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业余天文望远镜究竟可以看到多暗弱的天体

牧夫天文公众号 2022-6-22 14:26 43061人浏览 0人回复
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周日·天文周历 |周二·专栏周三·wikiHow |周四·观测指南| 周五·天文视频超越极限文/Sean Walker译/马明阳译校/王炜辰 解仁江责任编辑:解仁江 业余天文摄影家是一群不知足的人,他们以梦为马,努力改善所有可 ...


周日·天文周历 | 周二·专栏周三·wikiHow | 周四·观测指南 | 周五·天文视频
超越极限
文/Sean Walker译/马明阳译校/王炜辰  解仁江责任编辑:解仁江

    业余天文摄影家是一群不知足的人,他们以梦为马,努力改善所有可能的细节,时常升级设备以获得最好的照片或开发新的改进处理技术,好从照片中压榨出最后一个光子。这时常会引起良性竞争,竞争的终极目标是想尽办法拍摄出最好的照片。一些摄影家努力拍摄最详尽的行星细节照片,另一些热衷搜寻未知天体,小至小行星,大到银河系中的遥远星云。还有其他人想突破寻找最暗弱的天体记录。那么一个业余天文学家能到达什么样的极限呢?
深入星空   深度曝光的极限是什么这个问题可以追溯到18年前天文学家布拉德利·E·谢弗18年前的一项挑战。谢弗鼓励读者对长蛇座一块特殊的区域发起挑战。不到一年后,专攻暗弱天体测光的加拿大人保罗·博尔特伍德宣告挑战成功。他用自制的16英寸牛反进行20小时累积曝光,并用CCD制冷相机辨识出视星等暗至24.1的天体。


约翰内斯·谢德尔在Chart32圆顶中,旁边是巨大的叉式赤道仪和32英寸改正卡塞格林望远镜。PL16803CCD相机在巨大望远镜的末端,显得非常小。


业余天文摄影家约翰内斯·谢德尔

    博尔特伍德的记录维持了近10年。2007年业余天文摄影家约翰内斯·谢德尔和肯·克劳福德用16英寸和20英寸反射望远镜合力拍摄了24.6等的类星体CFHQSJ1641+3755。这颗类星体的红移为6,这意味着所观测到的光是在127亿年前从宿主星系发出的,彼时宇宙的年龄只有现在的10%!


天文学里, 一个天体的光谱向红色波长移动则称为红移, 红移天体意味着它正在快速远离地球。       虽然这是个了不起的成就,他们的拍摄需要在可见光到近红外波段同时进行,而博尔特伍德的成果记录专属于可见光波段。所以即使谢德尔和克劳福德猎获到最遥远天体,博尔特伍德仍然在可见光中保持记录。


类星体(quasar) 20世纪60年代发现的一种新型天体, 它在照相底片上具有类似恒星的像, 它的光谱有巨大红移,发射出很强的无线电波。图片为已知拍摄到的最遥远类星体。

哈勃太空望远镜最近首次观测到了由于引力透镜作用而产生的类星体的五个引力透镜影像图。在那里,一个巨大天体的引力场,将它后面天体发出的光弯曲并增强。
    下一位挑战者出现在2013年。新西兰奥克兰的业余天文摄影家罗尔夫·华尔奥尔森累积了120小时的空前时长曝光,用43晚的时间和10英寸f/5焦比的赛路里桁架牛反以及QSI-683wsg CCD相机,通过阿斯创顿红、绿、蓝、和紫外/红外截止滤镜拍摄了曾被充分研究的半人马座A星系。他的图像最终能分辨出视星等低至25.4的天体!这一令人印象深刻的壮举,在那时被认为是拍摄到的最远的业余天文照片(现在也未被打破),也打败了博尔特伍德1998年的成果。然而正如人们经常说的,记录就是用来打破的。


这张CCD细节照片是南鱼座的紧密星系群希克森,它揭示出了漩涡星系和重力内部相互作用的证据,特别是照片中间偏右边正面面向我们的大星系NGC7214。
更加深入   今年更早些的时候,谢德尔装备上Chart32的32英寸卡塞格林望远镜和FLP-PL 16803 CCD相机,重新回到了挑战中。他以位于南鱼座的紧凑星系团希克森91为目标,这个星系团包含一些相互作用的螺旋星系,其中就有NGC7214。他通过红、绿、蓝、和紫外/红外截止滤镜曝光了17.7个小时的图像。
    叠加数据后,他在图像左上角发现一个暗弱、扭曲的星系,用SkyX辩认出是视星等18.3的PGC748618。之后谢德尔对环绕该星系的3-2角分区域进行了测光,使用MaxImDL软件以视场中视星等16.8的白星做校准。之后他用Excel依据对数图表划分视星等测量数据。数据结果总体展示了信噪比为5、视星等26的天体和信噪比2.5、视星等26.4的天体,刷新了记录!


左边:位于照片左上角的那些暗弱,扭曲的漩涡星系吸引了摄影师约翰内斯·谢德尔的兴趣。右边:MaxImDL的测光测量展示出在扭曲的PGC748618星系周围有很多视星等低于20的暗弱天体,其中包含视星等26.2的天体。
       鉴于这些成果,拍摄深空照片似乎是一件容易完成的事——简单地拍摄尽可能多的照片然后叠加在一起。但小的设备能做的有限,那些可以深空观测的夜晚只是你需要进行极深摄影的要素之一而已。把设备与当地大气视宁度匹配好,这对最终作品来说也很重要。如果设备分辨率低于视宁度的允许范围,恒星和其他小天体将会在实测中变模糊,在最后照片中无法分辨。这就是为什么专业天文台址都是细心搜寻挑选出来的,好能从这些远程天文台获得最好的图像。


       一群欧洲业余天文摄影师在筹备他们的联合观测站时对视宁度因素进行了优先考虑。2007年,著名的天文摄影者考斯坦丁·巴克霍德,贝恩德·弗兰克威尔肯,约翰内斯·谢德尔,福尔克·温德尔,和光学工程师菲利普·凯勒建造了一台巨大的远程遥控望远镜,名为32英寸智利先进自动望远镜(简称Chart32),放置在一个符合大口径设备使用条件的地点。该团体与北卡罗莱那大学达成协议,在位于智利托洛洛山美洲际天文台的学校用地上建造设备,该地点以极其黑暗的天空和通常较稳定的大气视宁度出名。



建设中的Chart32

在图片前面的Chart32望远镜位于智利科金博地区的托洛洛山美洲际天文台。
    Chart32由一台菲利普·凯勒设计的32英寸焦比f/7的校正卡塞格林望远镜组成。在托洛洛山顶建造望远镜和5米的灰色圆顶能很好利用起这里优异的条件。为了把来自地面的热辐射效应减少到最低,设备架设在离地面4米处,圆顶利用双轴扇强制通风,使圆顶导致的视宁度影响减少到几乎忽略不计的程度。
    经测量Chart32在使用中的平均视宁度在0.8到1.2角秒之间,能呈现每个像素0.33角秒的锐利图像。他们的团队尽其所能去拍摄分辨率极高的星系图像,星团,和发射星云及行星状星云。鉴于这些结果,可能过不了多久谢尔德或者其他Chart32成员就会超越最近的成就。笔者同大家一样,强烈期盼着他们的成果。

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责任编辑 | 配图:解仁江

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