天文摄影

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天文摄影（Astrophotography）为一特殊的摄影方法，用于记录各种天体和天象，月球、行星、彗星甚至星云与星系等。天文摄影不一定要在夜间进行，一些特殊的天象如日食就需在日间拍摄。所需的器材因拍摄对象而异，简单到一只手机，复杂到连接到望远镜的冷却相机，都可进行拍摄。除了天文台，全球有数量庞大之天文爱好者积极投入这活动，甚至视之为兴趣。

一幅成功之天文摄影照片具有一定的欣赏价值，部分作品更可用作科学研究。例如流星雨照片可供天文学家推算出流星雨辐射点的准确位置，部分超新星爆炸甚至记录在感光板上多年方由学者辨认出来。

## 历史

约翰·威廉·杜雷伯在1840年使用银版摄影法拍摄月球，成为历史上首张天文照片。其子亨利·杜雷伯在1880年拍摄猎户座大星云。成为历史上第一张深空天体照片。

## 特点

### 客观性

在天文摄影出现前，目视描绘成为文字描述以外唯一的记录方法。可是描绘存在主观性的缺点。同一观测对象，不同的人描绘会得出相去甚远的结果。而天文摄影客观性较高。此外它可同时间记录天体多项资料，包括光度、颜色等资料。

### 增强暗弱天体观测

过去的观测只能靠肉眼与望远镜达成。可是仍有极大量的天体不为肉眼所见，部分是由于极为暗淡的关系，另一原因是肉眼无法看到可见光谱以外的电磁波。针对前者可通过长时间曝光，来自暗淡天体的光线可以累积在感光元件（传统底片或电荷耦合元件）上。一般而言，曝光时间愈长，能记录到的暗淡愈多天体愈多。至于要拍下可见光谱以外的电磁波，通过特别的感光材料，就可以把天体的各种辐射记录下来。以不同波长拍摄同一天体，可观测到该天体的各种细节。

### 与日常摄影的分别

由于拍摄的对象大多十分暗淡，天文摄影需要较长曝光时间。此外拍摄地点的选择十分重要。在光害严重的都市进行天文摄影会倍添困难，拍出来的效果不会太理想。天文爱好者会到远离都市的地点如高山进行拍摄。天气是能否进行拍摄的一大因素。薄雾和云层都足以令拍摄无法进行。即使气象部门能预测天气状况，也无法或不会预测云量的变化。温度对器材和拍摄者都有影响，低温会令电池的电量提早耗尽，影响相机操作；长时间暴露于冷空气中亦足以冻伤拍摄者。

拍摄过程中可能会使用到特殊器材。但就相机的性能要求而言，天文摄影对相机的性能要求比日常摄影要低得多。

天文摄影可以是一项对体力和知识的挑战。天文摄影往往在夜间进行，而且长时间熬夜。器材搬运是另一项艰钜的事。部分器材如天文望远镜往往不轻，而且拍摄地点因远离光害，需选择偏远地点，交通工具未必能直达。拍摄者可能要驾车到拍摄地点附近再搬运器材。要拍摄天文照片，拍摄者本身需要一定的天文知识。例如要熟知拍摄天体的位置与出没情况，和拍摄的方法。

目标定得太高往往是失败的源头，特别是拍摄者本身没有所需的知识和技术；期望过高往往是放弃的原因，特别是拍摄者本身对照片作出不设实际的幻想；但成功的喜悦却无可比摸拟。

## 天文摄影的方法

拍摄天文照片的方法因题材而异，不一而足，但可归为三大类：固定摄影、追踪摄影和放大摄影。

### 固定摄影(Fixed tripod method)

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固定摄影可说是最简单的天文摄影方法，不需要望远镜，基本上只需要一台相机和三脚架。有时会用快门绳。大部分的相机都可作固定摄影，重要的是相机可以作较长时间的曝光（1秒以上）。其中以具有B快门的135单反相机最为合适，若配合快门绳（而且是按下时可自动锁上的）的话可以作数以小时计的曝光。部分单反相机在没有电池的情况下B快门都可操作。在数以小时计的曝光期间，使用电子快门的相机会消耗相当的电量。若电源耗尽的话，快门会关掉，曝光中止。至于一般数码相机的最慢快门只有数秒至一分钟，可以拍摄一些星座照片。若要拍摄星迹的话，单反相机会比较合适。

相机性能要求不高。测光表、自动对焦、自动曝光和自动过片等功能都不需要。当然，拍摄日食时这些功能还是需要的。但一般拍摄对象如星座、星迹和流星雨时，这些功能没有用得着的地方。

几乎所有的单反相机都可转换镜头，可视拍摄目的转换镜头。只要镜头的光圈不要太小即可。镜头的焦距数值愈小，视野愈广，能拍摄到的天区范围愈大。有些人建议新手使用标准镜头，因为其价钱一般都较便宜，而且质素普遍不俗。定焦镜头的光学质素一般都较变焦镜头为佳。

拍摄时，先把相机固定在三脚架上，对焦时请确保焦点在无限远（镜头上标记为∞）。需注意的是部分自动对焦镜头的无限远标记与真实的无限远位置不符。快门调至B，对着要拍摄的天区，按下快门曝光即可。

固定摄影有许多的可拍对象，星座、星迹、日、月蚀、流星甚至是极光和都可以用固定方法拍摄。

以固定摄影拍摄明亮的行星和星座，只需要5至30秒的曝光即可。拍摄时请把镜头的光圈开至最大（或收细一级），镜头由鱼眼镜至标准镜头皆可。若环境许可的话，可尝试以ISO 800、1600甚至是3200拍摄。数码相机用家可在正式拍摄前试拍一张照片观其效果，接着以不同的曝光组合拍摄。由于于星空不停由东向西转动，若要保持恒星呈点状，就必须限制曝光时间。

### 追踪摄影

由于地球本身的自转产生了天体的周日视运动。当相机固定曝光时间长到一定程度时不能形成清晰的星点。赤道仪通过与地球自转的相反方向旋转而抵消周日视运动。

追踪放大摄影（高倍拍摄星云、彗星等）一般需要导星，这是一项与对焦并称为天文摄影两大难点的技术。它一般需要有一个比摄影焦距长的镜头，通过检测整镜头内的星点，使被导的星始终在视场内同一点，从而可以准确地抵消周日视运动，拍出完美的照片。

### 放大摄影

使用极长的有效焦距以放大望远镜成像，通常用于月面、行星与太阳摄影，由于这些天体的细节需要较高的放大倍率才能清晰显示，使用长焦距望远镜能将天体的细微结构更清楚地呈现。除望远镜与赤道仪，通常所需装备与方法如下：

#### 行星相机

行星相机通常接于望远镜上，并利用行星相机的小感光元件与望远镜合成极长的等效焦距以拍摄极小的天体目标。

#### 巴罗镜

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巴罗镜用于延长望远镜的焦距，提升影像放大倍率。

#### 录影叠图法与后制处理

录影叠图法，又称“幸运成像法”，以录影方式在短时间大量拍摄天体影像，以改善大气扰动对天体影像的影响，并利用叠加处理软件如RegiStax或AutoStakkert等软件进行叠合处理，以获得更加清晰的行星或月面影像。

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- 使用反射式望远镜与行星相机拍摄的土星

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- 使用施密特-卡塞格林与行星相机拍摄的木星

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- 透过单反相机与望远镜拍摄的火星

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- 使用施密特-卡塞格林与行星相机拍摄的金星

## 器材

### 相机

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目前用于天文摄影的相机主要分为两大类，第一是数码相机，如单反相机、无反相机等等，第二则是天文摄影专用的冷却相机，而目前使用数码相机做天文摄影的人居多。

#### 数码相机

在现代的天文摄影中，数码相机已成为主流工具，其性能与技术持续进步，广泛应用于拍摄星空、深空天体及其他天文现象。在过去，单反相机曾长期占据主导地位。然而，随着无反相机的发展，许多新型机种在体积、操作便利性及感光性能上已逐渐追赶甚至超越传统单反相机，成为热门选择。除了全片幅感光元件，其他影像感测器规格如APS-C系统、中片幅相机也常被采用于天文摄影。

#### 冷却相机

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冷却相机是一种用于天文摄影的特殊相机。由于感光元件在长时间曝光下会产生暗电流，降低影像品质。冷却相机透过降低感光元件温度，减少暗电流，提升影像品质。专业天文台多用液态氮冷却感光元件，业余的冷却相机则常使用单或多级热电冷却装置。市面上冷却相机的感光元件尺寸、像素数量都各有不同。

### 赤道仪

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赤道仪是一种抵销地球自转的仪器，用于追踪天体运动。它以地球的自转轴为基准设计，包含赤经轴和赤纬轴，能对准天体并抵销地球自转并进行跟踪。赤道仪适合长时间观测星体与曝光以拍摄清晰的星空影像。其类型主要分为德式赤道仪与叉式赤道仪。

### 天文望远镜

天文望远镜提供的焦距范围从几百毫米到数千毫米不等，根据光学设计的不同，可满足各种观测与摄影需求。其类型主要分为以下几种：

#### 折射式望远镜

折射式望远镜利用透镜作为主光学元件，光线经透镜折射后聚焦。折射望远镜结构简单、成像清晰，适合观测月球、行星等细节鲜明的目标，但大口径设计成本较高，且可能出现色差。

#### 反射式望远镜

反射式望远镜使用凹面镜作为主镜，通过反射光线将其聚焦。反射望远镜消除了色差，并能以较低成本实现大口径设计，适合深空天体的观测和摄影，例如星云和星系。常见类型包括牛顿式望远镜（Newtonian Reflector）、卡塞格林式望远镜（Cassegrain Reflector）、杜布森式望远镜（Dobsonian Telescope）等。

#### 折反射式望远镜

结合折射与反射设计，利用透镜与反射镜组合来修正像差和色差，提供更优质的成像效果。常见的类型包括施密特-卡塞格林（Schmidt-Cassegrain）和马克苏托夫-卡塞格林（Maksutov-Cassegrain）望远镜。

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- 一款高桥的TSA-102S折射式望远镜

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- 一款Sky Watcher的反射式望远镜

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- 一款马克苏托夫-卡塞格林式望远镜

## 外部链接

- 香港太空馆 天文摄影
- Astrophotography By Jerry Lodriguss