進階天文攝影

一.天文攝影的特性:
  天文攝影的對象是暗淡的天體,需要消除的是地球的自轉,所以必須使用特別的器材,做極長時間的曝光。 二.天文攝影失敗的原因:
 (一)極軸不準:蒙氣差
  雖然使用極軸望遠鏡來對正極軸的精度相當高,對於短焦距的望遠鏡追蹤攝影及觀測綽綽有餘。但對長焦距的攝影,例如:1000mm的焦距,要求的對極軸精確度就要很高了!這就不是光靠極軸望遠鏡對極軸就夠的。當赤道儀的極軸望遠鏡使用於低緯度的地區時,大氣折射所產生的影響使得要精確地對正極軸幾乎是不可能的。大氣折射對星星確實位置的影響如下:

星星高度 蒙氣差(大氣折射量)   星星高度  蒙氣差(大氣折射量)
 10°    0°5' 17"         20°    0°2' 38"
 30°    0°1' 40"         40°    0°1' 09"
  因大氣折射,實際星星的位置會比觀測的位置低,在台灣北極星的高度約25度,所受蒙氣差的影響約2分角,也就是說就算你把北極星對到同心圓漂亮地繞著望遠鏡極軸中心轉的程度,實際上仍有約2分角的誤差。那麼以極軸望遠鏡中心偏上2分角位置為正確赤道儀中心來對準,應該可以校正這2分的誤差。可是赤道儀出廠時,極望與機械軸偏心仍有誤差量,也就是說改善是有限度的。
  精確的對好極軸是不需要極軸望遠鏡的,但是有極軸望遠鏡可以先把極軸對得差不多,更方便我們用這一方法。這法子其實是很古老的,基本而有效,可以精確到令人滿意的程度。 
  △精確對極軸的方法
  固定式觀測站,天文台的望遠鏡或是要求長焦距的天文攝影時,需要極精確地對準極軸,上述的方法是不夠的。下面是一個精確對極軸的方法(drift method): 
  1.先以上述方法對好極軸。
  2.然後用步驟3的drift-漂移法精確地對極軸。
  3.drift-漂移法。
  a.使用巴羅鏡及有視野照明的十字線目鏡,儘量提高望遠鏡倍率,倍率越高,極軸可以對得越準確。
  b.將一顆在天頂子午線附近離天球赤道5°以內的亮星導入望遠鏡視野內,天球赤道的赤緯值是0°。
  c.將星星置入十字線交點中心,切換赤緯馬達至「高速」運轉模式,驅動赤緯馬達使星星移動,調整目鏡使星星沿著十字線中的一條重合運動,此方向即為赤緯方向;另一條線與星星移動方向垂直,即為赤經方向。
  d.監視亮星在赤緯方向上的漂移,調整「水平方位微調鈕」使亮星回到赤緯線上,直到亮星一直保持在赤緯線上,沒有赤緯方向上的漂移運動為止。請忽略任何赤經方向上的漂移量。
  e.重複同樣的程序,將一顆在東方高度20°以上附近離天球赤道5°以內的亮星導入望遠鏡視野內,重複步驟c,只監視亮星在赤緯方向上的漂移,調整「傾斜角微調鈕」使亮星回到赤緯線上,直到亮星一直保持在赤緯線上,沒有赤緯方向上的漂移運動為止,請忽略任何赤經方向上的漂移量。這樣一來,在任何觀測及攝影的場合下,赤緯幾乎不會有任何的漂移;可以完全地忽略赤緯的修正,所有的可能誤差來自於赤經軸蝸桿蝸輪的週期性運動及大氣折射的效應,只需要考慮赤經方向上的修正。這也適用於沒有赤緯馬達電動修正的赤道儀欲從事長焦距天文攝影的時候使用。
 (二)導星不精確:
  在準確對正極軸後,仍然會有攝影失敗的情形發生,這時大部份的原因出現在導星精度不夠的問題上。以vixen生產的GA-4導星監視器來說,如果被導星保持在最內圈的範圍內移動,並且要求星點在底片上的移動範圍大小在20μ以內,這種條件下,主鏡焦距上限是導星鏡焦距的0.8倍。可是大部份的導星鏡焦距都比主鏡短,所以必須要提高導星的精度,才能彌補導星鏡焦距之不足。適當的做法是:讓被導星保持在最內圈的 1/2或1/4內移動,也可以把被導星放在垂直線相交處,利用縮小範圍的方式來提高導星的精度,精度最高可讓主鏡焦距是導星鏡的1.5倍。
 (三)整體強度不足:
  當極軸對得正,導星導得準,在經過一個小時的曝光後,星點仍然莫名其妙的拖跡,這是會讓人捉狂的。仔細檢查底片,這種拖跡方向通當不是赤經或赤緯方向,這種追蹤失敗是因為主鏡、導星鏡或雲台板的強度不足。強度不足最常出現的地方是:主鏡對焦座、導星鏡對焦座、導星鏡目鏡座、接環及雲台板上。經過長時間的曝光後,主鏡、導星鏡等都會有極輕量的變形,而且曝光愈久愈會有這個問題,這些變形量總合後,對長焦距攝影是一個不能忽視的問題。
 (四)選錯底片:
  甯P、星團、星系及反射型散光星雲(如M45)的光屬於連續光譜,而發射型星雲--紅色星雲及行星狀星雲來的光,則主要集中在Hα(6563A)及〔N II 〕(6548A、6584A)、其次有Hβ(4861A)、〔O III 〕(4959A、5007A)及〔O II 〕(3726A、3727A)等。Hα及〔N II 〕的是紅色光,這也就是這些星雲呈紅色的原因。對這些色光來說,大部份的黑白底片都不能感光到6500A的紅色光,只有TP底片例外。這也就是說,如果拿T-MAX底片來拍北美洲星雲,曝光再久都不能拍出充足的影像。對彩色底片來說,也有這個問題。各家廠商的彩色底片在低照度倒數率失效下,特性都不太一樣,所以會有同樣拍北美洲星雲,同樣儀器及曝光條件下,甲牌底片及乙牌底片會有不同的表現。自己必須瞭解自己常用底片的特性。
 (五)曝光不足:
  天文攝影是在拍攝極暗淡的光源,對這麼暗的光來說,底片的倒數率失效是很嚴重的。如果我們根據某作品的曝光時間,單純地轉成自己光學系統的曝光時間,這通常是不行的。例如:F2.8的光學系統曝光20分鐘,則F5.6的光學系統曝光就不能是20分X4=80分,用F5.6/80分鐘是拍不出與F2.8/20分鐘同樣的影像濃度的。這是因為底片的倒數率失效讓底片的感度大大地下降了。為了影像品質而選擇低感度的底片,但卻要付出極長時間曝光的代價,通常是不會成功的。
  解決的方法有:氫氣增感、冷凍相機、負片重疊及增感顯影等。
  氫氣增感:將底片乳劑中的O2、H2O等氣體抽離,以抑制倒數率失效,再利用氫氣讓底片產生輕微化學感光,可以有效提昇底片感度3~10之多。
  冷凍相機:利用乾冰將底片溫度降到零下70度以下,以抑制倒數率失效,可以有3~4倍的增感效果。但在實用上,要冷卻底片不難,要防止底片結霜才是大困難。
  負片重疊:將二張同內容、曝光較短的負片重疊洗相,會得到比單一張但二倍曝光時間的相片更強的影像。這是利用二張負片重疊後,影像反差大增的現像來彌補曝光時間的縮短。
  增感顯影:這是指拍攝完畢後,在底片顯影時延長顯影時間以提高底片影像濃度的方法。適用於TP、T-MAX等黑白底片及彩色正片,負片則效果有限。