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[天文观测] 【原创教程】深空摄影从前期到后期

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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-3-4 19:19 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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预计是个大坑,会涉及到深空拍摄的器材选择、前期拍摄和后期处理等内容。本文的目标是使零基础的的新手也能完全理解。
M42.jpg

精彩评论33

国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-3-4 19:20
前言
每当日落西山、天色渐沉时,天空中无处不在的繁星总会引发我们无尽的遐想。“天阶夜色凉如水,卧看牵牛织女星。”自古以来,人们便为星星加上了太多太多美好而浪漫的意象。随着现代科技的发展和人类对宇宙的不断探索,蒙在繁星面前的那一层迷朦的面纱也渐渐被揭开了。然而,主流天文学的研究,如射电天文学,对专业知识的要求极高。这时,天文这一深奥学科中最亲民的一部分——天文摄影,便走进了我们的视野。而深空摄影作为天文摄影中较为复杂而且繁琐的部分,常常显得神秘而遥不可及。本文在这里,将会以通俗的语言介绍深空摄影从前期选购器材、拍摄准备到后期处理的所有流程,希望能为各位有意入门的新手一些参考。另外,作者本人也是入坑不久的新人,所介绍的难免会有一些纰漏或错误,望读者朋友们指出。
M42.jpg
图1-1 M42猎户星云是散落在天空中的无数深空宝石之一,等待着深空摄影爱好者们充满好奇的凝视。
图片由国三蝶拍摄
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暴雨刀客Lv.4 显示全部楼层 发表于 2021-3-4 21:54
猎户星云 真美
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amoleLv.2 显示全部楼层 发表于 2021-3-4 22:10
零基础,正想学呢 ,非常感谢
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-3-4 22:45
第一章 关于深空摄影

第一节深空天体的分类

天文摄影是一个很广泛的概念,其中包含了以行星为目标的行星摄影,以大视野(50~135mm焦段)拍摄银河、星座等的广域摄影,同时包含了星空与地景的星野摄影,以及深空摄影。
深空摄影,顾名思义,即为以深空天体为拍摄对象的天文摄影。
以下内容引用自百度百科【深空天体】词条:
深空天体是一个常见于业余天文学圈内的名词。一般来说,深空天体指的是天上除太阳系天体(行星、彗星、小行星)和恒星之外的天体。这些天体大都是肉眼看不见的,只有当中较明亮的(如M31仙女座大星系和M42猎户座大星云)能为肉眼看见,但为数不多。超过一百个以上的深空天体能使用双筒望远镜看到,例如18世纪法国天文学家梅西尔所编的《梅西尔星云星团表》中的大部分天体。如果有一支天文望远镜,能看到的深空天体数量会大幅上升。通过天文摄影更能拍摄到为数可观的深空天体。
业余天文摄影爱好者们常拍摄的深空天体可分为以下几个大类:
1.星云 在望远镜尚未发达时,一般泛指宇宙空间中太阳系外的一切云雾状天体(包括了星团和星系),但如今仅指由星际尘埃、氢、氦和其他电离气体聚集的太阳系外云雾状天体。
2.星团 指互相之间存在着引力联系的十颗以上恒星组成的星群。
3.星系 指数以千万亿记的恒星围绕一个共同中心所形成的尺度巨大的天体。我们熟知的银河就是一个星系。
4.双星和聚星 指两颗或多颗在视觉上邻近的恒星。分为视觉上临近但在宇宙空间中并无引力联系的目视双星和由两颗绕着共同的中心旋转的恒星组成的双星系统。
若再细分,星云还可分为发射星云、反射星云与暗星云,星团可分为球状星团与疏散星团,星系可分为螺旋星系、棒旋星系、椭圆星系,在此不多介绍,读者朋友们若有兴趣可自行查阅资料。
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-3-4 22:45
本帖最后由 国三蝶 于 2021-3-4 22:49 编辑

第二节 业余爱好者常用深空天体目录:

宇宙中的深空天体几乎可以说是无穷无尽的,为了查找和观测方便,人们便编写了各式各样的深空天体星表,其中记录了目标天体的坐标、亮度、尺寸等信息。
业余爱好者常使用的深空天体星表主要有以下几个:
1.梅西耶星表(Messier Catalog),简称M星表,为法国天文学家查尔斯.梅西耶(Charles Messier)编写,收录了110个北半球亮度较高的深空天体,包含了星云、星团、星系等各种深空天体。表中天体编号为M___。
M81&M82.jpg
图1-2 北半球夜空中最亮的星系对:M81波德星系与M82雪茄星系
图片由国三蝶拍摄



2.星云星团新总表(New General Catalogue),简称NGC星表。它内含7840个天体,几乎包含了北半球容易观测到的所有深空天体。表中天体编号为NGC____。
NGC2244_S.jpg
图1-3 NGC2244玫瑰星云
图片由国三蝶拍摄




3.星云星团续总表(Index Catalogues),简称IC星表,其中包含了5386个天体。表中天体编号为IC___。
IC1805_XJLK.jpg
图1-4 IC1805心脏星云
图片由国三蝶拍摄


除了M、NGC、IC以外,还有PGC、UGC(多为暗弱的小星系),ARP(多为形状较为奇特的星系),Abell(多为暗弱的星云),PK(行星状星云),LDN、LBN(多为暗星云)等星表,但所含天体的亮度、尺寸等均不如M、NGC、IC三个爱好者们常用的星表,因此在此不作提及。
Abell21.jpg
图1-5 Abell21美杜莎星云
图片由国三蝶拍摄
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-3-4 22:50
第三节 星等与视直径

前面提到,各个星表中均记明了表中天体的亮度、尺寸和位置。秦朝时秦始皇为了方便商业、交通等,推行“车同轨,书同文”。那么,天文学作为一个世界性的学科,如果没有统一的记载天体亮度、尺寸的单位以及记载天体坐标的方式,交流将会变得极其困难。因此,在天文学中,制订了以下标准:

1.天体亮度的单位为“等”。现代星等系统以织女一(天琴座α,Vega)作为0等的标准,亮度越高,星等数值越小。例如,太阳的目视星等约为-27等,M42猎户座大星云的目视星等约为4等。深空天体及恒星等距离我们都十分遥远,因此在星等计算中,有两个不同的概念:目视星等和绝对星等。绝对星等一般用大写M表示,目视星等则用小写m表示。
目视星等一般指在地球上看某一个天体得到的亮度,绝对星等则指在距离天体10秒差距(32.6光年)的地方所观测到的目视星等。绝对星等一般用大写M表示,目视星等则用小写m表示。绝对星等和目视星等之间可以互相转化,公式为M=m+5-5 log d。其中,d代表目标天体与地球的距离。
2.天体视直径,指某一天体在地球上观测时观测到的直径。若天体形状为较规则的圆形,可用一个数据来记录天体视直径;若天体形状不规则,则需要用天体长边长度*天体短边长度来记录天体视直径。
记载天体视直径的单位为度(°),角分(′)和角秒(″)。将天球平均划分为360份,一份即为一度。将一度平均分为60份,一份即为一角分。将一角分平均分为60份,一份即为1角秒。可得以下对应关系:
60″=1′
60′=1°
1″=1/3600°
1′=1/60°

至此,深空摄影中所必须了解的一些天文概念,我们已经基本介绍完毕了。这部分内容相当重要,希望读者朋友们努力记住。

点评

楼主有M、NGC、IC视直径表么?分享一下吧, 谢谢  详情 回复 发表于 2021-3-5 14:56
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Dennis-M16Lv.8 显示全部楼层 发表于 2021-3-5 09:42
学习中,期待后续!
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tangwenyaoLv.8 显示全部楼层 发表于 2021-3-5 11:45

学习中,期待后续!
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sunnycyLv.14 显示全部楼层 发表于 2021-3-5 12:49
这年头这种文章不多见了,收藏一下
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yyclxLv.16 显示全部楼层 发表于 2021-3-5 13:14
支持楼主分享自己的经验
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火星神奇Lv.8 显示全部楼层 发表于 2021-3-5 13:18
赞、期待后续!
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670273958Lv.10 显示全部楼层 发表于 2021-3-5 14:56
国三蝶 发表于 2021-3-4 22:50
第三节 星等与视直径

前面提到,各个星表中均记明了表中天体的亮度、尺寸和位置。秦朝时秦始皇为了方便商 ...

楼主有M、NGC、IC视直径表么?分享一下吧, 谢谢

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虚拟天文馆里就可以查询到  详情 回复 发表于 2021-3-5 15:13
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kakarott_rayLv.10 显示全部楼层 发表于 2021-3-5 15:13
670273958 发表于 2021-3-5 14:56
楼主有M、NGC、IC视直径表么?分享一下吧, 谢谢

虚拟天文馆里就可以查询到
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青翼一笑扬Lv.8 显示全部楼层 发表于 2021-3-5 18:26
楼主加油,写完了功德无量!
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-3-5 18:42
本帖最后由 国三蝶 于 2021-3-5 18:47 编辑

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。

在此需要对几个名词进行解释:
1.BCF改机:即为将单反或无反相机传感器前的IR-cut红外截止滤镜拆除并替换为BCF滤镜。相机进行BCF改机后,对于宇宙中极为丰富的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。
2.CCD相机:即为由CCD传感器(电荷耦合器件图像传感器,Charge Coupled Device)作为影像传感器的相机。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传感器具有高线性度、低暗电流的优点,然而制造废率较高,读出噪音也较高。 2-1.jpg
图2-1 SBIG STX-16803 制冷CCD天文相机
3.CMOS相机:即为由CMOS传感器(互补金属氧化物半导体,Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)作为影像传感器的相机。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。CMOS传感器具有低读出噪声、低成本、读出速度快等优点,但暗电流较高。
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图2-2 ZWO ASI6200MM-Pro 制冷CMOS天文相机
4.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旋转轴进行速度与地球自转速度相等但方向相反的旋转。从而抵消地球自转。

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图2-3 信达HEQ5型德式赤道仪

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图2-4 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。
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)检测跟踪的误差。
若采用导星镜导星方案,则所需的器材为:一支焦距为主望远镜1/3~1/4的导星镜,和一个导星相机。

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图2-5 导星镜与导星相机(红色)的组合

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(50-193,50-220,60-300等)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,所造成的导星镜相对于主望远镜的细小位移;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小直角棱镜,从而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。
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图2-6 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ASIAIR和司天监盒子,可以通过手机来控制拍摄,大大简化了拍摄流程。
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图2-7 ZWO ASIAIR PRO
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。
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三零Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-3-7 14:57
期待楼主更新!
目前正在攒深空设别,熟悉软件阶段!
相机是索尼微单NEX3-N未改机,并且暂时也没有打算改机,水平有限!
计划水平能稍微提升后,再入冷冻!
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国三蝶Lv.12 显示全部楼层 发表于 2021-3-7 15:18
原稿目前已经突破了1万字,但在论坛的更新可能需要拖延一段时间。
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gy007Lv.12 来自手机 显示全部楼层 发表于 2021-3-7 17:32
学习了
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某某某Lv.6 来自手机 显示全部楼层 发表于 2021-3-7 18:35
学习加收藏了
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