用好手中的廉价天文器材（重新修改增补） 天文, 器材, 增补

weiguo1688

  这篇文章原本发表在《天文爱好者》2007年2、3月期，经过一年的实践，重新做了修改和增补。把它放在菜鸟版，与手中只有廉价器材的同好们分享。
  这里所说的廉价器材包括小口径的反射望远镜、小口径普通消色差折射望远镜，没有电跟踪或有简单的单轴电跟踪（没有自动导星）的赤道仪，消费级的数码相机（DC）或网络摄像头；另外随着一部分入门级的数码单反相机价格已经降到旗舰DC以下，象Canon EOS 300D这样的数字单反相机，二手机身的价格也不过1600元左右，已经低于大多数二手旗舰DC的价格，因此也可以归入廉价器材一类了。不过要说明一点，所有这些廉价器材应该保证是正规厂家生产的合格产品，对于那些手工作坊或玩具工厂生产的玩具望远镜不在讨论之例。
  很多同好之所以走进天文爱好者的行列，或多或少是被那些美丽的天体照片所吸引。要想看到这些美丽的天体，天文望远镜就是必备的工具。然而，有一点却是被很多刚入门的爱好者所忽略，就是那些美丽而且壮观的天文照片多是由大型天文望远镜甚至是太空望远镜通过专用的摄影设备所拍摄，使用小型的天文望远镜不可能达到这样的观测和拍摄的效果。很多同好入门的时候大多购买的是一些廉价的天文器材（望远镜、赤道仪等），当他们经过了用小型望远镜观测到月球环形山的兴奋之后，发现其他的天体实际观测效果同杂志和网站上的照片大相径庭时，便会对自己手中现有的器材丧失信心。认为手中的器材是“垃圾”，开始打算升级器材。那些手头没米的同好，只有望镜兴叹了。
  其实，就现在大多数资深的天文爱好者来说(注：这里说的是天文爱好者非器材发烧友)，刚入门的时候无一例外的是从廉价的小型器材开始的。通过对手中器材性能的分析，充分发挥这些廉价器材的性能，多使用，多观测。在这个过程不断的学习和总结，上了好器材才会得心应手。
  那么，如何用好手中的廉价器材呢？下面谈谈个人这些年来的一些心得。
  先来说说那些廉价的赤道仪。一般那些没有极轴镜、没有电跟踪、没有自动导星的赤道仪，例如EQ-1(我正在用的)，都属于此类。这个档次的赤道仪，对它们有太高的期望是不恰当的。整个赤道仪的机械精度很低。由于这种赤道仪非常简单和轻便，刚性也很差，轻微的震动或负载的变化都会使已经对准的极轴发生偏移。那么，这样的赤道仪就真的是垃圾吗？非也！只要简单的改造、合理的使用，也能够满足一般的观测和摄影要求。
  对于这类简易赤道仪，最难的就是极轴校准，因为它没有极轴镜。赤道仪相对于经纬支架最大的优势在于可以只调整一个旋钮来跟踪天体的周日视运动。要实现这一优势，准确校准极轴是必须的。其实校准极轴并没有想象中那么困难，对于这种档次的赤道仪即使调整的时候对得很准，一旦转动赤径和赤纬轴，极轴都会发生偏移。因此在实际观测的时候一般都是粗略调整极轴即可以满足使用要求，一个简单的办法就是先查到观测点的纬度，调整赤道仪极轴的仰角为观测点的纬度(支架调整水平的前提下)，然后再调整赤道仪指向正北方（可以利用指南针）就可以了。如果想做深空天体摄影，可以先采用前述的方法大致对准，然后使用漂移法精确校准极轴，这样也可以满足一般的跟踪摄影需要。对于目视观测，由于使用小型天文望远镜的放大倍率都不会太大，因此可以用手动微调赤径旋钮来跟踪观测的天体，这比使用经纬支架要方便的多。一般观测太阳、月球、大行星不会有什么问题。
  如果要拿它来做天文摄影，你就需要对它进行改造，增加一个简单的电跟踪装置。这个论坛里多有介绍，一般可以用风扇的定时器改造，配以小马达和调速电路，可以很方便的调整跟踪速度。有了这个可以自动跟踪的平台，用来观测就方便多了，拿来做行星、星野或深空天体摄影就成为了可能。
  看看改造的EQ-1赤道仪，增加了电跟踪装置，非常简单的

  接着，再来说说那些廉价的天文望远镜。同好中比较多的低档天文望远镜主要有两大类，一类是小口径的牛顿式反射望远镜（例如，76700/900、 114900/1000等），另一类是小口径的普通消色差折射望远镜（例如：60420、60700、70900、80480、80600、80900等等）。这两类天文望远镜价格相对较低（尤其是小口径牛反），是入门级的常用配置，同好中拥有的数量也比较大。一般目视观测的方法比较简单，不过由于这类望远镜的口径小，放大倍率有限，目视观测的效果并不是十分理想，因此这里主要讨论一下用这些廉价的器材进行摄影观测的方法。
  对于小型的天文望远镜，目视观测的效果受到口径和焦距的限制，提升观测效果最好的方法莫过于摄影观测。例如我使用76/900的牛顿式反射望远镜目视观测，在使用H4mm目镜最大倍率下观测木星也只是一个很小的圆面，可以看见两条云带，大红斑只是隐约可见。如果用投影放大来拍摄木星，就可以看到非常清晰的云带条纹和大红斑。另外，还可以通过每隔一定的时间拍摄一张来观测木星的自转，这个用目视是观测不到的（下图）
  摄像头ToUcam 840K＋76900牛顿反射望远镜＋K10目镜放大投影拍摄多帧照片合成的动画

  对于小口径牛顿试反射望远镜，这类天文望远镜的物镜大多是球面镜，由于镜面小、焦距长，非常接近抛物面。因此这类反射镜的球差并不是很明显，再加上反射物镜没有色差，非常适合用大倍律观测、拍摄月面和行星。对于月面的拍摄，可以使用普通数码相机（DC）在目镜后拍摄。现在有一种万能摄影支架（150元左右）非常适合完成这样的工作。当然你也可以DIY，根据自己相机的情况制作转接环。我使用不同直径的PVC管来制作。当然，也可以使用网络摄像头（比如ToUcam 840k）直焦拍摄（去掉望远镜的目镜和摄像头的镜头直接使用物镜来拍摄），不过由于摄像头的CCD面积太小，一帧照片不能够涵盖整个月面，需要拍摄多张来拼接，后处理会比较烦琐，但是拍出来的效果会比数码相机好。
   这是用DC＋76900牛顿试反射望远镜＋K25目镜后拍摄的月面

   这是摄像头ToUcam 840K+76900牛顿反射望远镜直焦拍摄的和拼接的月面

使用这类牛反来拍摄行星，对天文爱好者来说是一个挑战。首先要选择正确的方法，用DC直接在目镜后拍摄，效果不会很理想，因为在较大的倍率下星象会显得非常暗淡，使得照片的噪声明显增加。
  DC目镜后拍摄的木星和土星


  理想的方法是使用摄像头进行投影放大，拍摄一段视频（可以是巴洛镜投影、也可以是目镜投影），然后用叠加软件处理，获得清晰的照片。巴洛镜投影很类似于直焦拍摄，放大倍率是一定的（对于选定了巴洛镜），目镜投影可以通过调整摄像头CCD到目镜的距离来调整放大倍率。建议使用PL或K目镜，我用的是K10目镜，这样可以避免使用太长的投影管，同时保证足够的倍率和星象的亮度。
  这是安装在自制投影管上的ToUcam 840K和K10目镜，投影管的中段可以伸缩

拍摄过程中要保证赤道仪能够跟踪星象的移动，其实这个对跟踪的要求并不像深空摄影那样高，只要在整个拍摄过程中星像不移出CCD的视场就可以了。后处理的时候可以用叠加软件来对齐星像。
  ToUcam 840K＋76900牛顿反射望远镜＋K10目镜放大投影拍摄的木星与土星


对于这种廉价的牛反，要拍摄出清晰的行星照片并不是一件容易的事情。由于这种望远镜的做工一般都比较差，因此有很多细节上的问题必须要注意到。例如我的小牛反在使用过程中就发现调焦座和调焦筒配合不好，间隙过大，插入目镜后光轴会发生偏离，使得拍出的照片在某个方向上产生严重的慧差和色差。针对这个问题，尝试把调焦筒，目镜和摄像头旋转到不同的方位，结果发现当调焦筒位于正上方时光轴的偏离最小。于是以后拍摄都采用这个位置，拍摄到了满意的行星照片。另外很重要的一点就是准确对焦。由于受到口径的限制，在大倍率下拍摄行星，视场中的行星的图像会比较暗淡，准确对焦就会变得非常困难，要想准确对焦最好的办法就是多拍摄几段在不同对焦状况下的视频，处理后看看那个最清晰，再比对这时拍摄的实际画面，以此为调焦的标准。事实上，要想准确的对焦，很多情况下是要凭感觉的，拍得越多，感觉就越准确。
   正在拍摄的木星的76900牛顿反射望远镜

  那么这类牛反是否也可以拿来作深空天体的摄影观测呢？理论上说应该是可以的。不过由于这类牛反的焦距相对较长，口径又相对较小，视场会比较小，因此不能涵盖一些视场较大的深空天体。另外由于较大的焦比，需要更长的曝光时间，对跟踪的要求更高，因此不适宜拿来做深空天体摄影。
  下面就来说说小口径的普通消色差折射望远镜，这一类型的望远镜一般使用的是双分离物镜或双胶合物镜，消色差的效果很一般，目视观测可能不太明显，但是摄影观测的时候影响会非常大。不过小型折射望远镜使用起来会比较方便，通过使用一些附件（例如巴洛镜）可以满足不同观测的需求。而且还便于携带外出观测，因此也是入门级器材中比较常用的配置。
  使用这类折射望远镜做月面和行星的摄影观测，基本同小牛反的方法差不多。只是对于焦距较短的小折射镜拍摄行星时，应该使用巴洛镜或目镜投影拍摄，这样可以获得比较大的倍率。如果单纯是作为目视观测行星，建议使用巴洛镜来延长焦距，获得更大的倍率。
  ToUcam 840K＋maxvision60420折射望远镜拍摄和拼接的月面

  ToUcam 840K＋天狼80600折射望远镜＋K10目镜放大投影拍摄的土星

  这类折射镜最大的优势是用来观测和拍摄深空天体。较小的焦比可以获得大的视场和使用较短的曝光时间，同时观测深空天体需要有好的观测环境，这类小折射具有良好的便携性，是外出观测摄影的好选择。下面就来聊一聊用这类低档次的折射镜拍摄深空天体的一些心得，其实我也是在学习和摸索中，下面的意见也仅供同好们参考，对于错误的地方还请各位指出。
  拍摄深空天体，是摄影观测深空天体的一个重要手段。由于很多深空天体是由大量的星际尘埃和气体构成（例如反射星云、发射星云和一些星系），使用小型天文望远镜目视观测只能看到其中的亮星或星系的核心部分。只有利用摄影手段，通过长时间曝光，才有可能看到暗弱的星际尘埃和气体。很多同好都会担心，这种简陋的器材可以用来拍摄深空天体吗？事实证明，只要通过一些简单的改造和采用的适当的方法是完全可以的。当然，对这样的器材拍出来的照片不应该有不切实际的过高的期望。
要做深空天体摄影，首先有几个问题是需要解决的。一是跟踪和导星。对于廉价器材一般都不会配有电跟踪和自动导星装置，前面已经说了DIY赤道仪的电跟踪。有了这个简单的电跟踪是不够的，因为这种简单的赤道仪蜗轮－蜗杆的精度是非常低的，在整个跟踪过程中不可能做到匀速运转，那么就必须要使用手动导星来改善跟踪的状况（即通过手动微调跟踪电机的速度）。要导星，就要配置导星望远镜。我曾经试过用8X24的寻星镜来改制导星镜，呵呵，那是多么的简陋。（下图，蓝色的那个小镜子）
改造过的EQ－1和maxvision 60420折射望远镜＋小寻星镜改装的导星镜

  这是用上面的器材拍摄M31和M42


  但居然也能用，只是导星的时候非常辛苦，而且精度远远达不到要求，建议可以用一些廉价的折射望远镜来做导星镜，比如50600、60420等等，这些廉价的镜子一般也就200元左右。至于是盯着目镜来导星还是盯着电脑屏幕来导星，这个可以根据自己的条件来选择。如果是盯着目镜导星，那你需要一个导星目镜。如果是盯着电脑屏幕来导星，那你需要有一台笔记本电脑，一个网络摄像头（建议使用ToUcam 840k）、安装K3CCD Tools。由于使用摄像头有一个转换倍率的问题，因此实际导星的焦距会相当长（是导星望远镜焦距的数倍），直接把摄像头去掉镜头，插在导星镜的调焦筒内就可以满足导星的精度了。
  ToUcam 840K安装在导星镜后

  市售导星目镜的价格也是相当可观的，不过可以自制一个简单的亮视野照明导星系统。使用以一只短焦目镜，在目镜的前端用头发丝拉两条十字线，在导星镜的前端装一只红色的发光二极管。导星的时候，点亮物镜前端的发光二极管，调整到适当的亮度，在目镜端就可以看到红色的视场中有两条十字线。
  其次，需要解决的问题是相机和望远镜的接口。如果是数字单镜头反光照相机（DSLR）,可以使用转接环，把望远镜连接在机身上，其实就是把望远镜作为相机的长焦镜头使用，这种拍摄方式一般可以获得较好的效果。普通DC不可随意拆卸镜头，因此只能使用无焦点法拍摄，即目镜后拍摄。这实是无奈之举，由于要通过目镜，因此这种方式拍摄的照片大多会有明显的色差和慧差。比较好的解决方法是使用小的光圈，但这样就要延长曝光时间，对导星的要求就更高了。因此在实际拍摄的时候要权衡利弊。目镜建议选择PL一类的广角目镜，不要使用短焦目镜，我曾经使用过PL40和K25。可以选择前面所述的万能摄影支架，也可以DIY（我的是用PVC管DIY的）。不过最重要的是要保证相机镜头的光轴同望远镜的光轴要重合。
  给nikon coolpix5400制作的转接环


  再次，是要改造一个云台板来承载拍摄用的天文望远镜和导星镜。最好是用较厚的铝合金板制作，没有条件也可以用较厚的胶合板来制作。具体和赤道仪的连接可以根据赤道仪的实际情况来制作。另外就是要给导星镜装一个经纬支架，最好是可以微调的经纬仪，球型经纬支架一般的摄影器材商店都有出售，价格也不贵。不过还要考虑赤道仪的承载能力，我是用原来小天望的简单经纬支架改装的，比较轻便，不过使用起来比较烦琐，找星麻烦些。
   云台板上的经纬支架

  当你把这些都安装在了赤道仪上后，你会发现原来的重锤已经不足以保持赤道仪的平衡了。最简单的办法就是在重锤上挂一个重量合适的盛水的可乐瓶子，更好的方法就是把跟踪用的蓄电池挂在重锤上作配重。记住，一定要保证赤道仪的平衡，否则你的跟踪电机可能会转不动。
  “可乐瓶”配重

   看看改造后的EQ-1赤道仪，增加了赤经电跟踪和赤纬电动微调，安装了简易的云台板。

  设备改造完毕，你就需要等待一个良好的观测时机－－晴朗的夜晚。选一个合适的观测环境，最好是可以看到北极星的位置（当然，看不到也没关系，我们可以用漂移法来校准极轴）。架好赤道仪，对准极轴。注意在对极轴的时候最好把正式拍摄所要安装的全部器材（包括相机）都装上，因为在装上相机的时候由于载荷的变化，极轴可能会发生偏移。调整望远镜对准拍摄目标，再调整导星镜对准引导星，建议引导星不要离目标天体太远。打开电跟踪，调整跟踪速度，保持引导星始终稳定在视场中。然后打开相机，如果使用的是DC，需要适当调整变焦，使拍摄的目标在视场中的大小合适。注意，相机要设置在全手动模式，对焦模式使用手动，并设置到无穷远，选择尽量高的ISO可以缩短曝光时间。然后调整调焦筒的对焦手轮，注意相机LCD中的星点变化，反复调整，以看到最多的暗星点为准。如果拍摄的是非常暗淡的天体，你就需要先把望远镜对准一个比较亮的天体，对焦完成后再转回目标天体。如果使用的是数字单反相机，建议在拍摄前选一个明亮的目标（比如月亮）调整望远镜的调焦手轮，把焦距对准，然后在调焦筒上做好标记，以后使用的时候可以先调整到标记位置，然后前后试拍几张就可以很快地找到最佳的焦点了。选择好合适的快门速度，开启延时拍摄功能（当然最好有快门线或遥控器，单反相机最好开启反光板预升），这样可以避免按下快门时相机的抖动对拍摄的影响。按下快门后要紧盯着导星视场中的引导星，当星点发生飘移的时候要适当调整跟踪电机的速度（调速控制器的微调旋钮），保证在整个曝光时间内星点不会有太大的飘移。手动导星是个熟能生巧的活儿，多练、多试就会得心应手了。用这种简单的赤道仪拍摄深空天体，如果极轴对得好，一般跟踪180秒，在500-800mm焦距下拍摄（35mm画幅，组合焦距），可以做到星点很小的拖线。
   拍摄用的器材组合：DC＋天狼80600折射望远镜＋EQ-1赤道仪＋60420导星镜＋自制亮视野照明导星装置

   这是用上面的组合拍摄的M31、M42、火焰与马头星云


   
   同样是用这套组合拍摄的彗星17P

  如果我们把DC换成数字单反相机，比如一部廉价的Canon EOS 300D机身，效果会有很明显的提升。
  这是用Canon EOS 300D拍摄的M31、M42、M45和彗星17P




  还是要再次说明，对使用这样的器材拍摄的深空天体照片不应该抱有不切实际的幻想，尤其是使用DC拍摄。首先望远镜的先天不足再加上目镜后拍摄的方式，决定了你拍出的照片中必然会有明显的色差和慧差；其次，普通DC的CCD动态范围也是很有限的，在拍摄暗弱天体时不会有象数码单反那样良好的反差；再次，使用简陋的赤道仪进行导星也是件不容易的事情，很难保证你拍出的每张照片都有良好的导星效果。虽然如此，我们还是用这样简单的器材拍摄并观测到了一些深空天体，看到了暗弱的星际尘埃和气体。这也就是我们要达到的目的。
  另外，我们还可以把望远镜拆掉，直接装上DC或单反相机。用来跟踪拍摄星野，比如银河和星座。这个对导星的要求比用望远镜拍摄深空天体要低的多。
  这是用上面说的那套组合，去掉80600折射望远镜直接把DC装在赤道仪上，用相机镜头拍摄的银河、星座。




  上面说了很多器材应用方面的心得，其实除了器材，更重要的是观测环境。对于居住于大城市中的天文爱好者（我就是），最好的观测目标是太阳、月球、部分大行星（金、木、火、土），因为观测和拍摄行星一般使用较大的倍率，天空背景被压暗，不会受到城市灯光的明显影响。另外可以观测和拍摄一些比较明亮的深空天体（M31、M42、M45等）和一些星团、双星等。对于较暗淡的发射星云、反射星云和星系，由于城市灯光的影响，不会有理想的效果。彗星除非亮度大且地平高度较高的以外，也很难被观测到。所以要想看到更多的东西，还是要“上山下乡”，上面看到的很多深空和星野照片大都是在乡下拍摄的。
  其实，不管您手中的器材是高档货还是廉价货，只要用得好就是好器材，相反，再好的器材放在一边从来不用，那它很快也会变成“垃圾”。俗话说“没有最好的器材，只有最合适的器材”。写这篇文章的目的，决不是要大家都去购买廉价器材，而是鼓励广大入门级的天文爱好者和手中只有普通器材的同好们用好现有的器材。不论你手中使用的是高档设备还是廉价的器材，都可以拿来享受天文观测的乐趣。只有经常的使用这些器材，才能逐步提高驾驭器材和天文观测的能力，你才能看到更多的美丽的天体。只有在观测活动中才能享受到天文的乐趣，器材只是一个工具，作为一名天文爱好者没有必要也不应该把注意力只放在器材上（那就成了器材发烧友）。尤其是对于入门级的天文爱好者，应该把更多的精力放在学习天文只知识上，加深对星空的认识。很多“菜鸟”级的同好经常会出现拿着望远镜找不到目标的情形，这从一个侧面反应出的是天文知识的匮乏。在星座还没有认识几个的情况下，请不要轻易的说手中的器材是“垃圾”，经常看不到目标的不是望远镜而是观测者本身。即便没有任何器材，在良好的环境下用肉眼也可以进行天文观测。
  最后，有一点还是要提醒入门的天文爱好者，天文器材的性能价格比是随着档次的升高而下降的。可能你增加一倍的投资而无法收获一倍的回报，对于高档器材尤其明显。另外，器材只是决定了你可以看到和拍摄到什么样的天体，至于能不能做到更多是取决于你的观测经验、摄影技术和观测环境。同时，高档器材对使用者也有着更高的要求，否则效果甚至不如廉价器材。一个简单的例子，很多入门级的摄影爱好者总会觉得用数码单反相机拍出来的片子甚至不如小DC。其实原因很简单，消费级的DC把摄影过程中很多工作都包揽了，拍摄者只需要取景和按快门；而单反相机则把拍摄的所有工作都交给了拍摄者。
  以上写了这么多，只是个人的一点心得。可能其中有很多错误的认识，还请各位善意的指正。

[ 本帖最后由 weiguo1688 于 2008-1-25 15:05 编辑 ]

tianke0023

太漂亮了，牛人， 值得学习

hwyang

很好的文章，鼓励一个！

搜星星

非常好的帖子，学习！

migandsu

好帖！！学习了！不过请问那个摄像头的目镜后放大摄影是怎么回事？是主镜+目镜+摄像头吗？摄像头的镜头还要拆掉吗？

孔方

理想的方法是使用摄像头进行投影放大
---------------------
这个指的是用摄像头做目镜后摄影？？

azhuwo

好贴啊~~~~顶咯~

HORIZON

大宝辛苦，比上次那篇写得更细致，更全面，图文并茂。顶了

weiguo1688

原帖由 migandsu 于 2008-1-25 17:14 发表
好帖！！学习了！不过请问那个摄像头的目镜后放大摄影是怎么回事？是主镜+目镜+摄像头吗？摄像头的镜头还要拆掉吗？

拆去摄像头的镜头，把摄像头放在目镜后拍摄。

weiguo1688

原帖由 孔方 于 2008-1-25 17:17 发表
理想的方法是使用摄像头进行投影放大
---------------------
这个指的是用摄像头做目镜后摄影？？

投影放大可以是巴罗镜投影，也可以是目镜投影。

orange_007

图文并茂，很好的科普教材！学习了

gwshang

太精彩了，向高手学习!

zhangheng1989

哈哈 ``
  有免费学到知识了哈``
   ```

zhangqicd

佩服！套用摄影器材版的一句话“狗头佳片”佩服！ 佩服！
现在毒贴太多！我意志力又差，幸有LZ这样的“禁毒卫士”才一次次警醒！谢！收藏学习！

午夜奔腾

厉害厉害..这个加精不为过~~~~~~

musicworm

再拜读一遍，精彩啊

黄伟

好文章,实用性很强,难得.

starcommander

真好
可那个投影到底是什么意思呢？就是直接对焦？

孔方

原帖由 weiguo1688 于 2008-1-25 17:55 发表


投影放大可以是巴罗镜投影，也可以是目镜投影。

巴罗镜投影？和接巴罗镜后直焦有什么区别？

目镜投影的意思是和投影法观测太阳黑子一个意思？

不好意思，我比较笨

weiguo1688

原帖由 starcommander 于 2008-1-25 21:12 发表
真好
可那个投影到底是什么意思呢？就是直接对焦？

其实，这个很好理解。好比在观测太阳黑子的时候，我们可以在望远镜的目镜后放置一个投影屏，目镜可以在屏上投射一个太阳的实像。我们可以把投影屏换成CCD，这就是目镜投影拍摄。投影的特点是CCD离目镜越远，成的像就越大。这就是放大投影。