怎样拍摄金星凌日

以下文章会于2004年4月号《天文爱好者》杂志发表

怎样拍摄金星凌日

前言
2004年6月8日会出现一次极罕见的金星凌日现象，凌日时刻由世界时5时13分至世界时11时26分止，即北京时间13时13分至19时26分，全部过程历时6小时12分。除中国东北、东南面部分地区不能看到凌日现象结束外，中国大部分地区都能看到整个金星凌日过程。上一次金星凌日发生在122年前，当时摄影术还远远未普及，懂得天文摄影的人更是少之又少，加上拍摄太阳是天文摄影最危险的项目，当时只有极少数人有条件、有能力把这现象拍摄下来。因此，现在能找到的金星凌日照片可说绝无仅有。今天情况大不相同，要拍摄金星凌日现象，我们除了可使用传统的胶卷外，还可以使用近年大行其道的数码摄影方法，只要有适当的减光设备，要拍摄下金星凌日现象，并不困难。谈到摄影方法之前，先让我们看看金星凌日有甚么拍摄项目。

图一：2004年世界各地区见凌日情况（图片来源：Fred Espenak）

图二：122年前的（1882年）金星凌日照片（照片来源：美国海军天文台）

一. 拍摄黑滴现象
拍摄内行星的凌日现象，有4个时刻很重要，分别是1.凌始外切、2.凌始内切、3.凌终内切、4.凌终外切。这便是金星接触日面的4个重要时刻。可是由于受到大气扰动和太阳临边昏暗的影响，在凌始内切后和凌终内切前，内行星的影像会变成了如水滴一样，这称为黑滴现象（Back Drop effect）。金星拥有大气层，黑滴现象比凌日的水星明显。能准确捕捉这几个时刻，便能一并拍摄下这特别的现象。

图三：黑滴现象（图片来源：Chuck Bueter）

图四：1999年水星凌日亦可见黑滴现象

二. 拍摄金星凌日特写
本次凌日现象，金星约在太阳半径1/3的地方横过日面，要察觉出金星的移动，便要一并把日面的黑子和光斑拍摄下来。拍摄时要对正太阳的方位，东西线平行视场的长边，南北线平行视场的短边。采用的焦比最好能同时拍摄下金星、黑子和太阳的部分边缘便最理想。由于是拍摄特写，拍摄视场不用覆盖整条凌日路线，但仍要多拍几张照片。尤其要捕捉金星与黑子群「擦身而过」的时刻。

三. 拍摄金星凌日过程
金星凌日全部过程历时6小时12分，只要每隔10或15分钟拍摄一张照片，便能把整个过程记录下来。但请留意，这只是在理想情况下的做法，如果当日有云，拍摄的间距便要改为5分钟甚至更短，这样才能提高成功拍摄的机会。当拍摄下金星凌日的过程，只要整理一下，把时间间距大致一样的抽出来，拼合成一张照片，便能制作出一张金星凌日的路径图。以下照片是2003年5月7日水星凌日的路径图，由香港天文学会的翟志驹先生以10厘米折射镜加数码相机拍摄。（当天多云，令曝光时间和时间间距出现较大的偏差）

图五：2003年水星凌日路径图

用胶卷拍摄金星凌日
由于凌日的金星在日面上只是一个剪影，拍摄金星凌日便等同于拍摄太阳，故此拍摄上最重要的事情便是减光，记着，在没有减光或减光不足的情况下拍摄或观看太阳，都会引致失明，切记！切记！

一. 仪器的选择
望远镜：以折射镜为首选，口径在6厘米至10厘米已足够；反射镜筒内气流最大，拍摄效果稍逊；折反射镜和反射镜有副镜阻光，而且一般口径较大，要用尽口径，便需要用较大的滤镜，但若只取用部分口径，又需要偏轴放置滤镜；这样，一枝大口径折反射镜的拍摄效果可能反而不及一枝小口径折射镜。

底片：ISO100的彩色或黑白负片。虽然可见光没有颜色，但由滤镜和望远镜色差而来的颜色，反而有助辨认出日面的黑子和光斑等特征，这便是为甚么有不少同好喜欢为原来黑白的太阳影像加上假色（false colour）的缘故。因此笔者建议采用彩色负片。

投影用的目镜：若望远镜加上2X或3X的增距镜后放大倍率仍未足够，便需要用目镜投影法进一步放大。不论你选择用甚么焦比拍摄，拍摄视场最好能覆盖整条凌日路径。以复合消色差的「Ortho」目镜为首选，「PL」、「K」等也可以使用。若望远镜焦比达F12，则「HM」、「H」等目镜亦会有较佳的效果，可以使用。

赤道仪：整个凌日过程历时6个多小时，要有好的拍摄效果便需要一台有电动追踪的赤道仪。一来它省却手动追踪的麻烦，二来，用赤道仪拍摄，整辑照片的方位便能保持一致，这对于辨认金星在日面的移动非常重要。

滤镜：建议采用镜前减光方法，不要用镜后减光方法。根据经验，一枝口径6厘米以上的折射镜，若采用镜后减光方法看太阳（没加上太阳棱镜），则烧爆太阳滤镜只是时间上的问题，如果滤镜爆裂时拍摄者正在对焦的话，这人便会失明！可是，假如你没有物镜前的太阳滤镜，只有物镜后的太阳滤镜，每次拍摄后便必须尽快把太阳移离拍摄视场，方法是反方向转动赤经轴，把望远镜导向东（转动赤纬轴导向南北亦可）。左下图是1986年11月13日的水星凌日，笔者以一枝7.6厘米折射镜，采用与下图同款式的太阳滤镜拍摄；右下图则是当日被太阳热力烧爆了的另一块滤镜，那位朋友使用8厘米折射镜拍摄，幸好滤镜爆裂时他不是在对焦！
滤镜建议采用Baader品牌出产的太阳滤光膜。这是一种在胶片镀上铝的薄膜，可以随用者需要剪裁成不同大小。一块500毫米x1000毫米的滤光膜只需数百港元（在香港邮购），如果分割为125毫米X125毫米的面积便足有32块，供32枝10厘米口径的望远镜使用，比Thousand Oaks等其它品牌滤镜便宜很多。而且重要的是，经各地同好测试，显示它的拍摄效果比其它品牌更优胜。订购方法只需在网络上搜寻「Baader solar filter」便不难找到。

图六：1986年的水星凌日

图七：被太阳热力烧爆了的太阳滤镜

二. 制订曝光时间表
   金星凌日历时超过6小时，要拍摄下全部过程，便需要制订一份曝光时间表协助拍摄。以香港为例，凌日开始时太阳位于天顶附近，结束时则位于地平上，光度变化极大，要曝光值准确，事前须多做实习、测试。曝光时间表除了令你知道甚么时候应该拍摄，该采用甚么曝光值，更助你计算出需要用到多少胶卷。设每15分钟拍摄一次，一小时拍4次，6小时便需要24格底片，加上金星和日面4个接触时刻，一卷36张的胶卷便差不多刚好用完（若采用包围曝光方法便需加倍，详见下文）。

三. 望远镜焦距、曝光
望远镜焦距：一张135底片，约刚好能放下2000毫米焦距拍摄的整个太阳，若望远镜焦距在1000毫米以内，加一个2X 增距镜便刚好合适。如果拍摄焦距超过2000毫米，拍摄者必须十分确定太阳的方位和金星凌日路径，否则有可能错过凌日开始的时刻。2004年6月8日金星凌日的方位见下图：

图八：2004年6月8日金星凌日路径

曝光时间：由于每套拍摄组合采用的滤镜和焦比都不同，最准确的曝光值必须自己从尝试中获取。建议你先实习一次，1.用相机的 ”Auto” 檔曝光：若曝光值整体有正或负的偏差，到真正拍摄时便可以用「曝光补偿」修正。若拍摄当日有薄云，自动曝光的用处便最大。2.设定为手动曝光，根据相机的测光表用「包围曝光」方法多拍摄数张，从中选取最适当的曝光值。有一点必须留意，有些放在物镜前的滤镜分「摄影」和「目视」两类；「摄影」用途的适合高倍拍摄，设100度负片，F10焦比，这种滤镜即使1/4000秒仍会过曝。拍摄太阳全景反而适合用「目视」的滤镜。在太阳的热力下，日间大气的稳定度一般极差，在足够曝光的前提下，快门速度愈高愈好。

四. 包围曝光
   虽然在非常理想的情况下，只需36格底片便足够拍下整个金星凌日过程；但大气透明度包括薄云、烟霞、雾等因素，令曝光值有一至两级，甚至更大的偏差，这些偏差肉眼不容易察觉，但胶卷却全部记录下来；太阳地平高度的改变影响曝光值则更大。要确保取得好成绩便要采用包围曝光方法，每次拍摄在原来的曝光值外作上下一级甚至两级的曝光。例如曝光值原是1/250秒，便要多拍1/125和1/500秒两张，视乎你对自己的曝光时间表有多少信心。

用数码相机拍摄金星凌日
一. 数码相机的优点
数码相机分为可以换镜头和不可以换镜头两大类。使用可以换镜头的数码相机拍摄，可以采用「直接焦点」（prime focus）或「目镜投影」（eyepiece projection）方法；使用不可以换镜头的数码相机拍摄，只可以用「目镜加相机镜头投影法」（afocal），这里专指用后一类相机拍摄。
笔者认为拍摄金星凌日，数码相机是第一选择。跟胶卷比较它最少具有三大优势：
曝光值准确。用胶卷拍摄，即使事前做足准备，测试出最准确的曝光值，临场也会受天气影响而改变；数码相机则容许你实时测试、实时知道结果、实时作出补救，大大提高成功拍摄的机会。

自动记录相机的拍摄参数，比人手记录客观可靠。这里最重要是拍摄时间和曝光时间两项。只要事前做好准备，数码相机的拍摄时间可以准确至秒。笔者认为，一张拍摄得最好的天文照片，要是没有拍摄纪录，它只具备了观赏价值；只有拍摄纪录完备而准确的天文照片才同时具备了科学价值。就以金星凌日为例，如果阁下拍摄到金星和太阳的四个接触时间，便可以拿自己的拍摄纪录跟当地天文台的预报时间比对一下，这不失为一项有意义的观测。

数码相机的内存可以循环再用，胶卷却不可以。前文已分析过，若15分钟拍摄一次，拍下整个过程，你约需要一卷（36张）胶卷。若作上下一级曝光便需要3卷，若改为每10分钟拍摄一次，胶卷数目还要乘上1.5倍，胶卷和冲晒费用不少。数码照片若只在计算机上观赏，不管拍摄多少，都非常经济。

二. 拍摄前的准备
准确校正数码相机内的时钟。因为时间纪录很重要，为了确保时间准确至秒，大家可以参考笔者的做法：
1.用天文台的报时讯号校正自己的腕表。
2.用天文台的报时讯号校正数码相机内的时钟。
3. 6月8日在金星凌日开始前用同一部数码相机拍下这腕表，凌日结束后再拍摄一次。
4.翻查这数码照片的拍摄纪录（用ACDSee等软件），比对腕表的时间；若有差距便在拍摄纪录减去这差距，得出的便是准确至秒的拍摄纪录。
   下图是去年的水星凌日，以及笔者用这方法拍下的腕表，差距是0秒。经过这一重手续，我便可以对外宣称这份拍摄纪录准确至秒。亦因此，当日的整辑照片除了可供观赏外，还多了一重小小的科学价值。

图九：2003年5月7日的水星凌日特写照片

图十：2003年水星凌日用作对时的腕表

三. 准确设定数码相机的各项参数
白平衡：太阳光
ISO：100
数码变焦：切勿启动数码变焦，它对拍摄毫无帮助。
光学变焦：建议用尽光学变焦。请留意，拍摄金星凌日过程时这设定必须保持一致，整辑照片才具备应有的参考价值。
测光：选择「中央重点测光」（Center-Weighted）模式，但太阳影像必须占据拍摄视场的大部分，测光才准确。
解像度：1024 x 768像素（XGA格式）以上即可，约300万像素已相当足够（选择JPG最少压缩的方式储存）。
曝光模式：不论你采用自动或手动控制，请先设定为「光圈先决」模式，把光圈开至最大，否则很容易出现黑角现象。
除此以外，紧记关掉闪光灯，并把相机焦点设定为无限远后才对焦。而且要采用「连续拍摄」的模式，每次多拍摄数张照片，再重中挑选，才会有最佳效果。
在4个接触时间以及拍摄黑滴现象时，更要采用连续拍摄的模式，把解像度调低至1024 x 768像素，尽量多拍摄，才能提高成功的机会。

用网络视像器拍摄金星凌日
一. 网络视像器的「强项」和「弱项」
大部分网络视像器的CCD只有约30万像素（VGA格式，640x480像素），适合用作拍摄高倍的行星月球；如果拍摄大面积的太阳或月球，它很难跟300万像素甚至以上的数码相机比拟。用它拍摄金星凌日过程和特写，不论太阳或金星的影像都会很细小。要摄下整个太阳，望远镜的焦距更必须在350毫米以下；即是说，绝大部分望远镜接驳网络视像器后，都不能拍下太阳的全貌，如果没有认清楚凌日开始时的方位，很容易错过了开始的时刻，这可以算作网络视像器的缺点。但另一方面，它可拍摄视频影像，只要在「凌始内切」和「凌终内切」的预报时刻前一分钟开始，把整段过程拍摄下来，则很大机会能捕捉到「黑滴现象」。

二. 准确设定网络视像器的各项参数
拍摄前，先关闭网络视像器的录音功能。
解像度：用尽它的解像度。若30万像素便设定为640 x 480像素。
白平衡：先设为自动，感觉颜色正常后便转为手动。（避免拍摄过程中它自动改变了白平衡）
拍摄速率：每秒10格
增益：噪声会随增益而增加，因此增益愈少愈好。
曝光：曝光时间愈短，愈能够「冻结」太阳影像，因此曝光时间愈短愈好。

图十一：水星凌日凌始内切后的一刻（彭国荣摄）

图十二：水星凌日特写（彭国荣摄）

三. 拍摄上的一点建议
   由于用视频模式拍摄，会占用硬盘大量空间，事后亦要花很多时间做图像处理，因此笔者建议：
1.每段短片长度以10至15秒为限，或
2.以单帧拍摄代替视频模式拍摄

最理想的拍摄组合
笔者认为，天文摄影里没有一枝全能的望远镜，亦没有一部全能的相机；每种拍摄工具，每种拍摄方法都有其优点和缺点、强项和弱项。如果你手上有足够的仪器，或者会以小组形式拍摄金星凌日，我有如下的建议：
预备一台赤道仪和两枝折射镜，两枝折射镜要调校至光轴平行。一枝接驳数码相机，拍摄金星凌日过程，另一枝接驳网络视像器，专责拍摄黑滴现象。

日间对极轴的方法
本次凌日现象时间很长，一台准确对准极轴的赤道仪能令拍摄工作事半功倍。笔者现在用最简短的文字教大家一种日间对极轴的方法：
1.参考自己所在纬度，校正赤道仪的仰角。
2.把太阳导入视场，选择一组黑子观看。
3.换上十字线目镜，把东西或南北线调校至和十字其中一条线平行。
4.留意黑子的移动方向：如黑子移往十字线之北，代表极轴偏了西，要向东移少许。如黑子移往十字线之南，代表极轴偏了东，要向西移少许。

注意事项：
1.紧记拍摄前后都要对时
2.拍摄前必须先除下所有寻星镜
3.为所有预备使用的目镜、增距镜、CCD、相机等彻底除尘
4.为相机尤其数码相机预备充足的后备电源
5.不要在金星凌日的4个接触时间换胶卷
6.在拍摄期间尽量用反光物料遮蔽相机（温度上升会令胶卷增感，使曝光过度；又会大量增加CCD的噪声。）

本年的金星凌日是天文界一件大事，因为现在在生的人，没有人曾目睹此一天象，这当然包括笔者在内。以上谈到的摄影方法，是谨就我的所知所学写来，如有错误，恳请指正。

刘佳能
香港天文学会

好文章呀！

超级好文，辛苦刘兄了：）
如不涉及版权问题，可否允许放于网站上？

好文章，得顶一下。

好文章。收藏

斑竹置顶吧！

jiaobon 兄

歡迎之至。
我用了 3 個星期差不多所有的工餘時間才完成
了這篇文章，只希望多些朋友能夠看到，多做觀測。

最初由 jiaobon 发表
[B]超级好文，辛苦刘兄了：）
如不涉及版权问题，可否允许放于网站上？

再次感谢刘兄的大力支持！：）
有了这样的指导文章，会有更多的人加入凌日观测的队伍来的