争分夺（角）秒——与视宁度的对抗
大气层保护着我们远离来自宇宙的威胁，同时却也把我们变成“套子里的人”，限制了我们观察天体真正面貌的能力，处于地面的观察者总是难免受到“视宁度”的影响，特别是对于行星的观测&摄影影响非常大，因此关于“视宁度”的讨论和文章也非常多，之前搜罗了好多，大多来源于外文网站，英文阅读起来实在是费力，特别是很深入的晦涩难懂的剖析文章，翻译软件对于专业名词的解释也不够通顺、准确。实在是头疼{:5_292:}有一 篇来自Bruce MacEvoy的个人网站上的文章，主要就是讲视宁度的，分为三部分，很深入很详细，但是对于我实在是太专业，迟些会逐渐翻译一些。（主要靠谷歌翻译器{:5_283:}）（Bruce MacEvoy是皇家天文学会的会员和太平洋天文学会会员。作为终身天文学家和索诺玛县天文学会会员，他自2006年以来一直密集地研究双星。他在加利福尼亚和夏威夷讲授了双星天文学，开发了数据库软件来编辑华盛顿双星目录，并观察到超过5300双星系统从他的观测所在塞瓦斯托波尔，加利福尼亚附近。他以前是SRI国际的高级研究心理学家和雅虎研究总监。他还策划了一个最大的网站，致力于天文学的主题，www.handprint.com/ASTRO/。）
以下是正文，翻译自国外的《天空&望远镜》网站上一篇2006年的文章《Beating the Seeing》，作者Alan MacRobert：
（大气扩散，变形，吸收，变红和折射。 波浪，火焰红的日落是美丽的，但天文学家通常反感大气效应，这影响了他们对月球，恒星和行星的观测。）
NASA花费了21亿美元来逃避大气观测的不良; 这就是把哈勃太空望远镜放在轨道上的成本。 然而，活跃于自家后院的天爱们也不需要因为自己没有那么多资金去改善图像的模糊和闪烁而沮丧。 你可以通过理解大气湍流的本质来避免大气湍流的最坏影响 - 并学习一些技巧。
在地面用高倍率去观测，一颗恒星像是一种生物。 它不停地跳跃，颤抖和涟漪，或膨胀成一个稳定的绒毛球。 在难得的夜晚（绝大多数观测位置），当任何望远镜，无论它的口径多大或光学多完美，可以解析细节比1角秒的细节更大。 在一般的观测位置更多时候是2或3角秒，或更差。 行星在高放大倍率下显得模糊，并且不会完全聚焦。 热浪似乎在月球上闪烁。甚至一些本该能区分开的双星，变成了一个单独的恒星。
（这些照片显示了双星的Zeta Aquarii（它有一个2弧秒的间隔）被大气视宁度弄乱，不同时刻不同。 阿兰·阿德勒用他的8英寸牛顿反射器拍摄了这些照片，时间跨度两分钟。）
不难理解为什么。光学“好”的望远镜的定义通常是保持进入其中的光波的所有部分在波到达聚焦时被很好地聚集到四分之一波长精度内。但是，与在望远镜内是真空的情况下相比，相同的光波在穿过望远镜管内仅三英尺的空气时被延迟大约400个波长。显然，空气是重要的光学元件。
在理想的世界中，空气将平均地影响光波的每个部分。但是，如果望远镜筒内的一部分的空气的折射力不同于其余部分，则将破坏1/4波长容差。这种变化由仅0.2℃的温度差引起。
在光到达望远镜之前，光穿过了数千英里的空气，这是一个奇迹，我们居然可以透过那么厚的大气看到天体的细节。
空气的光弯曲功率或折射率取决于其密度和其温度。在具有不同温度的空气质量相遇的地方，它们之间的边界层分裂成作为弱的不规则透镜的漩涡波纹和漩涡。日常生活中的一些例子，例如从火焰或晒黑的沥青路的上方看过去，热浪与冷空气混合后导致我们看到的图像是抖动的 ;那些普通的热浪是天文学家看不到的、巨大的。每当大风，天气恶劣的时候，大气几乎总是充满微小的温度不规则，当你通过望远镜观测时，这些效应会放大。
然而，许多“视宁度”问题惊人地出现在靠近望远镜附近的大气中，在那里你可以采取措施减少它。
望远镜内部的
“视宁度”在距离你的望远镜的物镜或主镜一英寸的距离时，问题通常是最糟糕的。如果主镜没有冷却到环境温度，它将被一个波浪，不规则，缓慢移动的空气包围，只要主镜比环境温度更暖或更冷，就会产生这种对流，望远镜的其他部分没冷却好也会有这样的情况。因此，“打败视宁度”的最重要的方法之一是让你的望远镜达到与周围环境的温度平衡。业余爱好者很快就会了解到，在将望远镜带到户外后约半小时内，目标会变得更锐利。大型重型仪器的完全冷却时间可能要长得多。它应该早点提前架好。
通常望远镜太“热”了，特别是它被存储在室内的话。但有时相反的情况发生。每当望远镜开始收集露水或霜，它已经变得比空气更冷，由于辐射冷却。在这种情况下，加热一下望远镜不仅防止露水，而且使望远镜更接近空气温度 - 从而提高其分辨率。
望远镜中的“热气”和“冷气”导致的“筒内湍流”是真正的性能杀手。反射式望远镜是众所周知的“筒内湍流”最频繁的，但封闭式的施密特 - 卡塞格林望远镜和折射望远镜也可以产生“筒内湍流”。今时今日的业余爱好者认为，任何开口管应尽可能通风。这意味着在反射镜的反射镜单元周围设计大量的开放空间，保持单元本身的光和通风，并且保持管壁距离光路至少一英寸远。
安装一个风扇
（左图：传统上冷却风扇安装在反射镜的主镜后面，但是发明人Alan Adler已经表明，通过将风扇放置在管道侧面，可以更好地分解热浪，从而使其吹过镜子的表面。 右：与风扇相对，Adler提倡使用排气孔，允许暖空气离开镜筒。 注意，它们稍微偏移到主镜的后部，以帮助确保流动的空气在离开之前经过了了主镜。）
右边的这种反射镜已经成为一种流行的方式来加速冷却和吹出混合温度的空气。你可以轻松地悬挂计算机的冷却风扇在这些孔上面。风扇越大越好。这些风扇在电子供应商店出售。牛顿反射望远镜的一些拥有者通过在主镜的前面（如上所示）内置的风扇改善了图像质量。以这种方式安装，风扇可以直接吹动空气穿过镜子的表面。
“筒内湍流”是否会影响您的图像？这很容易检查。把一个非常明亮的星星调至远离焦点，直到它是一个大的，均匀的光斑。“筒内湍流”将表现为细线的光条和阴影缓慢循环和卷曲在光斑上。打开风扇;光条迅速旋转，分裂，并几乎消失。
靠近望远镜的
（在反射镜的主镜上恒定温和的微风是如此重要，以至于天文学家在夏威夷的莫纳凯亚山顶上为8米的Gemini反射体建造了一个可开关的侧面通风的圆顶。
彼得·迈克尔/双子座观测台。）
一些“视宁度”问题出现在望远镜前的几英尺。显然，你应该尽量保持你的呼吸和身体发出的热量不要干扰到光路。这是开放式框架管望远镜要在周围包上布罩的一个原因。
望远镜的周围环境应该具有低的热容量，这样才不会储存白天时吸收的热量。草和灌木比路面更好。平坦和更均匀的绿化越好。被加热的建筑物是看不见的灾难。
如果你建造一个天文台，使用薄的材料，可以迅速冷却的：胶合板或钣金，而不是混凝土主体的。油漆为白色或非常浅的颜色，以反射太阳能热量。 对建筑物通风良好。地板越薄越好。
（Dennis di Cicco的三层观景台有一个滚落的屋顶，允许他的望远镜迅速达到与外部空气的热平衡。他还发现看到的明显比地面上的更高。被草和树木包围，而不是沥青或砖也有帮助。当然，建筑的较低楼层不加热！
S＆T / Dennis di Cicco。）
一个滑轨的屋顶，打开整个房间裸露于天空可以提供更快的冷却和更好的视宁度。如果你坚持造一个圆顶，在一个墙上安装一个大风扇吸入空气通过狭缝通过望远镜，正如专业天文台。
高空的视宁度
（拍摄者使用商业数码相机（尼康Coolpix 990）在他的16英寸Meade LX200望远镜的目镜后拍摄，显示可怜的视宁度如何模糊细节，以及挤压扭曲整个区域。）
现在我们来到这个不可避免的核心问题。对于的几千英尺高的空气，没有多少你可以做的。但你可以预测什么时候和哪里会最有最好的视宁度。
望远镜使用者们辨认出两种类型的视宁度：“慢”和“快”。“慢”视宁度使星星和行星摆动和波动;“快”视宁度使它们变成几乎不移动的朦胧的毛球。你可以通过“慢”视宁度看到锋利的细节，哪怕图像波动得看起来像是在跳舞，因为眼睛对于一个缓慢移动的对象仍然可以非常好的工作。但“快”视宁度胜过眼睛的反应时间，所以图像尽管看起来一动不动，但是细节模糊不清。
一个老业余民间传说的是，你可以肉眼观测星星闪烁程度来判断“视宁度”。这通常真的可以。大多数引起闪烁的湍流相当接近地面，导致了很多可怜的视宁度。但是，快速的，高海拔的视宁度逃脱了这种测试方法。如果星星的闪烁速度快于你的眼睛的感知速度（眼睛的反应时间大约是1/10秒），那么即使望远镜显示它是一个朦胧的模糊球，没有细节，视宁度很差，但是恒星看上去还是不怎么闪。
天文学家经常谈论视宁度、空气涡流透镜，从毫米级到米级，跨越天空。这些漩涡起源于空气质量彼此摩擦的地方 - 水平方向的对流、冷暖空气的垂直对流，或两者。
大的或缓慢移动的漩涡导致“慢”视宁度，但他们不会永远保持这么大。无论漩涡是什么大小，当它们产生时，它们会分裂成更小的漩涡。当这些最终变得足够小以便以毫米为单位测量时，它们通过空气的流体摩擦（粘度）而消失并将其能量作为热耗散。
（来自星星的光被大气在许多尺度上扭曲。 当波前进入望远镜时，其“倾斜”确定星的表观位置，而其“粗糙度”确定星的模糊程度。 通常一个小望远镜看到的是一个相对尖锐的星星在跳动，而一个大望远镜看到的是一个相对稳定但模糊的星星。）
寻找稳定的大气
（左图：在这个典型的表面天气图上，Crystal Clear&Cool处是水晶般清澈的天空，大气围绕风暴中心旋转（一个用红色字母L表示的低压系统），并受远离美国东北部的冷锋控制。 右：喷流Jet-steam的位置通常是天空将会稳定的一个很好的指示。 当高压脊向北弯曲射流时，南方的观察者可以享受稳定的天空（右图H所在位置）。 在观测点在喷射流正下方的人可能会得到可怜的视宁度。）视宁度质量取决于天气，但规则也没有这么简单。差的视宁度同在发生在天气变化前&后，局部混浊，大风以及非季节性寒冷。任何天气模式，只要带来对流发生在你的天空那就是坏消息。好的视宁度更多发生在当一个高压系统稳定在晴朗的天空好几天。保持您的位置的查看对比天气日志，您可以发现相关性，将成为您寻找好视宁度的秘诀。
季节性模式更可预测。在美国北部和加拿大南部的寒冷月份，当高空湍流经过这些纬度上空时，视宁度常常是平庸的。喷流jet-steam总是在捣乱。最好的视宁度来自于，闷热的夏夜，当空气变得更重，湿气让天空看起来朦胧的乳白色。一些天文学家声称，工业雾霾使空气与夏季湿度一样有效，或者说是由同样的宁静空气质量产生的。
在一天的时间尺度上，也有少数普遍规则。在日落之后，视宁度往往是优秀的，所以如果你要进行行星观察，只要你可以在黄昏时找到一个行星。在黄昏消失之前，视宁度容易恶化。一些观察者发现他们的视宁度在午夜后改善;有人说这种改善主要取决于局部地形;夜晚的山谷中的观察者可能会变得更糟糕，冷空气流下来到山谷中。但就在日出之前可能是另一个好时机。
为了观察太阳（要使用天文学家的太阳光过滤设备！），最好的时间是在太阳加热地面之前的清晨。 在一天的时间尺度上，最糟糕的视宁度是在下午。
地理是至关重要的。光滑的层流气流是全世界的观测站选择委员会的理想选择。地球上最好的地方是面临盛行风的山顶，那些风已经穿越数千英里的平坦又凉爽的海洋。你不想希望你在背风坡;气流在穿过高峰之后分裂成湍流漩涡。也不希望在不同的地形下风，特别是吸收了太阳能热量的风从一个地点吹到下一个地点容易形成对流。平坦的，均匀的平原或延伸向上令风温和地滚动的山丘可以提供与海洋风一样好的视宁度。您可以学习预测哪个风向能为您的观测站点带来最佳的视野。
（高度越低，视宁度越差。 大气色散使星星变成了一个多彩的小光谱; 接近地平线的地方，色散对图像的影响比差视宁度带来的影响更大）
当您瞄准高度低于地平线以上45°的地方时，滤镜特别有用。在天空中的低海拔处，视宁度总是更糟，因为你透过了更厚的大气进行观测。此外，你面临更大气色散。蓝色在顶部和红色在底部。即使高达60°，图像的远蓝色分量也在远红色分量上方0.9“（0.9弧秒），在45°时为1.5”，在30°时为2.5“，在15°时为5” 。你的眼睛对光谱的极端红色和蓝色端的光是相当不敏感的，所以色散实际上看起来不像这样糟糕。不过，滤除掉受影响最大的颜色将使您的视图更清晰。在1994年的夏天，我发现了一个黄色或橙色的滤镜，对于跟踪木星的彗星Shoemaker-Levy 9的影响引起的木星的黑斑是非常有用的;因为木星在地平线附近，高度相当低。
然而，大多数情况下，打败人们的只是一个耐心的问题。只要长时间守候，间歇性的好视宁度可能会让你感到惊讶。有经验的观察者比起初学者看到行星上拍摄&观测到更多的细节的一个原因是，他们会守候更长的时间。此外，视宁度从坏到好的持续时间可能是一秒，也可能是一分钟。当这个完美的一分钟到来时，耐心的观察者才是最有可能捕捉到它的那一个人。{:5_281:}
全文完
如有错漏欢迎指出
原文链接：http://www.skyandtelescope.com/astronomy-equipment/beating-the-seeing/
赞 大麦芽 发表于 2017-2-28 12:16
赞
{:5_277:}{:5_277:}
精品文章，可以当作是入门的教学，从你购置什么样的镜子，到什么环境，方法使用都是一个教程 archfalcon 发表于 2017-2-28 13:54
精品文章，可以当作是入门的教学，从你购置什么样的镜子，到什么环境，方法使用都是一个教程 ...
{:5_281:}
页:
[1]