我们经常会在天文馆、科普杂志、宣传海报上看到一些五彩缤纷的星空照片，其中大多数是以宏伟瑰丽的星系星云为主题。事实上，这些照片并非一定由哈勃这类的空间望远镜拍摄或者纯电脑渲染而成。只要有适宜的天气和专门的设备，每个人都能在地面上拍摄出专业级别的“宇宙大片”。 风车星系M101和NGC 5474（右下） 摄影：江楠 何为深空摄影？ 我们通常把以星系、星云为题材的摄影作品称为深空摄影（Deepsky Photography）。深空摄影和我们平时见到的夜景、银河、星迹摄影区别非常明显：前者的拍摄对象并不是满天繁星，而是整个天空中的一片较小的区域，锁定某一个或几个天体，通过长时间的曝光使得其细节得到充分展现，以见到更为“深”的宇宙。 相较于常规的星野摄影，深空摄影对于器材的要求更为特殊，需要使用更为专业的设备，不过从基本组成上看依旧是万变不离其宗。想想看，我们使用单反拍摄星野的时候需要什么器材？一台传感器尺寸较大的单反，相较于芯片尺寸较小的手机在拍摄星野方面会有无可比拟的优势；一支光圈较大的镜头，可以方便捕捉更多微弱的光线；一个靠谱稳定的三脚架并搭配上快门线，因为星野拍摄经常用到长曝光，需要保证曝光期间设备的稳定性。  图1 M63向日葵星系，摄影：江楠，使用QHY814A相机拍摄。 深空摄影其实也离不开相机、镜头、脚架这“三大件”，只是因题材本身的特殊性，对设备也就有了更多特别的要求。 深空摄影的“镜头” ——天文望远镜 这个其实很好理解：单反镜头和天文望远镜本质上都是由镜筒和透镜组组成的捕获光的设备，所以当天文望远镜尾端接目镜时可以作为目视用，当接相机时自然也可以当作镜头用。目前市面上已经有不少专门针对摄影进行优化的天文望远镜，我们称它们为“摄星镜”，其光学素质普遍要优于普通的目视用镜，价格也要更贵一些。也有小部分人使用超长焦单反镜头进行深空摄影，但一方面可能因缺少无限远焦段的成像优化显得不够专业，另一方面优秀的超长焦镜头普遍都要大几万元，远远不如一款好的天文望远镜来得实惠。  图2 天虎光学70mm摄星镜 值得一提的是，和镜头一样，其实望远镜一样有“光圈”的参数标准，不过通常用其更为底层的概念“焦比”来表述。虽然是用来拍夜空，但天文望远镜不一定非得要小焦比（即大光圈），因为深空摄影的曝光时间普遍较长，不必非要短时间内获取大量光线。光圈过大反而会给设备调试带来困难。 深空摄影的“脚架” ——赤道仪 在深空摄影中，赤道仪是非常重要的。通常深空摄影瞄准的是全天中很小的一部分，而且单张的曝光时间超长。拍银河或拍夜景时我们只需要几秒到几十秒不等的单张曝光，但深空摄影单张差不多要几分钟起步，甚至是几十分钟的连续曝光也不足为奇。  图3 星特朗AVX赤道仪，具有GOTO、自动导星等实用功能 由于地球在不停地自转，因此在曝光期间内就要务必保证被拍摄对象被牢牢“锁”在画面中心，稍有偏差就会导致拍摄目标模糊甚至直接跑出视场外。因此，我们需要一台带有自动跟踪功能的高精度赤道仪，才能有效抵消地球自转的影响，进而保证整套拍摄系统的稳定性。 深空摄影的“单反” ——专业制冷天文相机 接下来我们重点讲一讲专业天文相机。深空摄影常用的天文相机和日常使用的单反的外形有着很大区别，多数天文相机看起来就是一个方形或者圆柱体的铁疙瘩，因为不需要手持所以也用不着人体工学设计，但它们的确是实实在在的电子成像设备。  天文相机和数码单反的 区别是什么？ 除了外观外，天文相机和日常单反在硬件上的最大区别是天文相机自带制冷系统。为什么要制冷呢？ 上面已经提到过，在深空摄影中，连续超长时间的长曝光是最基本的操作，相机连续工作几个小时是再正常不过的事情。于是问题就出现了：相机连续工作过久就会发热，比如有些用户平时拿单反拍视频可能拍着拍着机器就过热停止工作或死机了。而深空摄影要做到的不只是防止死机而已，还要做到通过物理手段有效降噪。例如，成像过程中有一种噪点被称为“热噪点”，指的就是相机传感器因发热产生的噪点。我们拿手机拍夜景时或多或少都见过看起来很难受的满屏噪点，对于深空摄影来说噪点也是致命的，噪点自然是越少越好，而相机温度越低则噪点越少。  图5 专业制冷天文CCD相机QHY16200A 而天文相机与日常数码相机另一个核心的区别在于对传感器的选择不同。 首先就是在传感器类型，即CMOS和CCD之间的选择。这个问题在日常摄影领域几乎不会遇到，因为在今天几乎所有的数码相机和手机的相机传感器都是CMOS，CCD已经成为了历史。但时至今日，仍有不少老牌天文摄影师以及严谨的科研机构仍然选择CCD芯片的相机。一是天文摄影缘起于CCD时代，很多教学资料以及学术来源都出自CCD，几十年来CCD使用和校准的标准流程已经非常成熟，选择CCD相机作为严谨天文摄影教学和科研仍然是首选；二是由于读出原理有别，CMOS的底噪每张最基层的不一样，没法用统一的暗场去完全纠正。而CCD的暗场比较固定，所以好扣除。总而言之经过大量努力之后CCD产出的图像可以达到“完美”，而CMOS距离“完美”始终会有一点点距离。不过以上理由主要还是适用于科研领域以及对天文摄影极为严谨的使用者，对于仅想把天文摄影当作爱好的业余天文爱好者来说，使用近年来素质突飞猛进的CMOS相机也是足够满足需求的选择。 超链接1：什么是CCD？ CCD(Charge Couple Device)，中文翻译为电荷耦合器件。CCD是贝尔实验室的科学家维拉·博伊尔(WillardS.Boyle)以及乔治·史密斯（GeorgeE.Smith）于1969年发明的一种半导体器件，其在科学研究领域，以及在我们日常生活中的应用有着巨大贡献，CCD的发明者曾被授予2009年的诺贝尔物理学奖。  图6 维拉·博伊尔(Willard S.Boyle)和乔治·史密斯（George E. Smith） 早期的数码摄影领域CCD是绝对的主流，在CMOS还有各种各样问题的时候，CCD技术已经相当成熟。现在的摄影“老法师”可能还会珍藏一两台CCD芯片的数码相机。后来随着CMOS技术的突飞猛进，CMOS成为了数码摄影市场的霸主，CCD已经退出主流的舞台，然而在某些特定的领域依然有其不可替代的地位，天文摄影就是其中之一。  图7 CCD与CMOS，在芯片外形上看不出很大的区别。通常CCD的引脚较少，而CMOS较多。图中左一和下一为CMOS芯片，左二和左三为CCD芯片。 责任编辑 苏晨 《天文爱好者》推荐订阅方式： 1、全国各地邮局柜台均可订阅，邮发代号：2-352； 2、登录“中国邮政网上营业厅”在线订阅：https://mall.11185.cn/  往期精彩  星空奏鸣曲 | 四季“星”歌 建造月球基地那些事（上） 黄道星座那些事儿 照片中的彗星，为什么往往有多条彗尾？   欢迎投稿 投稿邮箱：aitianwen9@126.com 微博搜索：天文爱好者杂志 期待你的 分享 点赞 在看 |
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