| 第二章 深空摄影器材 前言 深空摄影的器材，或者说深空摄影系统大概由这几个部分组成：主光学系统（或称为主镜，包括望远镜或镜头，以及修正镜）、主相机系统（包括相机、滤镜等）、导星系统（包括导星镜或偏轴导星装置、导星相机等）、赤道仪系统（赤道仪、三脚架与各种配件）、控制系统（电脑）以及电源。 具体来说，三脚架与赤道仪支撑起整个系统，除了支撑作用，赤道仪一般还具有自动寻星与自动跟踪的功能。主光学系统通过鸠尾板与赤道仪连接（赤道仪上有鸠尾槽），主相机系统和导星系统都装在主光学系统上。导星镜导星的形式较为普及，导星镜与导星相机连接后背负在主镜上，而偏轴导星装置则装在主镜与主相机之间。电脑可以控制赤道仪的指向与主相机的曝光，并且执行导星工作，如[图2-0-1]。  [图2-0-1] 新手总是会关心器材的优劣，并且容易误以为拍出好照片一定需要很昂贵的器材，其实不然。虽然说深空摄影的经济门槛不低，但是拍得好并没有想象中的那么烧钱——一套典型的深空摄影系统，最少一万元就能搞定，而广域深空的廉价方案甚至可以将预算缩减到5000元以内。照片质量的影响因素很多，器材只是其中的一部分而已，甚至经常不是最重要的那一部分。 第一节 主光学系统 1-1 相机镜头 很多人玩深空摄影，包括我自己，都是从单反相机和镜头的组合开始的。因为镜头的焦距一般不会太长，相机与镜头的组合也不重，所以不需要很高级的赤道仪，也往往不需要导星。有不少深空摄影爱好者在主力系统之外，使用星野赤道仪、相机三脚架、改机单反与镜头作为附加系统，拍摄广域深空照片。也有人追求镜头的大光圈与大视场而使用镜头与天文相机的组合。 当然，肯定不是所有的镜头都适合深空摄影——比如超广角镜头和鱼眼镜头显然是不适用的。在镜头的选用/选购上我们需要注意很多指标，以及一些基本原则。 焦距 首先我们要关心的肯定是焦距，这是相机镜头最基本的参数。我们从30mm-50mm的焦段开始讨论，因为更短焦的镜头所包含的视角太大，对后期处理中校准与对齐等都会造成巨大的困难。30mm搭配全画幅相机的视场大小大约是71°（对角线视角），50mm大约是45°，可以装下非常大的一片天区，往往用于星座与银河的特写。  [图2-1-1.1]30mm焦距（全画幅）下的广域银河。 下一个常用的焦段是100~200mm，这个焦段的镜头已经可以解析出一些天体的细节，尤其是疏散星团与弥漫的星云。相比一般的天文望远镜，这个焦段拥有较大的视场，能包含更丰富的内容。 再往长焦走，就是300mm以上的焦距了。符合深空摄影要求的超长焦镜头往往极其昂贵，并且非常笨重，画质往往也不如专用的天文望远镜，在此就不再讨论。 最大光圈与最大可用光圈 同一个焦距或者焦段下，最大光圈越大的镜头光学素质越好，已经成为摄影圈的共识。但是最大光圈不代表我们就能拿它去拍星，因为在最大光圈下镜头的光学素质几乎处于最差的状态，星点形态、周边减光等往往非常不理想。有些镜头虽然有很大的最大光圈，但是却要缩好几档才能拍摄。所以我们不仅要关心一个镜头的最大光圈，还要了解其最大可用光圈。但是最大可用光圈不会在镜头参数上标出，并且可用于深空摄影的光圈值与日常摄影不同，需要询问用过的同好。 定焦与变焦 “定焦无狗头”，这一点在深空摄影中一样适用。即使是很便宜的定焦镜头也能发挥出很好的效果，而变焦镜头往往不尽如人意。另外有些变焦镜头会出现滑焦的情况，在拍摄中途焦距发生变化，会带来极大的麻烦。 像差、色差与星芒 焦距30mm以上的镜头，像差造成的星点位移一般不会给对齐造成太大的影响，我们需要关心的是星点形态。有些镜头的像差让周边星点呈现三角形、长条形等诡异的形状，很影响美观。  [图2-1-1.2]周边星点变形一例。 有些镜头拍摄明亮物体，周围会有一圈蓝紫色，这就是色差。我们肯定不希望照片里星星周围有一圈奇怪的颜色，所以我们必须关注镜头的色差情况。并且，很多镜头在日常题材的摄影中看不出色差，却在深空摄影中暴露出色差问题。 星芒形成的原因很复杂，形态也千奇百怪，有的镜头星点有蝴蝶状星芒，有的是六角芒、有的是彗状芒……星芒如果太大，会影响我们曝光的深度，也会破坏画面的美观。  [图2-1-1.3]镜头色差一例。可见星点周围甚至整个星点都呈诡异的紫色。  [图2-1-1.4]星芒一例。猎户座腰带三星处于原图中央区域。此图中亮星具有刺状星芒，接近画面边缘的亮星除刺状芒以外还有镜头组镜片之间反射形成的彗状芒。 遮光罩 遮光罩虽然对画质提升没有作用，但是它能帮助系统排除外界的干扰。远处的车灯等杂乱光线如果进入镜头，可能会产生鬼影造成废片，遮光罩能有效降低这些干扰。 下面例举几款在深空爱好者中口碑不错的镜头，给大家作为参考。
1-2 折射式望远镜 提到天文望远镜，绝大多数人脑海里想到的都是一个白色的长筒子，这就是折射式望远镜的典型形象。折射式望远镜以其紧凑稳定的结构、优异的成像质量与极高的易用性称霸了整个业余天文学界，很大一部分深空摄影爱好者都是以折射式望远镜作为主力望远镜。对于折射式望远镜的选用/选购，我们需要注意的指标有如下几点。 普消、ED与APO 市面上的廉价折射镜基本上都是普通消色差折射镜（简称普消），它并不适合于深空摄影。普消采用两片分离式普通玻璃物镜，中间间隙以空气填充。这样的望远镜十分便宜，也能有良好的解析力，但是在蓝紫色波段上有明显的色差，导致明亮天体的周围有蓝紫色晕圈。这是因为普通的消色差透镜组对蓝光的折射率与其他波段有较明显的不同，当红绿波段合焦时，蓝紫波的像段由于失焦而稍大一些（即使蓝紫波段处于合焦状态，其星点的大小也要比红绿波段的更大）。同时，普消的焦比不能做得太短（因为望远镜的各种缺陷会随着焦比的缩小急速放大），往往在10甚至以上，导致影像信噪比不理想。  [图2-1-2.1]色差产生的原因。 ED（Extra-low Dispersion，超低色散）镜比普消性能好一些，虽然它也是两片式结构，但其中的一片或者两片透镜使用的是超低色散材料（比如萤石与FPL-53玻璃），它的焦比能做到6~8，但是一般不会再短，因为这种结构对色差并不能做到理想程度上的消除，太短的焦比会暴露问题。 APO（Apochromatic，复消色差）镜是深空摄影中最常见的折射式望远镜，性能强悍。它一般采用三片式（或以上）结构，至少采用一片超低色散材料。精心设计的结构与良好的用料，让它的色差在整个可见光波段都压制到理想程度之内，因此焦比可以做得很短，一般在5~7。APO镜成像反差高、星点锐利、像场巨大（配上平场镜以后一般都能支持全画幅），并且整体紧凑、便携性高、结构刚性优良，受到很多人的喜爱，但价格不菲。 另外有一点需要注意的是，随着口径的增大，色差消除等工作会越来越困难以至于需要重新设计光路，因此同一规格的折射式望远镜，口径增大时，为了保证成像质量，焦比也会增大。  [图2-1-2.2]APO作品一例。 像面弯曲与像场大小 折射式望远镜往往没有明显的像差，但却经常存在强烈的像面弯曲，或称场曲。也就是说，折射镜的焦点形成的不是平面，而是曲面。在银盐时代，摄影师可以把胶片弯成焦面的形状，从而缓解像面弯曲带来的诸多问题，但现在的CCD/CMOS显然不能如法炮制。弯曲的像面与CCD/CMOS无法完全贴合，就会造成周边星点失焦变形、周边减光严重等情况。解决方法是在望远镜与相机之间加一个修正镜（被称为平场镜，有的还具有减焦也就是降低焦比的功能），它能在一定程度上修正场曲。望远镜适配的平场镜一般都会与望远镜一起出售，或作为可选配件，也有一些厂商把平场镜置于镜筒内部以提升整体的刚性。 像场指望远镜焦平面上成像优良的圆形区域，区域外的成像质量会比较差。一般可以认为平场镜后螺口的直径就是像场的直径，比如某款平场镜的后螺口是M42（直径42mm），那么用全画幅相机（对角线长度44mm）拍摄，图像周边区域的质量可能会不尽如人意。 1-3 反射式望远镜 最近几年随着镀膜工艺的发展，反射镜镀膜需要维护的时代一去不复返，于是反射式望远镜以其极高的性价比迅速占据了相当大的市场。反射式望远镜由于反射成像而没有色差，可以把焦比做得很短，4~5的焦比是很常见的。同时反射镜的结构往往非常简单，镜面容易制作，因此能用很低的花费买到很大口径的反射镜。 牛顿反射式望远镜（简称牛反）是最常用的反射式望远镜。它以一块抛物面反射镜作为主镜，一块平面镜作为副镜，副镜与光轴成45度角，光路出口在镜筒侧面而不是正后方。牛反没有色差，场曲也很轻微，但有很严重的慧差，具体表现是周边星点呈彗星状，而不是圆点。慧差可以通过慧差修正镜（Coma Corrector）[注2-1.2]加以修正，但性能优良的慧差镜价格相当昂贵，甚至比望远镜本身还贵。配备了慧差镜的牛反，像场一般能够覆盖到APS-C画幅，适用范围很广。另外，牛反（以及其他反射式望远镜）由于副镜支架的衍射效应，会有明显的星芒，最常见的是十字星芒。  [图2-1-3.1]牛反光路图。  [图2-1-3.2]牛反作品一例。使用信达130F5牛反搭配QHY695A拍摄，L 5minx12，R 5minx1，G 5minx1，B 5minx1。 用于深空摄影的反射式望远镜，以牛反为主流。还有种常用的结构，是R-C（Ritchey-Chrétien）式，常见于大口径望远镜上（哈勃太空望远镜就是改进的R-C式）。R-C式望远镜没有慧差，有很强烈的场曲但能通过修正镜修正。它具有比一般望远镜更大的像场，超大幅面的CCD/CMOS要进行深空摄影几乎只有R-C能胜任。除此之外，其成像质量非常高，像场内的解析力几乎能达到口径理论解析力。拜镜筒内部二次反射的光路所赐，其焦距可以比镜筒长很多（镜筒短，刚性就会比较好），因此很多超长焦的星系摄影都使用R-C式望远镜。而最重要的是，它能做得非常大。折射式望远镜口径太大的时候整体刚性和准直性都会变差，所以目前的APO口径一般不超过20cm，而R-C式可以很轻松地做到20寸以上。 除牛反与R-C之外，还有一些“非主流”反射式望远镜。这些非主流望远镜中有些款式结构奇妙而性能强到令人发指，其中最著名的即为高桥（Takahashi）ε（Epsilon）系列。系列中的ε-130D与ε-180ED还在生产，其他型号已经停产。这两款望远镜，前者焦比F3.3，后者焦比F2.8，同时拥有巨大的像场（能覆盖全画幅）、轻微的周边减光效应与极高的解析力。其性能如此强悍，价格却很亲民——比如ε-130D，价格还不到两万元。 反射式望远镜最麻烦的地方在于光轴调整，但是随着技术的发展，这也逐渐成为了不是问题的问题。花两三百元买一个光轴准直器，就能很方便快速地调整光轴。抛开光轴问题，反射式望远镜的易用性非常高：焦点稳定不容易受温度影响，主镜面深入镜筒不容易受杂光影响、不容易结露等。  [图2-1-3.3]ε-130D作品一例。搭配QHY128C拍摄，单张10min，总曝光520min。 1-4 折反射式望远镜 施密特-卡塞格林式（简称施卡）结构是很常见的折反射结构，其焦比太大而不适合深空摄影，但也有一些玩家用它们拍摄一些特殊题材的照片，比如星云核心特写。另外，一般市面上能买到的施卡镜经过一些改造可以大幅度提升性能，比如C8F2，拥有8寸的大口径和F2的超短焦比。但是这种改装容易给望远镜带来不对称的遮挡，产生奇怪的星芒，同时整体刚性很容易出问题，光轴调整也比较困难。 马克苏托夫-卡塞格林式（简称马卡）因其价格较为便宜而成为常见的行星摄影入门镜。但市面上常见的马卡焦比都在10以上，并且离轴像差或像面弯曲严重，像场很小，并不适合于深空摄影。有些采用独立副镜结构的马卡，可以把焦比做得比较小，装上平场镜后各种像差也能压制得比较轻微，但市场上一般见不到，消费级高端折反射式望远镜基本上都是施卡结构。另外有一些采用施密特相机结构的主焦点成像望远镜，如RASA结构，焦比可以做得非常小，像场也很平坦，但相机要装在镜筒前端进光处，用起来比较麻烦，价格也比较昂贵。总而言之，除RASA、RH等少数特殊设计外，折反射式望远镜因为不太适合深空摄影，在目前的业余深空摄影中比较罕见，不建议大家选购折反射式望远镜做深空摄影。 [注2-1.1] 这些是经验值。每个人的要求不一样，因此每个人适用的光圈值可能也会有所不同。 [注2-1.2] 市面上的慧差镜往往是所谓的MPCC，Multi-Purpose Coma Corrector，也就是多用途慧差修正镜的意思。 |
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