不到一般達(dá)不到! !七七. .分辨率分辨率: r =120/ D: r =120/ D0 0( mm )( mm ) D D0 0 =200 mm , r =0.6 =200 mm , r =0.6 八八. .底片比例尺底片比例尺: :設(shè)所用天文望遠(yuǎn)鏡焦距為設(shè)所用天文望遠(yuǎn)鏡焦距為F(F(單位為單位為mm),mm),則則: : F F被被206265206265除，即為在焦面上每

5、角秒所對(duì)應(yīng)的除，即為在焦面上每角秒所對(duì)應(yīng)的mmmm數(shù)。數(shù)。 F F被被3438 3438 除，除， 即為在焦面上每角分所對(duì)應(yīng)的即為在焦面上每角分所對(duì)應(yīng)的mmmm數(shù)。數(shù)。 F F被被5757除，除， 即為在焦面上每角度所對(duì)應(yīng)的即為在焦面上每角度所對(duì)應(yīng)的mmmm數(shù)。數(shù)。 例：例：F F3000mm,3000mm, F/2062650.015, F/2062650.015, 即即11對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于0.015mm .0.015mm . F/3438 0.87 , F/3438 0.87 , 即即11對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于0.87mm0.87mm F/57 52.6 , F/57 52.6 , 即即1 1對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)

6、于52.6mm .52.6mm . 用該望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)用該望遠(yuǎn)鏡觀測(cè), ,在焦面上月亮的直徑約為半度即約在焦面上月亮的直徑約為半度即約為為52.6/2=26.3mm .52.6/2=26.3mm .望遠(yuǎn)鏡可視星等與分辨率曲線 實(shí)測(cè)望遠(yuǎn)鏡所拍到的星等可用昴星團(tuán)或北極星序底片底片 隨著科技的發(fā)展，玻璃感光底片的應(yīng)用逐漸減少，隨著科技的發(fā)展，玻璃感光底片的應(yīng)用逐漸減少，除個(gè)別情況外，大有被除個(gè)別情況外，大有被CCD代替的趨勢(shì)，目前還不能代替的趨勢(shì)，目前還不能完全代替。完全代替。Kodak底片比較出名，根據(jù)不同感光范圍底片比較出名，根據(jù)不同感光范圍及分辨率，有不同的牌號(hào)，市場(chǎng)上很難買(mǎi)到！及分辨率，有不同的

7、牌號(hào)，市場(chǎng)上很難買(mǎi)到！ 120、135膠卷在市場(chǎng)上容易買(mǎi)到，它們的感光度膠卷在市場(chǎng)上容易買(mǎi)到，它們的感光度通常是用通常是用DIN或或ASA來(lái)表示：記住每增加來(lái)表示：記住每增加3DIN或每增或每增加加100ASA，感光速度快一倍！如普通膠卷是，感光速度快一倍！如普通膠卷是21 DIN，而而24 DIN（相當(dāng)于（相當(dāng)于200 ASA),就比前者快一倍！彩色就比前者快一倍！彩色膠卷的感光度也同樣標(biāo)注。膠卷的感光度也同樣標(biāo)注。天文攝影一一. .不用望遠(yuǎn)鏡靜止拍攝：照相機(jī)架在三角架不用望遠(yuǎn)鏡靜止拍攝：照相機(jī)架在三角架上固定，打開(kāi)上固定，打開(kāi)T T門(mén)（若無(wú)，則可用門(mén)（若無(wú)，則可用B B門(mén)），適門(mén)），適當(dāng)長(zhǎng)

8、時(shí)間露光。適用于拍攝北極星附近周日當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間露光。適用于拍攝北極星附近周日運(yùn)動(dòng)、大天區(qū)、日食過(guò)程、運(yùn)動(dòng)、大天區(qū)、日食過(guò)程、等。天體在等。天體在底片上的大小，由照相機(jī)鏡頭焦距決定。底片上的大小，由照相機(jī)鏡頭焦距決定。二二. .通過(guò)望遠(yuǎn)鏡物鏡拍攝：通過(guò)望遠(yuǎn)鏡物鏡拍攝： 1.1.不跟蹤：如加濾光片拍攝月亮、太陽(yáng)全貌，不跟蹤：如加濾光片拍攝月亮、太陽(yáng)全貌，影像大小的計(jì)算。在目鏡后直接拍行星或拍影像大小的計(jì)算。在目鏡后直接拍行星或拍月亮環(huán)形山細(xì)部、太陽(yáng)黑子、月亮環(huán)形山細(xì)部、太陽(yáng)黑子、等。天體等。天體在底片上的大小，由望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距決定。在底片上的大小，由望遠(yuǎn)鏡物鏡焦距決定。 2.2.跟蹤拍攝：有視面的天體

9、，如星云、星團(tuán)、跟蹤拍攝：有視面的天體，如星云、星團(tuán)、彗星、彗星、等。等。三三. .僅用望遠(yuǎn)鏡跟蹤機(jī)架，不用光學(xué)系統(tǒng)：將照僅用望遠(yuǎn)鏡跟蹤機(jī)架，不用光學(xué)系統(tǒng)：將照相機(jī)牢固的固定在望遠(yuǎn)鏡鏡筒上，跟蹤拍攝大相機(jī)牢固的固定在望遠(yuǎn)鏡鏡筒上，跟蹤拍攝大天區(qū)對(duì)象，跟蹤好時(shí)可長(zhǎng)時(shí)間露光，但要注意夜天區(qū)對(duì)象，跟蹤好時(shí)可長(zhǎng)時(shí)間露光，但要注意夜天光的影響！天光的影響！ 由于周日運(yùn)動(dòng)，不同赤緯的天體在相同露光由于周日運(yùn)動(dòng)，不同赤緯的天體在相同露光時(shí)間，留在底片上的軌跡，長(zhǎng)短是不同的！兩極時(shí)間，留在底片上的軌跡，長(zhǎng)短是不同的！兩極最慢，赤道最快！照像露光時(shí)應(yīng)考慮！一張底片最慢，赤道最快！照像露光時(shí)應(yīng)考慮！一張底片上跑得

10、最快星的軌跡不能大于上跑得最快星的軌跡不能大于0.05mm 0.05mm 。 望遠(yuǎn)鏡焦距愈長(zhǎng)：焦面上比例尺愈大、用同焦望遠(yuǎn)鏡焦距愈長(zhǎng)：焦面上比例尺愈大、用同焦距目鏡看視場(chǎng)愈小、天體愈暗、要求跟蹤精度高距目鏡看視場(chǎng)愈小、天體愈暗、要求跟蹤精度高、用焦距太短的目鏡反而看不清細(xì)節(jié)！望遠(yuǎn)鏡、用焦距太短的目鏡反而看不清細(xì)節(jié)！望遠(yuǎn)鏡 望遠(yuǎn)鏡距愈短：焦面上比例尺愈小、用同焦距望遠(yuǎn)鏡距愈短：焦面上比例尺愈小、用同焦距目鏡看視場(chǎng)愈大、天體愈亮、要求跟蹤精度稍低目鏡看視場(chǎng)愈大、天體愈亮、要求跟蹤精度稍低. . 要注意的是要注意的是: :視場(chǎng)太大時(shí)邊緣像質(zhì)量差視場(chǎng)太大時(shí)邊緣像質(zhì)量差. .用廣角目用廣角目鏡時(shí)鏡時(shí),

11、,邊緣變形多邊緣變形多! ! 總之總之, ,一架望遠(yuǎn)鏡上是不能滿(mǎn)足多種要求的一架望遠(yuǎn)鏡上是不能滿(mǎn)足多種要求的! !只能只能有所犧牲有所犧牲, ,才有所獲得才有所獲得. . 有些專(zhuān)做攝影的望遠(yuǎn)鏡鏡頭有些專(zhuān)做攝影的望遠(yuǎn)鏡鏡頭, ,是采用是采用3 3片、片、4 4片、片、.等多片鏡片組成等多片鏡片組成. .四四. .用望遠(yuǎn)鏡物鏡及目鏡：用望遠(yuǎn)鏡物鏡及目鏡： 1.1.在目鏡直接投射到底片上：設(shè)目鏡到投影屏距離為在目鏡直接投射到底片上：設(shè)目鏡到投影屏距離為SS，物鏡焦距，物鏡焦距F,F,目鏡焦距目鏡焦距f,f,見(jiàn)下示意圖見(jiàn)下示意圖 眼 睛FfFss目鏡焦點(diǎn)與物鏡焦點(diǎn)重合，眼睛看到平行光。成像在屏上，必須

12、把目鏡遠(yuǎn)離物鏡到S，設(shè)屏到目鏡距離為S:則1/f =1/S +1/ S, S = S f /(Sf) , F效F S / S=F S (Sf) / Sf , F效F （ S / f 1) 2. 2.在目鏡后直接用照相機(jī)拍攝：設(shè)照相機(jī)鏡頭在目鏡后直接用照相機(jī)拍攝：設(shè)照相機(jī)鏡頭焦距是焦距是f f 照照，其他同前。，其他同前。 F F效效F ( fF ( f照照/ f / f ）(F / f) f(F / f) f照照 要想拍到一張好的黑子照片，是相當(dāng)困難的，要想拍到一張好的黑子照片，是相當(dāng)困難的，主要是氣流影響，真正的太陽(yáng)觀測(cè)儀器，鏡筒內(nèi)要主要是氣流影響，真正的太陽(yáng)觀測(cè)儀器，鏡筒內(nèi)要抽真空，并把熱

13、量反射到筒外！見(jiàn)下示意圖抽真空，并把熱量反射到筒外！見(jiàn)下示意圖 拋 物 面 主 鏡橢 球 面 副 鏡光 闌出 光 孔葛里高里系統(tǒng)卡式鏡調(diào)焦器卡式鏡調(diào)焦器牛頓鏡調(diào)焦器牛頓鏡調(diào)焦器折射鏡調(diào)焦器折射鏡調(diào)焦器例題例題1.1.設(shè)物鏡焦距設(shè)物鏡焦距F F3000mm3000mm。求月亮在焦面底片上的直徑。求月亮在焦面底片上的直徑d d？ d 30(3000/3438)=26 mm.d 30(3000/3438)=26 mm.2.2.設(shè)物鏡焦距設(shè)物鏡焦距F F3000mm.3000mm.目鏡焦距目鏡焦距f=20mm f=20mm 。 求求1).1).用眼看時(shí)的放大率用眼看時(shí)的放大率V V？ V=3000/2

14、0=150V=3000/20=150倍。倍。 2).2).屏距目鏡屏距目鏡80mm80mm時(shí)，透射出的月亮直徑是多大？時(shí)，透射出的月亮直徑是多大？ F F效效FF（80/20)-1= F380/20)-1= F39000 9000 。 d d（9000/34389000/3438）30 79mm . 30 79mm . 3.3.在目鏡后直接拍攝：設(shè)物鏡焦距在目鏡后直接拍攝：設(shè)物鏡焦距F F3000mm.3000mm.目鏡焦距目鏡焦距f=15mm f=15mm ，設(shè)照像機(jī)鏡頭，設(shè)照像機(jī)鏡頭f f照照50mm 50mm 。 求土星在照像機(jī)求土星在照像機(jī)底片上的大小底片上的大小d? (d? (已知土

15、星光環(huán)直徑張角為已知土星光環(huán)直徑張角為3737） F F效效F/f F/f （ f f照照）200 50200 5010000mm 10000mm d d(10000/206265(10000/206265） 37 2 mm 37 2 mm 。用佛科刀口法找焦面 用物鏡直接把天體成像在照像機(jī)底片上時(shí)，調(diào)焦是很重要的，調(diào)焦不準(zhǔn)，成像模糊！在取景器不理想時(shí)，可用佛科刀口法將焦面調(diào)到與底片重合。211332來(lái) 自 物 鏡 的 會(huì) 聚 球 面 波 刀口從右往左切時(shí)，黑影移動(dòng)方向與刀口相同時(shí)，在焦內(nèi)。黑影移動(dòng)方向與刀口相反時(shí)，在焦外。全黑時(shí)，刀口在焦面上。 打開(kāi)照像機(jī)后蓋，可用刀片在焦面上切恒星像判斷！

16、邊切邊調(diào)焦至好。自制簡(jiǎn)易照像機(jī) 優(yōu)點(diǎn)是:可以單張拍攝,拍一張沖洗一張,看效果,試曝光時(shí)間,節(jié)省膠片!但無(wú)快門(mén)!用時(shí)注意.拍攝流星雨最為合適.用數(shù)碼相機(jī)拍攝用數(shù)碼相機(jī)拍攝 隨著CCD的發(fā)展,用CCD取代照相底片,做為接收器件,已為各國(guó)天文臺(tái)所采用.它用起來(lái)的確方便,免去沖洗、擴(kuò)印、測(cè)量等手續(xù),可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.但目前視場(chǎng)較小!CCD拼接技術(shù)發(fā)展后,解決了一部分問(wèn)題,分辨率低,比起照相底片還是遜色! 是否有一天CCD能完全取代底片,要看技術(shù)的發(fā)達(dá),工程技術(shù)專(zhuān)家的努力! 近些年來(lái)數(shù)碼相機(jī)比較流行,天文愛(ài)好者也可用它進(jìn)行拍攝. 注意:若用它長(zhǎng)時(shí)間曝光,要考慮到充電一次后的電池使用時(shí)間!若用轉(zhuǎn)換器,要

17、考慮到相機(jī)發(fā)熱!一般數(shù)碼相機(jī)鏡頭不能取下來(lái)(專(zhuān)業(yè)型例外),故只能帶鏡頭拍攝!如下面這兩張土星照片,即為作者于2003年10月6日所攝。用口徑200mm折光鏡攝土星(1) 作者攝于2004年10月6日夜用口徑200mm折光鏡攝土星(2) 作者攝于2004年10月6日夜，手有微抖動(dòng)。2002年11月14日作者攝于 用400mm反光鏡投射，露光11秒攝后放大口徑200mm，反射鏡，f 4.8,跟蹤20分鐘（有微位移）。用數(shù)碼相機(jī)拍攝的金星凌日 有薄云數(shù)碼相機(jī)前加望遠(yuǎn)鏡，見(jiàn)下圖8倍望遠(yuǎn)鏡直接投射到天花板上，見(jiàn)上圖天文望遠(yuǎn)鏡維護(hù)保養(yǎng)1.折射式：采用雙分離物鏡，有的加入兩塊折射式：采用雙分離物鏡，有的加入

18、兩塊平面鏡轉(zhuǎn)像，有的不加，因?yàn)樯倭藘蓧K平平面鏡轉(zhuǎn)像，有的不加，因?yàn)樯倭藘蓧K平面鏡，理論上成像好于前者。面鏡，理論上成像好于前者。2.反射式：一種是卡塞格林式，主、副鏡均反射式：一種是卡塞格林式，主、副鏡均為非球面。另一種全是由球面鏡所組成。為非球面。另一種全是由球面鏡所組成。二者筒前均有保護(hù)窗防塵！二者筒前均有保護(hù)窗防塵！3.馬克蘇托夫卡塞格林折反射式（雙射馬克蘇托夫卡塞格林折反射式（雙射式）：前面由彎月改正鏡折射，再由球面式）：前面由彎月改正鏡折射，再由球面反射鏡反射。反射鏡反射。 它們的光路示意圖見(jiàn)下：它們的光路示意圖見(jiàn)下： 雙 分 離 物 鏡凹 拋 物 面 鏡窗凸 雙 曲 面 鏡像 場(chǎng)

19、改 正 鏡像 場(chǎng) 改 正 鏡窗反 射 面全 球 面馬 克 蘇 托 夫 -卡 塞 格 林 從這四種形式看從這四種形式看,鏡筒前均有鏡面鏡筒前均有鏡面,且封閉的很好且封閉的很好,塵土不會(huì)直接進(jìn)入。除非用了很長(zhǎng)一段時(shí)間，鏡筒塵土不會(huì)直接進(jìn)入。除非用了很長(zhǎng)一段時(shí)間，鏡筒內(nèi)及內(nèi)部鏡面才會(huì)有積土，影響觀測(cè)！灰塵是從鏡內(nèi)及內(nèi)部鏡面才會(huì)有積土，影響觀測(cè)！灰塵是從鏡筒縫隙鉆入的，總要有一只目鏡裝在筒中。筒縫隙鉆入的，總要有一只目鏡裝在筒中。 對(duì)于潮濕大氣要預(yù)防！在潮濕天，或雨后不要打?qū)τ诔睗翊髿庖A(yù)防！在潮濕天，或雨后不要打開(kāi)天窗觀測(cè)，更不能讓雨水進(jìn)入。萬(wàn)一物鏡琳雨，開(kāi)天窗觀測(cè)，更不能讓雨水進(jìn)入。萬(wàn)一物鏡琳雨，雨水進(jìn)入鏡頭，請(qǐng)找專(zhuān)業(yè)人員擦拭，否則像質(zhì)變壞！雨水進(jìn)入鏡頭，請(qǐng)找專(zhuān)業(yè)人員擦拭，否則像質(zhì)變壞！見(jiàn)下例：見(jiàn)下例： 對(duì)于物鏡的前面或封窗的前表面，稍有點(diǎn)灰塵，對(duì)于物鏡的前面或封窗的前表面，稍有點(diǎn)灰塵，不要管它，不要經(jīng)常擦拭，久之必劃傷鏡面！積塵不要管它，不要經(jīng)常擦拭，久之必劃傷鏡面！積塵很多時(shí)，先用吹氣球吹去浮塵，再用干凈的排筆刷很多時(shí)，先用吹氣球吹去浮塵，再用干凈的排筆刷去積塵，用蘸水的脫脂棉（水