谈谈天文摄影

这张图所用的器材，你猜猜看是什么？

只是一个Sigma 120-400。在300mm的焦距，5.6的光圈拍的。机身不知道，但也并不重要。

这么平常的镜头，就能拍到这么好的照片么？这真的可以么？

其实我之前也是有这个疑虑。但后来更了解了一点天文摄影，疑虑就消失了。所以想和大家说说：拍天文照片，不见得需要很专业的器材。

然后再说下：这里写的东西完全是我自己的理解。自己看网页看来的。所以谬误，甚至很离谱的白痴错误估计也不会少的。贻笑大方也是免不了的。但如果能抛砖引玉，也没算白写。

另外一点必须的知识：1度指的是一个完整圆周角度的1/360。1角分(英文缩写是arcmin)是一度的1/60。而1角秒(英文缩写是arcsec)是1角分的1/60。如果不会引起歧义，经常也会直接说“分”或者“秒”。

天文望远镜，本质上就是一个比较长的摄影镜头。这点想必大家都是很清楚的。这两者的区别，其实是不太大的。一般来说，天文望远镜为了实现比较长的焦距，焦比（也就是光圈）都会比较暗（说“大”或“小”似乎都容易有歧义）。一般都在f5或更暗。只有非常大的望远镜才能做到很亮的光圈。从光学上看，天文望远镜的像差一般比较大。因为相对摄影镜头体积更大，但价格并不会高很多，所以肯定是有缩水了。当然，十几或几十万的望远镜大概除外。现在常说的APO折射望远镜，都还是处在中高端档次。但已经没多少镜头没有消色散镜片了吧？另外，因为长焦距和体积的矛盾，望远镜经常采用反射构造。反正望远镜不用考虑“焦外”。

然后就是光学系统两个基本要点：一个是分辨率，另外一个就是集光力。前者，在光学技术水平接近的前提下，主要是取决于焦距。即视角。焦距越长，视角越小，当然分配到每个像素上的视角就会变多。一个简单的比方：望远镜的倍率越大，远处的物体看起来就显得越大。这里的分辨率主要是指角分辨力。即：你能看到多么小的一个视角差。世界闻名的VLT系统，能做到1毫角秒的角分辨率。这基本等于在地球上，能分辨开在月球上的一台汽车的两个前大灯发出的光。

这里特别需要说明的是：焦距和视角是相关的概念，但不等同。比如说小DC经常说“135等效焦距”，就是这两个概念分离的例子。焦距是一个光学系统的固有属性。但视角和拍摄用的感光器件的面积紧密相关。但鉴于我们都习惯于135的焦距概念，所以经常也会混着说。如果用135做标准的话，那么300mm大概就是4.58x6.87度的视角。600mm小一倍，就是2.29x3.44度。

那么这个视角，是不是够天文拍摄了呢？回答是：取决于你要拍什么。

例如月亮。它的角直径大概是半度。即30角分左右。当然会随着月亮和地球的距离不同而变化，但基本上是差不多的。木星是太阳系最大的行星，它的角直径大概是30-50秒之间。而我们最熟悉，最常拍的猎户座大星云（即本文文首的照片）的角尺寸大概是65x60角分。最著名的仙女座星系的角尺寸更是达到了190x60分。也就是说它大最宽处概是满月的7倍大。因此，对于拍摄一些如此大的深空天体来说，500mm，甚至300mm的焦距都是完全足够用了。

但是为什么我们肉眼无法看见呢？这就是另外一个因素：亮度在起作用了。我们都知道，星星按亮度分，是有星等的。数字越小越亮。人眼大概能看到最暗的星星就是6等。仙女座星系的中心只有4.36等。周围就更暗了。 所以就算是肉眼能看到，也只能看到中心一点。而木星的星等则有-1.6到-2.9等。所以，什么样的望远镜才能看到更暗的天体呢？

当然就是光圈更大的望远镜。也就是焦比更小的。如果焦距不变，那么就是口径越大的望远镜了。所以说，望远镜的口径越大，集光力越好。越是能轻易看到暗淡的星体。

对于肉眼观察，这似乎是够了。但对于天文摄影，事情还是没这么简单。因为摄影除了光圈和焦距之外，还有曝光时间和ISO这两个变量。暗的东西，曝光时间长，就会变得亮。ISO提高也会变亮。但很遗憾，这两个东西的加入，也并没让亮度这个问题消失。因为它们都有自己的代价。曝光时间越长，就越容易受到地球自转的影响。就是说天体会糊掉。也许肉眼看着，并不觉得星星运动得很快。但通过望远镜看就完全不同了。星星的移动速度是非常显著的。在300mm的时候，大概1.6s的曝光时间就是保持清晰的极限了。ISO的代价也很大：噪点。

对于焦距的问题，唯一的解决办法只有：买合适焦距的望远镜（或镜头）。对于曝光时间的问题，唯一的解决办法是：买有自动跟踪功能的赤道仪。但是这东西价格不菲。对于ISO的问题，最好的解决办法就是：重叠照片。这个也是我们都能做的事情。纯粹靠软件。而且软件也有免费的选择。

这里推荐一个软件：DeepSkyStacker。基本上做到了傻瓜式的叠片了。不过可惜只有Windows版本，我就只能用虚拟机了。这东西跑得有些慢。如果是用大尺寸的RAW喂给它的话，要有点耐心。它基本上能吃大多数常见相机的RAW。叠完之后输出的照片，可以放到Photoshop里面处理。拉拉曲线，锐化一下之类的。

对于亮度，还有一个很大的问题需要提：光污染。即天被地面上的人造光源照亮了。不是完全的黑。这一点对于任何住在大城市的人来说都是必须要面对的问题。很遗憾，这个问题无解。光污染厉害的，能彻底毁掉你一切的拍摄尝试。暗的天体完全看不到了。更不要提什么星云了。所以如果你真的喜欢天文拍摄，不妨去一些人烟稀少，光污染也少的地方拍拍看吧。如果实在难以脱身，不妨考虑几个办法：拍摄升得较高得天体。更高的天空受到的光污染比较小；在光污染最小的时候拍摄，例如后半夜；在有云的天气拍摄，只要你需要拍的天体出现在云缝隙里就可以。因为云会阻挡住大多数的光污染。

更多的一些细节我有的忘记说了。有的懒得说了。如果有问题就提吧。大家讨论讨论。

然后是张我昨天拍的M42。



和前面的那个M42差距大吧？这就是因为我的曝光太短了。我只有1.6s x 55张。88秒。前面的是2分x20张。2400秒。而且焦距也比我长一些。我用的器材是40D+XXB IS。

作为比较，另外一张M42:



这张是用300/2.8拍的。16张300mm，16张用了1.4x增倍叠起来的。都是1s或2s的曝光。明显就更接近我的拍摄而不是文首的。这里可以看到虽然300/2.8的口径比300/5.6大了两档，但是曝光时间的差距还是非常巨大的。

差点忘了：Flickr上现在有一个group。名字叫astrometry。它有一个很神奇的功能：它能用计算机分析所有加入的照片。然后告诉你这张照片所拍摄到的天体的名字以及其他一些有用的信息。非常非常的有用的一个东西。强烈建议所有的天文摄影爱好者都去试试看。例如，astrometry给我上面那张照片的信息就是：

Hello, this is the blind astrometry solver. Your results are:
(RA, Dec) center:(83.8306098587, -5.37292340129) degrees
(RA, Dec) center (H:M:S, D:M:S):(05:35:19.346, -5:22:22.524)
Orientation:169.90 deg E of N

Pixel scale:6.03 arcsec/pixel

Parity:Reverse ("Left-handed")
Field size :1.13 x 1.55 degrees

Your field contains:
The star 42Ori
The star θ1Ori
The star θ2Ori
The star ιOri
The star 45Ori
NGC 1973
NGC 1975
NGC 1976 / Great Nebula in Orion / M 42
NGC 1980
NGC 1977
NGC 1982 / M 43

它甚至会在图片上用notes的方式标识出所有星体的具体位置。不知道过去有没有过类似的软件。但起码这是我第一次看到。目前只有Flickr用户可以使用。如果你会在Linux或其他UNIX环境下编译软件，那么可以去它们的网站astrometry.net下载源码。