（转载）跟踪法天体摄影

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在天体摄影中，跟踪法拍摄是主流方法，几年前笔者在《摄影与摄像》上介绍过有关天体摄影的一些基本概念（这是在国内摄影杂志上最早出现的有关天体摄影的文章），只是限于当时考虑到大家一般难于装备赤道仪，故而笔者不得不“适可而止”，未做深入介绍。社会在发展，现很多影友已拥有私人汽车，在国内买到赤道仪也不是什么难事。现笔者根据自己多年来的拍摄经验，把这种拍摄方法介绍给大家，并希望天体摄影创作的活动能尽快在国内得到普及。

    若要理解跟踪法天体摄影，我们有必要先熟悉些天文学概念，因为跟踪的目的就是要抵消地球自转的影响，拍出天体的“真实”形象。

    要想容易地找到欲拍摄的天体目标，我们便有必要给天体建立个坐标系统。坐标系统可以建立多种，其中最简便的是把地球的赤道坐标系统投影到天空背景上去，并把这个距我们无限远的球状投影面称为“天球”，那么这个坐标系统可简单地称为天球赤道坐标系统。在天球上相对应的经线与纬线可称为赤经线与赤纬线；地球自转轴与地表的两个交点即北极点与南极点投影到天球上，也便成为天球的两个对应极点。地球自转轴的延长线也便成为了天球的转动轴线。笼统地讲，站在地球的某一点上我们只能看到“一条”经线及“一条”纬线（人的视野有限）。同样站在这一点上，我们却能看到天球的“数条”赤纬线（视野开阔了）与赤经线（又由于天球的“转动”），赤纬线依然用度、分、秒（角度）来表示，而赤经线却要用时、分、秒（时间换算的角度）来表示。太阳的视运动轨迹在天球上的投影称为黄道，黄道线与天球赤道线在天球上有两个交点，一个交点为春分点，另一个为秋分点。我们把通过春分点的赤经线定为零时经线，零时经线与24时经线重合，通过秋分点的经线为12时经线。地球上的经纬线是“固定不动”的，天球上的赤经线与赤纬线随时都在转动（相对与观察者而言）。这样我们必须以地球在某一时刻的经线在天球上的投影为基础而确立天球坐标系统，这正是确定零时赤经线的必要性所在。地球在某一个回归年内，地轴的指向实际在天空中画了一个截面为椭圆的“柱”，但不用担心，因为天球距离我们为无限远，这个“柱”仍可以认为是一条线，即天轴的指向基本没有变，亦即整个天球坐标系统依然是“稳定”的。由于太阳、月亮、大行星、对地球引力的影响，地轴的指向在一定时期内也会有“摆动”（地轴的长周期“摆动”称为岁差，约近26000年为一个周期；短周期“摆动”称为章动），因此当甲时建立了天球坐标系统后，乙时天体的实际坐标位置可能会有偏移，这样我们绘制的星图便要注明天体实际的位置是以哪个具体时间点为依据绘制的，如我们现在所买的星图中注明了“历元2000年”。

    由于地球的自转，我们便会看到天球无时无刻地在转动，亦即天体无时无刻地在转动，我们要想拍到某天体“真实”的像，必须借助于赤道仪（望远镜某种支架）跟踪拍摄，即让照相机头光轴也随天体同步转动。赤道仪结构及其基本工作原理如图1所示。赤道仪上有两个互相垂直的轴，分别称极轴与赤纬轴，工作时极轴要对准北天极（以北半球为例）。望远镜可绕极轴旋转，此时望远镜的光轴扫过一条赤纬线及不同的赤经线；望远镜的光轴也可绕赤纬轴旋转，此时望远镜的光轴扫过一条赤经线及不同的赤纬线；同时使望远镜绕极轴与赤纬轴旋转，望远镜的光轴便可指向任意天区（由于望远镜构造及云台上要附加各种配件等原因，个别情况下会有盲区）。确定目标后，望远镜光轴绕极轴自东向西以每小时15度的速率旋转便可准确地跟踪目标。

    我们在目视观测和拍摄之前及过程当中，与赤道仪相关的工作主要有三项，一是确定极轴的指向，一但调准后，极轴的指向（及其本身）便被固定不动；二是调整光轴绕极轴旋转的跟踪速率；三是一但极轴指向调得不太准，我们还不得不随时调整光轴绕赤纬轴的指向（以调整绕赤纬轴的跟踪速率来实现）。在后两项操作过程中，赤道仪是动态的，我们习惯地称“调整赤经方向与赤纬方向跟踪”，因它们能分别使光轴扫过不同的赤经线（前者）与不同的赤纬线（后者）。此时实际上我们是从“运动”的角度把极轴不确切地称为了“赤经轴”，为的是与极轴的固定指向工作相区别。

    拍摄时照相机可直接接望远镜主镜上，也可在赤道仪的长型云台上单架镜头与机身。下面谈谈具体的拍摄问题。


     一、如何调极轴

    拍摄前首先也是最重要的操作便是使极轴对准北极点，北极点位置如图2所示。好的赤道仪极轴是空心的，内置一极轴望远镜，我们可以根据不同的拍摄时间及不同望远镜的使用说明，把北极星放到极轴望远镜上蚀刻分划板（坐标）的指定位置上（目前的北极点并不是北极星），这样，极轴指向位置便“基本”调好了。但由于蒙气差的影响，我们所看到的北极星的位置与其在天球坐标中的实际位置有些偏差，极轴望远镜与极轴本身也可能不同轴（可白天调整），那么此时极轴实际上是调得“不太准”，跟踪拍摄时便会有偏差。
    实际操作时可用如下方法进一步调整极轴的指向，如图3所示，先开启极轴跟踪马达，并使导星镜对准北天区赤纬40度~50度范围内某一恒星。通过目镜观察，如果发现星体往下跑，便要向下调整极轴，调整时要先关掉跟踪马达（下同）；如果发现星体向上跑，便要向上调整极轴。再让导星镜指向天球赤道线与南北子午线（通过天顶的南北弧线）交汇处附近的某恒星通过目镜观察，如果出现星体向下跑，便要向右（东）调整极轴，如果出现星体向上跑，便要向左（西）调整极轴。赤道仪上有微调选钮，可方便地上下左右调整极轴。


    二、导星问题

    赤道仪的跟踪是靠电动马达与涡轮涡杆系统带动望远镜饶极轴旋转实现的，马达的速率要与地球自转速率一致（方向相反）。由于涡轮涡杆系统存在精度误差，电动马达转动也会有误差（如电压不稳），在跟踪时便要手控微调跟踪速率（更先进的赤道仪可由电脑控制自动调整）。在赤道仪云台板上可加装一个导星望远镜，其光轴指向可微调。导星镜上须接专用导星目镜，其光轴指向亦可微调。导星目镜蚀刻分划板上有一个个能被其自带发光二极管照亮的同心圆环。拍摄前要让导星镜指向被摄天区附近的一颗亮恒星，如果是拍彗星，导星镜也可指向彗星本身。如图4所示，在曝光过程中，眼睛盯着位于导星镜中心圆环内的恒星，手里拿着控制板，按控制赤经方向以不同速率旋转的前进键或停止键，便可控制跟踪速率。如果前面的文章看懂了，您可能会提出疑问：是不是应该说按“控制赤纬方向以不同速率旋转的前进键或停止键，便可控制跟踪速率”？因为光轴的运动轨迹是与某条赤纬线重合的。我们可以这样理解这个问题：天体的坐标是固定不变的，跟踪时光轴指向的坐标也应该是固定不变的，如果跟“跑了”，说明光轴指向的坐标“跑了”，而且是坐标的赤经“跑了”。此时跟踪与导星的目的就是要把“跑了”的光轴指向的赤经“拉回”到正确的赤经位置上。注意，讨论的前提是极轴的指向非常准，光轴指向的赤纬不会“跑了”。所以前面的叙述恰恰是说明了跟踪的本质，这比用光轴指向（相对于地球）的运动轨迹来描述跟踪要科学。选择用以导星的恒星与所拍摄的天区相对位置不能离得太远，这样才能保证跟踪精度。

    如果极轴调得不准，如图5所示，赤道仪极轴对准的“极点”则称为“伪极点”。曝光过程中，所选择导星的恒星B星实际是按B1B2弧线转动，而导星镜光轴是按B1B3弧线转动，在跟踪过程中B星便会跑出视场，这样我们必须同时操纵控制赤经方向与赤纬方向旋转马达，把B1B3弧线不断地拉向B1B2弧线，此时B1B3弧线实际是以台阶状趋近B1B2弧线的。如果伪极点与极点相差不是太远，导星镜放大倍率合适，所拍摄的照片尚可接受，但如果伪极点与极点相差较远，或导星镜放大倍率不够，如此导星也无济于事。

    一般导星镜倍率应在40倍以上且应大于摄影倍率，口径应在60mm以上，这样可使用以导星的恒星看起来明亮些。有时也可把导星目镜装在望远镜主镜上，用主镜导星。


    三、用什么去拍

    因曝光时间一般较长，最好使用能以机械方式释放快门（B门、T门）而不耗电的照相机。天体摄影调焦要求极为严格，最好不用低档机身或未经检验的二手机身。以前笔者拍摄一般题材，觉得即使用海鸥DF-300机身也足够用了，但为了拍摄天体，先后购置了尼康FM2、F3、FE2、FG机身，后两者为二手机身，买回来后便先调整反光镜位置。

    所用镜头既可使用望远镜，也可是高质量的照相机镜头。如果是拍摄如星云、星系等深空天体，可选用焦距85mm以上的定焦镜头，如尼康85mm/1.4（1.8）、105mm/2.5（2.8）、135mm/2.8（2）、180mm/2.8ED、300mm/2.8（4）ED......某些俄产镜头也可用，如100mm/2.8、135mm/3.5、200mm/3.5、300mm/4.5（“枪式”镜头）、300mm/2.8等。如果是拍摄如银河、大彗星、流星雨等内容，可选用50mm以下焦距镜头。至于专业恒定光圈大孔径变焦镜头要慎用，就笔者使用过的镜头而言，图丽ATX  24~40mm/2.8MF镜头可用，尼康AF-S80~200mm/2.8IF-DED镜头差一些。

    一般内容的拍摄，对镜头的像差并不敏感，天体摄影则不然。球差会使所拍恒星的像点不锐利；像散会使恒星的像点整体呈放射状；场曲会使像场边缘恒星的像点不清晰；慧差一般与倍率色差同时出现，称为色慧差，它会使像场边缘恒星像点呈“犁状”且大头带蓝色晕边；畸变对像质影响不大；渐晕会明显地使像场四周变暗且拍摄到的恒星数量减少；杂散光系数大会使照片整体缺少通透感。因为深空天体和彗星都没有明显的“边界”，所以判断照片是否成功，关键是看画面上恒星像点是否圆而锐利。

    依光学理论及笔者的拍摄经验，最适合天体摄影的镜头是采用了复消色差技术的望远型镜头，如适马MF400mm/5.6APO镜头（可谓物美价廉）。

    调焦准确也是拍摄的关键，月亮、行星、太阳、恒星的对焦位置是不一样的，镜头焦距越长越要小心。冬天夜间拍摄时温度较低，镜头无限远对焦位置会有漂移。望远镜头一般都有调焦余量，某些国产或俄产镜头无限远调焦位置不准（未达到无限远点），对这样的镜头一定要事先调整。（未完待续）





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