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业余天文爱好者入门指南——天文器材简介(二)

天文知识 2022-6-24 10:05 22862人浏览 0人回复
摘要

刚开始接触天文时,大家一定都被各种各样的器材名称弄得头昏脑胀。这些设备分别是干嘛的呢?怎么使用呢?我需要购买哪些呢?这些问题你一定会萦绕在你心里。那么本文,将按一般新人的器材升级路径,来简单介绍大家一 ...

刚开始接触天文时,大家一定都被各种各样的器材名称弄得头昏脑胀。这些设备分别是干嘛的呢?怎么使用呢?我需要购买哪些呢?这些问题你一定会萦绕在你心里。那么本文,将按一般新人的器材升级路径,来简单介绍大家一路走来,将会接触到的天文器材。



周裕晟老师的的器材照

相机

谈及天文摄影,一定少不了相机。用相机替代目镜,安装在望远镜上,我们就可以开始拍摄瑰丽的天体照片了!

  • 单反

对于刚开始学习天文摄影的爱好者来说,如果手头上本来就有单反,那么使用单反来入门无疑是最省钱的选择,购买对应的单反卡口,我们就可以将单反安装到望远镜上,这时,望远镜其实就相当于一个长焦的定焦手动镜头。

天文摄影对单反的型号并无限制,比如许多爱好者热捧的神机——尼康D5100,就是一款2011年的古董级单反,但是当爱好者给他刷入破解版固件,改机(去除红外滤镜甚至拜尔滤镜),甚至加装制冷片以后,他的拍摄效果甚至可以媲美专业天文相机。

当然,改机后的相机不再适合日常摄影,所以一般不建议大家用自己手上的高端单反进行改机。



尼康D5100(国内DIY爱好者的魔改神器)

  • 天文相机

天文相机,在过去主要用于科研。它是专门为拍摄天体而设计制造的。

相较于普通单反,它可以直接输出感光器件收集到的原始数据,这样尽可能的保证了数据的准确性,为图像素材的后期处理提供了空间。

高端的天文相机,为了降低感光器件的热噪声,提高信噪比,还会加入半导体制冷片,为感光器件降温。


ASI294MM-PRO
天文相机还分为彩色和黑白两种,而且同型号的黑白相机一般会比彩色机更贵。这是因为黑白的感光器件往往拥有更高的量子效率,也就可以捕获到更微弱的光线。同时,黑白相机拥有更高的满阱容量,也就更加不容易发生过曝。

但是黑白相机也有缺点,因为感光器件是黑白的,所以如果最终想要合成彩色图像,就需要后期转色,或者配合滤镜系统,分别拍摄各种颜色通道后进行后期合成。虽然麻烦很多,但是为了追求细腻的深空天体图像,很多专业爱好者最终还是会走上这套道路。

导星系统

导星系统其实就是一套自动锁定瞄准系统,听起来很棒对吧!容我慢慢道来:
我们都知道,深空天体发出的光大都非常暗弱,为了捕获如此暗的光,我们往往需要对同一个目标进行长达几分钟甚至几十分钟的单次曝光!而最大的挑战就是,曝光时天体在感光器件上的投影位置必须纹丝不动,否则轻者出现星点肥大,重者会出现拉线,导致废片。那么为什么星点会移动呢?赤道仪的作用不就是跟踪天体吗?对,但是实际上则会有各种误差导致赤道仪的跟踪不能完全准确,要知道天文摄影谈论的精度都是角秒级的,而一角秒是一度的3600分之一!要长时间保持如此高的精度,我们必须依靠导星系统。

导星曲线截图(可以看到导星总误差约为0.52角秒)导星系统通过固定在主镜上的导星镜或OAG收集光线,并在导星相机上成像,软件连接导星相机,通过检测投影星点的移动情况来获取赤道仪的跟踪误差,并向赤道仪发送修正信息,以控制赤道仪对跟踪误差进行修正,这样才能保证望远镜精准的跟踪对准被摄天体!
  • 导星镜

导星镜是一个与主镜同轴的小望远镜,以折射镜最为常见。

导星镜最应该关注的参数有口径,焦距和光学精度。

因为很多爱好者在城市中使用,光污染较强,以致导星镜里找不到任何可以识别的星点。这时可能就需要较大口径的导星镜。

一般爱好者中,导星镜的焦距从120mm到300mm左右最为常见。理论上导星焦距越高越有助于提高导星精度,但是相对来说重量和寻找被导星的难度也越大,所以需要取舍。

光学素质好的导星镜能很好的将星光汇聚于很小的一点,这样软件在识别星点时更加准确,导星精度也会相应提高。


CYCK52-220ED导星镜
  • OAG

OAG也叫偏轴导星器,它是用来代替导星镜的。OAG安装于望远镜末端,通过一个棱镜,将主镜的小部分光线偏转90°,供导星相机使用。

相较于导星镜,OAG的优势在于重量轻,调校相对简单,部署起来很快,同时因为主镜素质一般较好,所以导星精度较高。

而它的缺点则是,主镜焦距一般较长,OAG系统的导星相机视野极小,那么对准拍摄目标时,导星相机的视野里不一定有合适的被导星。


ZWO M68 OAG
  • ‍导星相机

导星相机安装在导星镜或OAG的末端,负责输出图像,它对性能的主要要求就是量子效率,也就是捕捉光线的能力,量子效率越高,那么同等条件下,拍到的星点越亮,这对光污染较为严重的地区尤为重要,直接决定了你的画面上是否有可以被识别的星点。


ASI 462导星相机
值得一提的是,导星相机一般也可用作行星相机,可以接在主镜后端,拍摄行星及月面的视频素材,供后期叠加锐化。还可以安装鱼眼镜头,进行全天监控或者流星监控。在各种天文器材中,导星相机绝对算一个性价比极高的多面手!

上图是ZWO的ASI 462导星相机安装了鱼眼镜头的样子,当导星相机使用时一定要记得把鱼眼镜头取下来哦!

电脑

电脑在这里是泛指运行天文软件,控制天文器材的终端系统。比如笔记本电脑、工控电脑、树莓派卡片机及各大厂商的天文盒子产品等。
电脑在天文观测中的主要作用,是记录和处理拍摄数据以及对天文设备进行自动化控制,比如存储拍摄到的天体影像和视频,后期处理,以及控制赤道仪自动寻星,控制导星和自动拍摄等。
  • 笔记本/工控

笔记本电脑是最为常见的,普通的笔记本只要装好各种天文软件,就立马可以投入使用,而且性能较好,自带电池,较为便携,对新人来说,几乎没有成本。

但是笔记本电脑也有缺点:耗电较高,一般笔记本的电池都无法支持一整晚的拍摄;体积较大,需要平面摆放,对于出野外拍摄,要么带上简易桌椅,要么只能放在地上蹲着操作,非常不方便。



没有桌椅,就只能蹲着操作

工控电脑就比笔记本小巧很多,一般只有巴掌大小。功耗也较低,由外接电池供电,可以支持整晚的拍摄。但是工控的主要问题是没有屏幕,如果采用手机+VNC进行控制,手机屏幕较小,会非常影响操作速度。所以工控电脑一般用于远程天文台,工控电脑架设在设备端,连接到网络,操作者通过远程控制软件来控制远在千里之外的设备进行天文观测。


英特尔NUC迷你电脑
  • 树莓派天文系统

树莓派是一款ARM内核的低功耗卡片电脑,只有银行卡大小,但是拥有一般电脑的全部功能。

爱好者可以自行购买树莓派主板,然后烧写astroberry等天文系统,这些系统一般基于Linux操作系统,加装了常用的天文软件,配合VNC等远程控制软件,就可以实现类似于工控电脑的控制效果。它的优势就是小巧且功耗非常低,最吸引人的是其开放性,开源的天文操作系统由全球的天文爱好者程序员共同维护,功能强大而且不断更新,充满了活力!


树莓派4B
一些厂商也利用树莓派平台,制作了自己的天文小电脑。其中的佼佼者就是ASIAIR。

AIR盒子可以连接和控制主相机、导星相机、赤道仪、电调焦、滤镜轮、发热带等主要设备,完成协助对极轴,自动寻星,导星控制,自动对焦,自动拍摄等等功能。
配合手机APP使用,操作简单,同时功耗较低,大大降低了大家去野外进行天文摄影的负担。


‍固定在主镜上的ASIAIR PLUS
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