浅谈天文摄影[转载]

夜空

浅谈天文摄影
在大自然的天地万物中，有着许多令人赞叹的形与色。在过去，许多都是透过绘画及文字记述的方式，将那些美景给记录下来。而当到了十九世纪时因摄影技术的发明，而有所了改变。开始透过摄影的技巧，将许多美不胜收的自然美景给记录了下来。
    而一般的自然摄影，大多集中在动物、植物、地理人文的层面，因这是最容易取到的题材。而天文摄影是自然摄影中，拍摄难度较高的一种，因为拍摄的对象是地球以外的宇宙星体，而所受到的条件影响及限制，也较为多一些。但是在浩瀚无垠的宇宙空间中，却有着许多是人类视野所不易见到的美景，必须透过摄影的方式，才能将其一一的呈现在眼前。
    天文摄影的重要性
    而许多的天文现象是偶发性，甚至是难得一见。由于摄影具有保存及记录的特点，透过摄影的方式，可完整而精确的记录天文现象的发生及经过，如近来的海尔．波普及百武大彗星、中秋月全食等一生难得见到的景象。让天文记录的资料更具有根据性、准确性。另外也可因对宇宙星体的意念传达，透过摄影的技巧，表现出具有艺术美感的摄影作品。
    在天文摄影的领域中，因受自然间本有的条件影响，如地球自转及星体的暗淡。以及天文现象与星体的特性不同，或是个人所想表达独特的意境，基本可分为固定摄影及追踪摄影两种，其中又可细分为连续曝光摄影、直焦摄影及扩大摄影三种。而每一种摄影方式，可对天文景象作不同角度的表达，也让天文景象的记录有着特别的意义。
    天文摄影的基本概念
    天文摄影中最基本的是星野摄影，但确是占了极大的重要性，而其主要是拍摄星座、星云、星团，或是特殊的天体像新星、小行星、彗星。在深入了解之前，先必须知道几个基本的概念。
    （一） 星野摄影的重要
    过去的星体资料，全是由人工用肉眼观测来手绘而成，但容易受人为主观的影响，造成资料的误差及精确度。透过星野摄影所拍得的照片，可完整而精确的记录各星体的位置及变化，于是天文学家利用星野照片的资料，重新编撰正确的星图、星表，也使许多肉眼不易或无法看见的星云、星团，以及冥王星、小行星、彗星的发现，在此时是一一的被发现，也显露出星野摄影的重要性。
    （二） 星野摄影的特异之处
    因受地球由西向东自转的关系，天上的日、月、星一直不停的由东向西移动，而星野摄影所拍摄的对象大多是亮度黯淡的星体，所以必须经过长时间的曝光，另外还需要特殊的器材来辅助（如赤道仪），以及准确追踪星体的能力，是一般摄影中所见不到的。
    （三） 赤道仪追踪原理及构造
    由刚刚所提地球自转运动的关系，若直接对星体做长时间的曝光，所有星体将会因此呈现长条状，而非点状的星体。为解决此一问题，就需要赤道仪来解决这样的问题。赤道仪的设计上有两根旋转的轴，一根称极轴，又称赤经轴；另一根称赤纬轴，使其对准星体在天球上处在的纬度位置。赤道仪的使用原理，就是将极轴对准天球的北极点，就与地球的自转轴平行，利用赤经轴的马达运转，可和地球自转运动相同，与星体的移动同步移动。
    天文摄影的器材
    因为天文摄影的对象，是既遥远，而又小又暗，所以在使用器材上的要求，就较为繁复些。但为了能摄得好的作品，这些器材确是缺一不可。
    相　机
    必须选择有B快门的相机，可做长时间的曝光。最好的是机械式的单眼相机为佳，因为可省去在长时间曝光时，突然没电、低温当机及测光表漏光所造成的困扰，而且还耐低温、好保养及可换接各焦距的镜头或望远镜。
    软　片
    因为星体的光线暗淡，为缩短曝光的时间，大多是使用高感度的胶卷，但高感度胶卷的缺点是粒子太粗，使的成像品质不够细腻。经过多次试用各式高感度胶卷中，目前粒子细度表现佳的，为富士Super G-800.400 ACE胶卷。而高感度胶卷适用于星云、星团、星系及星野等摄影。相对低感度胶卷的粒子细，成像品质较细腻，但不适合做长时间曝光的星野摄影，因为曝光时间相对增长许多，但却非常适合用在做月球表面及行星的扩大摄影，因为这些星体的亮度较亮，曝光时间不需太长，而且成像品质较佳。
    而另外一个可提高胶卷感度，但是粒子不会变粗的方式，那就是运用氢气增感，来提高胶卷的感度。对这需要一些器具及技术，并不是一般人会做，但在国内已有代客增感的服务。
    镜　头
    星野摄影所使用的镜头，重于要求大光圈及高品质的成像。高品质的镜头，可使星点清晰锐利，而且原色重现，不致有像差及色差得出现，这些关系会因镜头镜片的材质、镀膜及毛胚研磨的好坏，有绝对的关系。而大光圈则可吸收较多的星光，除了可缩短拍摄的时间，还可拍摄到较多较暗的星体。
    使用不同焦距的镜头，在视野范围及放大率也都不同，在此以135相机为准，显示各焦距的镜头所适合拍摄的对象：
    1.　28mm以下的广角镜头：全天星野摄影、银河全貌、大范围星座的摄影。
    2.　35mm至50mm：各式普通的星座，如天蝎座、人马座、猎户座等。
    3.　85mm至300mm：拍摄较亮或面积较大的星云、星团，如金牛座M45昴宿星团、仙女座M31大星系、天鹅　座NGC7000北美洲星云等。
    4.　300mm以上：拍摄较小，亮度暗的星体，如金牛座M1蟹状星云、猎犬座M51蜗牛星系等。
    天文望远镜
    除了利用镜头拍摄星野之外，另一个最好的工具，那就是天文望远镜。因为天文望远镜的最大优点就是口径较镜头大，焦距也较长，可拍摄的天体对象也更为广泛了。因为光学系统在解像力的表现，是口径越大越佳，因为集光力较强，可将星体的细节给拍摄出来；另外焦距也较长，可将星体放大的倍率给提高。目前在市上有几种光学系统，而其特性也都不同，请见下表：
    折射式：保养容易，解析力强，拍摄出的星点锐利，非常适合做月面及行星的扩大摄影。其缺点为有色差，短焦的折射镜有周边像差的现象，但这些缺点现已可解决。口径无法做太大，成本也较高。
    反射式：成本低，可做较大的口径，适合做星云、星团的摄影。其缺点是光轴需常调整，反射镜面镀膜易氧化，保养较为繁复。另外还有彗形像差，但这也可已技术克服。
    折反射式：就是结合折射式及反射式两者，但基本结构和反射式相近。其特点是镜筒短，焦距长，口径也大，但比较不适合用于摄影，较适合用于观测，或是接上CCD做系外银河及行星观测。
    赤道仪
    先前已有提过赤道仪的原理，以及在做星野摄影时的实用性。而现在赤道仪的形式，有德式（German）、叉式（Fork），这是目前使用率最高的赤道仪形式，但最适合用于星野摄影的为德式赤道仪为佳。
    其它附件
    快门线、相机接环（T-mount）、摄影接管、自由云台、怀炉（预防镜头结露）、备用电池或电瓶、星图、手表或定时器、记录纸、笔、稳固的三脚架及备用的胶卷，另外还有导星配备。
    天文摄影的方式及特性
    当一切都有了准备，可事先做好规画，选择要拍摄的星体及方式，到一个无光害影响、大气稳定及透明度佳的地点，就能拍出理想的天文照片。在拍摄地点及时间的选择，也都非常重要。地点目前都是选择一些高山地区，如合欢山、大雪山及梨山等，因为受光害的影响最小，而且透明度及大气状况稳定，也较适合做天文摄影。 以下列出各种星野摄影的方式，以及其特点和适合的天象，以供各位在做星野摄影前的准备参考 ：
    固定摄影
    就是将相机固定在三脚架上，不利用赤道仪追踪摄影，将星点拍摄成线条状。接上标准或是广角镜头，快门开至B快门，装上快门线，焦距调至（∞）无限远，光圈依曝光时间长短选择（时间短，开到最大；时间长，略缩小几格）。在胶卷选择上是高感度胶卷。
    星流迹：因地球自转的日周运动，在天球上的星体是每小时移动15度。最常拍摄的是对准北极星，经长时间曝光，可拍出如同心圆的星流迹，若在搭配地面景，颇有另一种美感。或是运用广角镜对准流星群中心，经长时间曝光，可幸运的拍摄到流星。拍摄此种照片，使用35mm?50mm的镜头较合适，因为可拍摄的范围较广。
    连续重复曝光：需选择有重复曝光装置的相机。此方式适用于拍摄月全食的连续过程。先计算月球移动的角度、方向及时间，先将角度取景做好，依固定时间重复曝光，就能拍摄出一连串月食过程的照片。
    追踪摄影
    此时就需使用到赤道仪来做同步的追踪，如此除了将星星拍摄成点状外，还可将星云、星团、星系的颜色、云气及细部，经由长时间的曝光给拍摄出来。另外在做月面及行星的扩大摄影时，亦也非常的重要。
直焦摄影：直接将相机装上镜头或是衔接在望远镜上。依星体的大小，选择适当的焦距，以及星体的亮度，胶卷的感度，镜头光圈的大小或望远镜的焦比（望远镜焦比F=焦距mm÷口径mm）。数字小，光圈及焦比就大；数字大，光圈及焦比就小。做适当的长时间曝光，但是时间越长越好（需考虑到胶卷的倒易律效应）。同常是焦比大比焦比小的时间短；星团比星云时间短；星云比系外银河时间短；系外银河比黑暗星云及行星状星云短；但仍须依星体的亮度来做选择曝光的时间长短。若是直焦拍摄月球或太阳（需接专用滤镜）等亮度大的天体，可用低感度胶卷，并利用相机本身的测光表来选定快门速度。
    扩大摄影：就是在相机与望远镜间装上目镜，提高倍率，如此可将月球（月面坑洞等）、太阳（黑子、日珥等）表面及行星面上的条纹（火星极冠、土星环、木星条纹及红斑等），或是天体的细部给拍摄清楚。因倍率提高，星体的移动速度，在视野中相对的感到加快，因此赤道仪的追踪精准度更形重要。此时亦可选择使用低感度胶卷，以提升其成像的细腻度。除月球及太阳可用测光表来选择快门速度外，其余行星或其余天体的摄影，仍须增长曝光的时间。
    结　语
    在国内的天文星野摄影，仍尚属极为冷门，相较邻近的日本和香港以及美国等地，天文活动确是非常的活跃，借着拍摄夜空中璀璨的星星来推广天文活动，同好间的相互交流，提升摄影的技巧。如今国内的天文科学教育馆内有丰富而完整的软硬件设备，希望能提升国内的天文风气。让看星星、拍星星也能成为一项全民的休闲活动。
    仰望苍穹，点点繁星，是否唤起你我儿时的乐趣与梦想。当您对星空中的星座、星云及星团，有了更多一层的认识时，是不是有着想拥为已有的念头呢？其实想摘下星星、月亮，已不是一件梦想了，只要细细研究，经过几次的尝试，必会有相当多的收获，如有任何疑问，欢迎与我联络。