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青天指南 | 3.5 双筒望远镜

天文器材 2022-8-12 00:41 60220人浏览 0人回复
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第三章 天文望远镜第五节 双筒望远镜在很多人的印象中,天文观测的设备就是单筒的天文望远镜。但实际上,双筒望远镜也是天文观测的一大利器。相较于天文望远镜,双筒望远镜有不少优势。首先,天文望远镜较为笨重,而 ...


第三章 天文望远镜

第五节 双筒望远镜

在很多人的印象中,天文观测的设备就是单筒的天文望远镜。但实际上,双筒望远镜也是天文观测的一大利器。相较于天文望远镜,双筒望远镜有不少优势。

首先,天文望远镜较为笨重,而且常常需要组装。双筒望远镜则十分简单轻便,这意味着我们可以随时携带,随地观测,尤其适合观测新手。而在一些车辆难以到达的地区,唯有双筒望远镜始终能够陪伴我们领略星空的瑰丽。

其次,天文望远镜的放大倍率一般较大,双筒望远镜的放大倍率一般较小,普遍在6~12倍之间。对于某些观测目标,例如角直径较大的疏散星团、发射星云等,使用双筒望远镜更容易找到并进行观测。需要用天文望远镜指向某个目标时,也可以先使用双筒望远镜确定它在天空中的位置。还可以用双筒望远镜扫视银河或者其他感兴趣的天区,寻觅散落其间的深空天体:如果光污染较小,低倍率下的银河细节将让人叹为观止。

最后,双筒望远镜的价格较为便宜,对于想要超越肉眼体验星空,但又囊中羞涩的天文爱好者来说,无疑是最佳入门望远镜。

那么如何挑选第一台双筒望远镜呢?(在介绍这个问题之前,我们想提醒读者:电商所售的低于200元的双筒望远镜光学质量差,做工粗糙,只能进行勉强的天文观测,非常不推荐。)在这里,我们需要考虑两个主要问题。

第一个问题:屋脊棱镜还是保罗棱镜? 双筒望远镜本质上是折射式望远镜,成倒像,为了让我们看到的图像正过来,双筒望远镜里需要加入正像棱镜。一部分望远镜使用保罗棱镜(因为发明人IgnazioPorro而得名),如下图所示,它们的样子其实就是很多人对双筒望远镜的第一印象。


保罗双筒望远镜


保罗双筒望远镜光学图

另一部分望远镜使用屋脊棱镜(因为此类棱镜有两个面成90°角,类似屋脊而得名,如下图所示)。屋脊棱镜其实有多种,使用最多的是施密特·别汉棱镜(下左图),其次是阿贝·柯尼希棱镜(下右图)。


屋脊双筒望远镜


施密特·别汉棱镜光学图


阿贝·柯尼希棱镜光学图

保罗望远镜结构简单,造价便宜,在同价位,光学质量相比屋脊望远镜存在优势。缺点是较为笨重,并且如果制造成两个镜筒联合调焦(比较方便,是我们平时最常使用的调焦类型),望远镜很难进行防水设计。为了防水,只能两个镜筒分开调焦。对于天文用途,分开调焦是可以接受的,甚至调焦精度更高,高级保罗望远镜也常常设计成分开调焦。但是如果想将这类望远镜用于其他用途,就需要权衡利弊。屋脊望远镜光学结构稍微复杂,更为小巧轻便,外观漂亮,而且通常能够防水,但是在价格方面有一定劣势。因为屋脊望远镜的许多优势点,各个光学厂家的高端产品线一般只有屋脊望远镜。我们认为,现在国产品牌同价位的保罗望远镜和屋脊望远镜的光学水平已经相差无几,结合我们的综合体验,更推荐屋脊望远镜。

第二个问题:口径和倍率如何选择?双筒望远镜最常见的口径有 42 mm、50 mm等,最常见的倍率有7、8、10等。双筒望远镜的成像亮度,由口径和倍率共同影响。成像越亮,能够看到的暗弱恒星和深空天体越多,因此对于天文用途,我们喜欢更亮的双筒望远镜。这里有一个很重要的参数:出瞳直径=口径/倍率,而成像亮度正比于出瞳直径的平方。结果非常明了:口径越大、倍率越低,双筒望远镜的成像亮度越高。所以我们通常会选择口径42 mm 以上,倍率10以下的双筒望远镜。

但是出瞳直径也不是越高越好。如果出瞳直径大于人眼的瞳孔直径,就会有一部分光线进入不了人眼,造成浪费。人眼在黑暗中瞳孔会张大,直径最大大约7 mm,随着年龄增长,这个数值还会逐渐降低。所以,一般不会有出瞳直径 8 mm以上的双筒望远镜,也就是说,当口径增大时,倍率通常会同步变高,不会有大口径低倍率的双筒望远镜(存在一些特殊例外,比如星座镜,主要因为用途不同)。天文用途的双筒望远镜出瞳直径最好大于4 mm。另外,人眼在光线充足的情况下瞳孔会收缩,白天使用的双筒望远镜出瞳直径在2.5 mm 以上即可。

出瞳直径是评判双筒望远镜成像亮度的普遍标准,但有些厂家和用户会引入“微光系数”(twilightfactor)的概念,即。这个概念已经过时且不合适,我们建议无需理会。除此之外还需要注意,口径越大,体积重量越大,越难以携带;倍率越大,手持使用时越容易受到身体的抖动影响(市面上有一种稳像双筒望远镜,可以防抖,实现手持高倍率)。我们最推荐的是两种经典搭配:8 / 42 mm以及10 / 50 mm。7 /50 mm对于追求稳定舒适的观测者也是很好的选择。读者可以根据自身需要选择最合适的搭配。

在回答了上述两个问题之后,我们已经基本确定了适合我们的双筒望远镜的最基本参数。那还有哪些参数值得我们注意呢?我们来看一台市售双筒望远镜的参数表。


NL 8 × 42 双筒望远镜参数表

表中倍率、口径和出瞳直径已经在前面讨论过。

视场在望远镜的参数一节曾经讨论过,同样,双筒望远镜也有实际视场与表观视场。除了角度,双筒望远镜的实际视场有另一种表示方式,称为千米视场(也有用千英尺视场表示的,在国内少用一些),即假设双筒望远镜望向一千米以外的物体,整个视场的实际宽度。实际视场和倍率有关,当需要较大的实际视场时,可以选择低倍率的双筒望远镜。对于双筒望远镜,表观视场不是百利而无一害的,更大的表观视场会让光学矫正的难度增大,我们常常会发现,同价位的双筒望远镜,表观视场大的产品成像质量会稍低于表观视场小的产品。笔者倾向于在这对权衡中选择表观视场大的双筒望远镜。

出瞳距离在望远镜的参数一节也曾经讨论过。一般双筒望远镜会配备旋升眼罩,可以通过调整旋升眼罩来调整眼睛与目镜的距离,使其接近出瞳距离,达到最好的观测体验。

最近对焦距离指双筒望远镜可以调焦到清晰的最近距离。当用双筒望远镜对准低于这个距离的物体时,无论如何转动调焦轮,都无法将图像调焦至清晰。最近对焦距离越近越好,这样我们能更方便地用双筒望远镜看近处的物体。有些双筒望远镜经过专门设计,最近对焦距离很近,可以观测昆虫和花卉。

屈光度调节就是平衡左右眼屈光度的不一致。双筒联合调焦的双筒望远镜一般都会配备一个屈光度调节轮,一般在右侧的镜筒上,使用双筒望远镜前应该先调整屈光度调节轮,补偿右眼与左眼的视力差异。屈光度调节的范围越大,容许的左右眼视力差异越大。

屈光度矫正就是双筒望远镜设计时容许的视力补偿范围。如果您的近视度数超过这个范围,就必须戴眼镜观测,否则可能无法调焦至清晰。

透光率是影响双筒望远镜成像亮度的次要因素。相较于出瞳直径它的影响小得多,出瞳直径相同时,透光率越大,成像亮度越高。同规格产品中,透光率越高越好。

瞳距调节范围是双筒望远镜两个镜筒之间的距离调节范围。双筒望远镜一般能通过中间的铰链调节两个镜筒之间的距离。每个人的瞳距不一样,使用双筒望远镜前应该先调整两个镜筒之间的距离,使其适合自己的瞳距。

尺寸和重量则是双筒望远镜的几何属性。我们希望双筒望远镜更轻更小更便携。耐候性是望远镜对高温、低温、水等因素的抗性。如果使用环境比较恶劣,需要考虑耐候性。

有些双筒望远镜使用了ED玻璃。ED玻璃即低色散玻璃,可以降低双筒望远镜的色差,但是价格较贵。需要稍微注意的是,因为ED玻璃已经被广泛应用,有些高端双筒望远镜已经不再标注使用了此类玻璃。

有些双筒望远镜使用了平场设计。普通双筒望远镜视场边缘成像质量会显著下降,而使用平场设计之后,边缘成像质量将会提高。平场设计一般有两种,一种是目镜平场,通过改变目镜结构提高边缘像质,但是对于近视但不戴眼镜观测的人,效果不佳;另一种是焦前平场,通过加入专门的平场镜片提高边缘像质,技术难度较大,效果较好,但将引入畸变,造成滚球效应。

以上这些参数可以在表格里体现,但双筒望远镜的光学质量是表格所无法描述的。光学质量是进阶的天文观测者需要着重考虑的因素,但是它难以量化,主观因素较强,对于刚刚接触双筒望远镜的人来说,甄别双筒望远镜光学质量的优劣比较困难,因此这里只简单叙述。

锐度、对比度。锐度越高图像越清晰,如果不是200元以下的双筒望远镜(因为双筒望远镜放大倍率一般不大),视场中央锐度的差别不容易看出来。至于视场边缘的锐度,使用平场设计的双筒望远镜有很大优势。对比度越高图像的反差越大,不同人对对比度大小的喜好不同,需要自行抉择。

色彩。不同型号双筒望远镜呈现的色彩不同,有些色温偏暖,有些色温偏冷。同样,不同人对色彩的喜好不同,需要自行抉择。有些双筒望远镜色彩会显著偏黄,购买前需要注意。

像差。双筒望远镜主要的像差有色差、像散、场曲、畸变等。天文用途中,色差最为重要,需要尽量减少,带有ED玻璃的双筒望远镜色差较小。像散和场曲主要影响视场边缘锐度,带有平场设计的双筒望远镜可以减小像散和场曲。畸变是天文用途中最次要的像差。

参数里没有体现的,还有双筒望远镜的做工、人体工程学、观测舒适度,这些也是高端双筒望远镜溢价之处。在预算较高时,这些方面非常值得考虑。同价位的双筒望远镜,这些参数和性能是此消彼长的。读者可以根据需要,优先选择于某几个参数或性能较为突出的产品。如果需要各种参数和性能都很优异的产品,那就必须加钱了。

最后是一些小tips。使用双筒望远镜时,有些人会觉得头晕。除了双筒望远镜光学质量较差之外,还有这样一些可能:

①没有调节瞳距。前面已经说过,使用双筒望远镜前应该先调整两个镜筒之间的距离,使其适合自己的瞳距。具体的调节方法是,通过铰链调节两个镜筒之间的距离,使得双眼看到的两个圆形图像重合,这一步称为“合圆”。

②没有调节屈光度。前面也已经说过,使用双筒望远镜前应该先调整屈光度调节轮,补偿右眼与左眼的视力差异。具体的调节方法是,先闭上右眼睁开左眼,用左眼看远处某个物体,调节调焦轮使得左眼看到的图像清晰。再闭上左眼睁开右眼,看同一个物体,调节屈光度调节轮,使得右眼看到的图像也清晰。

③光轴不平行。当前面的工作已经完成时,观测仍然导致头晕,就可能是光轴问题。光轴是否平行需要使用仪器测试,可以联系卖家。

使用双筒望远镜,或者是用手机在目镜后拍摄时,有些人会发现看不全或者拍不全视场,视场边缘变成一圈黑色。这是因为眼睛或者手机镜头没有在合适的位置。当眼睛或者手机镜头与目镜之间的距离符合出瞳距离,这个问题就解决了。

第三章 天文望远镜

补充阅读 望远镜的像差

色差

因为透镜对不同波长的色光有不同的折射率,可能会导致望远镜不能将不同波长的色光汇聚到同一点,产生色差。色差表现为图像明暗交界处产生五彩斑斓的边缘。




色差示意图

球差

使用球面的透镜或反射镜时,从边缘入射与从中心入射的光线不能汇聚在同一个点上,将会产生球差。球差会导致望远镜中心成像不锐利。


球差示意图。图片来源见水印

彗差

因为透镜或者光学设计的缺陷,导致恒星等点光源产生类似彗星形状的变形,称为彗差。


彗差示意图

像散

光学系统的像散和眼睛的散光是同一类光学缺陷,光线经过光学系统的不同子午线入射后不能汇聚到同一个点上,就会产生像散。像散在视场边缘更明显,表现为恒星变形成类似飞鸟的形状。


像散示意图

场曲

场曲就是像场弯曲。如果光学系统的缺陷使得焦平面不再是一个平面,而成为一个曲面,就产生了场曲。场曲表现为视场边缘模糊,成像锐度下降。


场曲示意图

畸变

如果实际上横平竖直的物体,在视场中不再横平竖直,就产生了畸变。


畸变示意图


排版:宣传部

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