如果想要在比较方便的情况下获得比较好的深空天体图像的话，一套好的设备是不能少的。 本章将会从器材的分类说起，详细地介绍各类器材的结构、特点，以及器材的选择。 *本章中若无特殊说明，所用图片均来源于网络。 01第一节 深空摄影基本设备组成 风光摄影中，我们有必须的“三大件”，即用于成像的镜头、用于记录图像数据的相机机身，以及稳定相机和镜头的脚架。 在深空摄影中，同样有类似的“三大件”。 风光摄影中的镜头对应在深空摄影中，通常为望远镜或长焦镜头。 风光摄影中的相机机身，对应在深空摄影中，通常为一台经过BCF改机的单反或无反相机以及带有制冷设备的CCD或CMOS相机。 风光摄影中的三脚架，对应在深空摄影中，即为一台带有自动跟踪功能的赤道仪。   一套典型的深空摄影设备 在此需要对几个名词进行解释： 01 BCF改机 即为将单反或无反相机传感器前的红外截止滤镜拆除并替换为BCF滤镜。 相机进行BCF改机后，宇宙中极为丰富的H-α氢发射线的透过量相比于原机有极大的提升。 若要使用单反或无反相机进行深空摄影，必须进行BCF改机。BCF改机后的相机在日常拍摄时会有明显的偏色，可以通过自定义白平衡解决。 方法不在此赘述，有兴趣的读者可自行查询。 02 CCD相机 CCD传感器是最早用于深空摄影领域的数码影像传感器，并出现了许多经典的传感器型号，例如KAF-8300和KAF-16803等。 CCD传感器具有许多优点，然而制造废率较高，读出噪音也较高。  SBIG STX-16803 制冷CCD天文相机 03 CMOS相机 即为由CMOS传感器CMOS传感器早期并不受待见，但近些年由于背照式芯片、堆栈式芯片的出现，CMOS传感器的性能已经直逼甚至超越传统的民用CCD传感器。  ZWO ASI6200MM-Pro 制冷CMOS天文相机 04 赤道仪 众所周知，地球每天都在绕自转轴进行速度约每小时15°的自转。 然而天上的星星是不会转动的，这就导致我们在地球上看来日月星辰仿佛都在进行着东升西落的运动。我们称这种运动为天体的“周日视运动”。 在进行深空摄影时，往往会用到单张5分钟以上的长曝光。若不能克服周日视运动的影响，拍摄出的图像中星点便会变成像我们常见的星轨图片一般。 赤道仪（Equatorial Mount，EQ Mount）就是为了克服周日视运动对长时间曝光拍摄所造成的影响而制造的仪器。 其工作原理为绕一根平行于地球自转轴的轴进行方向相反的旋转，从而抵消地球自转。  信达HEQ5型德式赤道仪  艾顿CEM60型中式赤道仪 然而，只有在赤道仪旋转轴严格平行于地球自转轴，且旋转速度完全等于地球自转速度时，才能保证跟踪完全准确。 但是很显然这是不可能的。 因此，我们需要进行自动导星（Auto Guiding)来修正赤道仪跟踪的误差。 05 导星系统 自动导星是一个复杂的操作，在拍摄实操一章中我们会进行详细介绍。在此只介绍自动导星所必需的器材。 通常我们对短焦距（<500mm)的望远镜导星时，会使用一支放置在主望远镜外的小望远镜（焦距为为主望远镜的1/3~1/4）拍摄图像，再由小望远镜后安放的导星相机（通常可为行星相机）来自动修正。 若采用导星镜导星方案，则所需的器材为：一支焦距导星镜，和一个导星相机。  导星镜与导星相机（红色）的组合（图源cyck畅游星空） 当我们使用较长焦距（>700mm)的望远镜进行拍摄时，常用的导星镜已经难以满足精度要求了。 主要原因有两点，一是非同步形变，即由于导星镜和主望远镜的连接不是绝对稳定，所造成的导星镜修正误差；二是若导星镜焦距过短，可能难以检测到赤道仪跟踪的误差并加以修正。 那么该怎么办呢？答案是使用偏轴导星装置（Off Axias Guiding,OAG导星）。 OAG导星装置的原理是在主相机传感器成像范围之外放置一个棱镜以折射一部分的光到达导星相机。 若采用OAG导星方案，则所需的器材为：一个OAG偏轴导星器，一个导星相机。  QHY生产的OAG偏轴导星器 另外，为了控制赤道仪、相机、导星，我们还需要一台电脑。一般而言，台式电脑、笔记本电脑、工控电脑都是可以进行拍摄的。 ZWO和QHY还各有利用手机来控制全套拍摄的盒子，大大简化了拍摄流程。  ZWO ASIAIR PRO（图源星空Π对） 除了赤道仪、主望远镜、主相机、导星系统、控制系统之外，还有许多有用的器材，例如可以进行自动对焦，并且大大减轻手动对焦时带来的震动的电动调焦器；单色相机拍摄LRGBHSO不同通道的图像时所需要用到的电动滤镜轮等。 由于非必需，所以在本节不作详细介绍，有兴趣的读者可自行了解。 赤道仪、主望远镜和主相机作为一套深空摄影设备的主要构成，类型比较多、参数比较复杂。因此在下面进行详细的说明。 02第二节赤道仪 前面提到，赤道仪的工作原理为绕一根平行于地球自转轴的旋转轴，进行方向相反的旋转，从而抵消地球自转。 我们一般称这根平行于地球自转轴的旋转轴为赤经轴，也称RA。此外，地球的自转轴，我们也称之为极轴。校准赤经轴与极轴平行的过程，我们便称之为对极轴。 相信读者不难发现一个显而易见的问题：若一台赤道仪只有这一根赤经轴，望远镜便只能指向极点周围的一小片天区。 因此，赤道仪上还有一根垂直于赤经轴的旋转轴，我们称之为赤纬轴，也称D.E.C.。 一般而言，望远镜就安装在赤纬轴顶部的鸠尾槽上。  一台常见德式赤道仪的结构 一般而言，赤道仪分为德国式赤道仪（Germen Equatorial Mount,简称GEM）和中国式赤道仪（Center-balance Equatorial Mount，简称CEM，又称中央平衡式赤道仪）。 （此外，还有叉式赤道仪、马蹄式赤道仪等，由于民用领域较少使用，因此在此不作介绍，仅介绍德国式赤道仪与中国式赤道仪。） 01 德国式赤道仪 这是历史最悠久的赤道仪，也是当前深空摄影领域使用人数较多的一种赤道仪。德式赤道仪的优点主要为抗风能力较强，缺点有自重较重、重心前倾等。 当前市场上生产德国式赤道仪的厂家主要有： 信达（Sky-Watcher) 星特朗（Celestron) 艾顿（iOptron） 威信（Vixen） 高桥（Takahashi） 派拉蒙（Paramount） Astro-Physics（AP） 以及ASA 等。。。 信达生产的HEQ5-Pro型德国式赤道仪，载重约12kg 02 中国式赤道仪 前面提到，德国式赤道仪具有重心前倾的问题，这就导致对极轴较为困难。借此，艾顿（iOptron)发明了中国式赤道仪，也称中央平衡式赤道仪。 中国式赤道仪不像德国式赤道仪一般将赤纬轴放置在赤经轴前端，因此重心基本位于脚架中心，几乎没有倾倒的风险。 此外，中国式赤道仪还具有自重轻的优点。然而，有得必有失，中国式赤道仪在降低自重的同时，相应的也导致抗风能力的减弱。 当前，中国式赤道仪只有艾顿（iOptron)公司在生产销售。 艾顿CEM60型中国式赤道仪，载重约27kg 赤道仪作为整套深空摄影器材中用于跟踪的部分，但凡稳定性或精度达不到要求，拍摄出来的图像中星点往往是拖线的，以至于导致所有拍摄的素材均不可用。 因此，重要的事说三遍： 赤道仪最重要！ 赤道仪最重要！ 赤道仪最重要！ 03第三节 主望远镜 前面提到，赤道仪在一整套深空摄影器材中是最重要的。然而主望远镜作为用于采集目标天体光线的设备，其重要性仅次于赤道仪。在介绍种类繁多的望远镜之前，有关望远镜的几个参数需要先介绍一下。 01 口径 口径即望远镜主镜片的直径。 不同于大众的理解，倍率并不是望远镜最重要的参数，而口径才是。也可以这么说：口径决定了望远镜能达到的最高有效放大倍率。 望远镜光学理论分辨率经验公式为：140/D，其中，D代表口径。 一般来说，口径越大的望远镜，其分辨率就越高，且在单位面积天区上的拍摄效率较之小口径也要更高。 02 焦距 即平行光入射至望远镜时望远镜镜片光学中心至焦点所经过的光路长度。一般而言，焦距越长的望远镜，同一个目标在视场中的相对大小也就越大。 03 焦比 即望远镜焦距与口径之比。 例如一台焦距750mm，口径150mm的望远镜，其焦比为f/5(750/150）。 焦比的大小决定的相机传感器单位面积的拍摄效率，一般而言，焦比f/后的数字越小的，其在相机传感器单位面积上体现出的效率要高于f/后的数字大的。 因此，我们称f/后的数字小的焦比为“快焦比”，称数字大的为“慢焦比”。对于一般的深空摄影而言，焦比控制在f/2.8~f/8都是合适的范围。 解释完了这些望远镜中的常用参数，便可以开始介绍各种望远镜了。 自从第一台折射式望远镜被伽利略发明以后，各种各样的望远镜也逐渐被发明出来。 目前，常见望远镜的结构主要有： 折射式、 牛顿反射式、 经典卡塞格林反射式（Classical Cassegrain，CC）、 施密特-卡塞格林折反射式（Schmit-Cassegrain,SC，简称施卡）、 马克苏托夫-卡塞格林折反射式（Maksutov-Cassegrain，MAK，简称马卡)、 里奇-克列基昂反射式（Ritchey- Chretien，RC) 等。。。。 在此作简单的介绍： 01 折射式望远镜 作为历史最悠久的望远镜系统，折射式望远镜的原理其实和小时候用放大镜烧树叶是一样的，通过镜筒前端一片或一组凹、凸透镜的组合，来实现放大物像、聚焦光线的作用。 按照对色差消除水平的不同，折射式望远镜分为普通消色差式和复消色差式。（非消色差望远镜因色差问题，不纳入讨论） 普通消色差式折射镜，简称普消，一般以一片火石玻璃加上一片冕牌玻璃合成一片制成。 普通消色差望远镜的色差现象依旧非常严重，因此一般不用于深空摄影。 复消色差式望远镜，又称APO望远镜，常常用两片及以上的低色散玻璃组成。 一般在镜组中采用低色散的ED玻璃等，配合精妙的设计，从而做到几乎完全消除色差。 APO望远镜几乎是当今用于天文摄影的所有望远镜中反差、锐度在同口径中最好的。 然而大口径复消色差折射望远镜的价格异常高昂，例如150mm口径的高桥TOA150，价格人民币11万余元。 目前市面上生产APO望远镜的厂家主要有：信达(Sky-Watcher)，锐星（SharpStar)，裕众（Sky-Rover)，高桥（Takahashi)，景德（William Optics)等。  APO望远镜光路图  典型的复消色差折射式望远镜——高桥FSQ106ED 02 牛顿反射式望远镜 早期的折射望远镜并不能消除色差，这就导致大口径的早期折射式望远镜的色差已经大到影响观测的地步了。另外，大口径折射式望远镜磨制难度高、成本高昂。 为此，物理学家牛顿发明了牛顿反射式望远镜，简称“牛反”。 其原理是使用一块放置在镜筒底部的凹面镜（一般称为主镜）反射并聚焦来自天体的光线，再由放置在镜筒前端的与主镜光学平面呈45°夹角的椭圆平面镜将光线反射到望远镜外的焦平面。 依据主镜面型的不同，牛顿反射式望远镜可分为球面、抛物面和双曲面。 其中，快焦比的球面望远镜，由于球面镜的特点，无法把平行光线完美汇集到一个点上，所以其画面的球差现象相当严重，对分辨率的影响极其巨大，因此一般不用于深空摄影。  透镜中的球差示意 反射镜同理 而抛物面望远镜具有适中的磨制难度，且所产生的彗差主要是在边缘，所以也可以通过彗差修正镜（Multi Purpuse Coma Corrector，简称MPCC或CC）进行良好的修正，因此被大量用于深空摄影。 （球差是画面中心也存在）至于双曲面镜，多用于超快焦比（f/2.8~f/3.3）的牛反镜和RC望远镜，效果非常良好。 由于反射凹面镜的材料成本、研磨难度较之APO折射均低得多，因此大口径牛反镜的价格相当低廉，成为了拍摄小目标的不二之选。 然而，大口径牛反镜筒长度即约等于主镜焦距，这就导致牛反具有很大的迎风面积（支架式能够减轻这一问题，但是也会让更多的杂光入射），在使用载重小于主镜重量的160%的赤道仪且有风的环境下难以进行拍摄。 因此，若使用牛反望远镜，赤道仪的载重应尽量达到主镜重量的2倍左右。 抛物面牛反镜的主要生产厂家有：信达（Sky-Watcher)，星特朗(Celestron）,黑洞（Blackhole)，GSO等。 双曲面牛反的主要生产厂家有：锐星（SharpStar)，高桥（TAKAHASHI)。  牛顿反射式望远镜光路图  一台典型的抛物面牛反望远镜 注意：若要使用牛反望远镜进行深空摄影，务必使用MPCC彗差修正镜！否则画面边缘星点会完全变形！这里推荐信达二代MPCC。 03 CC、施卡、马卡、RC 这四类望远镜同属于卡塞格林式望远镜的家族。 CC，即经典卡塞格林望远镜，是最原始结构的卡塞格林望远镜。 它只由两块反射镜构成，一块较大的抛物面反射主镜放置在镜筒后端，中间开有一个圆孔。 来自天体的光线经主镜反射、聚焦到位于镜筒前端的较小的双曲面副镜上，再由双曲面反射，穿过主镜中央的圆孔，到达镜筒后端外部的焦平面上。 CC望远镜能在极短的镜筒长度做到极长的焦比，因此对于行星摄影大有好处，然而对于深空摄影而言，它焦比过慢（通常为f/12以上），且只能校正球差，但彗差等离轴像散均不能被校正，因此一般不用于深空摄影。 市面上销售CC望远镜的厂商有GSO。  CC望远镜光路图  GSO CC8经典卡塞格林望远镜 施卡望远镜在CC镜的基础上，将主镜替换为球面镜，将副镜替换为凸面镜，并在镜筒前端放置一片口径等同于主镜口径的修正透镜，以修正主镜引入的球差。 施卡望远镜同样能够在极短的镜筒长度做到极长的焦比，但是它同时校正了彗差、球差等像散，因此在加入减焦镜后，可以进行深空摄影。 市面上销售施卡望远镜的厂商主要有星特朗(Celestron)。  施卡望远镜光路图，图中寻星镜、目镜在深空摄影中没有必要  星特朗（Celestron) Edge14HD施卡望远镜 另外，施卡望远镜的变形之一——RASA望远镜，采用特殊的结构，因此能够达到f/2.2的惊人快焦比，同时能在70mm直径成像圈内呈现出细腻、锐利的星点，非常适合深空摄影。 但是它的不足之处也显而易见，主要为前置的相机遮挡主镜，这就导致为使遮挡不过大，单色相机无法使用电动滤镜轮来进行多通道拍摄操作，只能人工更换滤镜。 此外，相机的线缆等也遮挡主镜，造成并不美观的星芒等。 目前，RASA望远镜只有星特朗（Celestron）在生产销售。  RASA望远镜光路图  星特朗（Celestron)RASA11" 马卡望远镜的结构与施卡望远镜相似，采用弯月形改正透镜，与施卡相比，具有较小的副镜遮挡，但制造成本、难度均高于施卡，因此一般不用于深空摄影。 目前，市面上销售马卡望远镜的厂商主要有星特朗（Celestron)，信达（Sky-Watcher)，博冠（BOSMA)  信达（Sky-Watcher) MAK 5" RC望远镜在CC望远镜的基础上，将主镜、副镜均改为双曲面，除场曲以外的相差极小。 RC望远镜的焦比一般为f/8左右，在添加了减焦镜之后是非常好的长焦深空摄星镜。 另外，著名的哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope,HST)即采用的RC系统（焦比达到了20以上）。 目前，市面上销售RC望远镜的厂商主要有GSO、ASA、AG、Planewave等。  GSO RC8望远镜（图源Astroshop） 注意：无论是何种类型的望远镜，都存在着光轴问题。 折射式望远镜的光轴基本固定、不易移动，但反射、折反射望远镜的光轴较不稳定，因此每次拍摄前都需要进行校正。 附：各结构望远镜拍摄效果 http://bbs.imufu.cn/data/attachment/forum/202103/05/082242gasgg1s1zqcpk5sq.jpg APO:Takahashi TOA130 http://bbs.imufu.cn/data/attachment/forum/202001/29/161528njmsummdmsmz1p42.jpg 牛反：Blackhole 10" F/4 http://bbs.imufu.cn/data/attachment/forum/202011/08/110511hg2wxbkbg6xk3gxx.jpg 施卡：Celestron C9.25" http://bbs.imufu.cn/data/attachment/forum/201811/23/100655tszny7dztr5g3ysk.png RASA:Celestron RASA11" http://bbs.imufu.cn/data/attachment/forum/201812/22/175952gvc90wozww3r4nwo.png RC:GSO RC8  END 作者 / 国三蝶 编辑 / 冬夏恒久 推荐：天文通 / 神秘的老A（查询更多）  “在看”就是分享与关心！ |
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