在大自然的天地万物中,有着许多令人赞叹的形与色。在过去,许多都是透过绘画及文字记述的方式,将那些美景给记录下来。而当到了十九世纪时因摄影技术的发明,而有所了改变。开始透过摄影的技巧,将许多美不胜收的自然美景给记录了下来。
而一般的自然摄影,大多集中在动物、植物、地理人文的层面,因这是最容易取到的题材。而天文摄影是自然摄影中,拍摄难度较高的一种,因为拍摄的对象是地球以外的宇宙星体,而所受到的条件影响及限制,也较为多一些。但是在浩瀚无垠的宇宙空间中,却有着许多是人类视野所不易见到的美景,必须透过摄影的方式,才能将其一一的呈现在眼前。
天文摄影的重要性
而许多的天文现象是偶发性,甚至是难得一见。由于摄影具有保存及记录的特点,透过摄影的方式,可完整而精确的记录天文现象的发生及经过,如近来的海尔.波普及百武大彗星、中秋月全食等一生难得见到的景象。让天文记录的资料更具有根据性、准确性。另外也可因对宇宙星体的意念传达,透过摄影的技巧,表现出具有艺术美感的摄影作品。
在天文摄影的领域中,因受自然间本有的条件影响,如地球自转及星体的暗淡。以及天文现象与星体的特性不同,或是个人所想表达独特的意境,基本可分为固定摄影及追踪摄影两种,其中又可细分为连续曝光摄影、直焦摄影及扩大摄影三种。而每一种摄影方式,可对天文景象作不同角度的表达,也让天文景象的记录有着特别的意义。
天文摄影的几本概念
天文摄影中最基本的是星野摄影,但确是占了极大的重要性,而其主要是拍摄星座、星云、星团,或是特殊的天体像新星、小行星、彗星。在深入了解之前,先必须知道几个基本的概念。
(一) 星野摄影的重要
过去的星体资料,全是由人工用肉眼观测来手绘而成,但容易受人为主观的影响,造成资料的误差及精确度。透过星野摄影所拍得的照片,可完整而精确的记录各星体的位置及变化,于是天文学家利用星野照片的资料,重新编撰正确的星图、星表,也使许多肉眼不易或无法看见的星云、星团,以及冥王星、小行星、彗星的发现,在此时是一一的被发现,也显露出星野摄影的重要性。
(二) 星野摄影的特异之处
因受地球由西向东自转的关系,天上的日、月、星一直不停的由东向西移动,而星野摄影所拍摄的对象大多是亮度黯淡的星体,所以必须经过长时间的曝光,另外还需要特殊的器材来辅助(如赤道仪),以及准确追踪星体的能力,是一般摄影中所见不到的。
(三) 赤道仪追踪原理及构造
由刚刚所提地球自转运动的关系,若直接对星体做长时间的曝光,所有星体将会因此呈现长条状,而非点状的星体。为解决此一问题,就需要赤道仪来解决这样的问题。赤道仪的设计上有两根旋转的轴,一根称极轴,又称赤经轴;另一根称赤纬轴,使其对准星体在天球上处在的纬度位置。赤道仪的使用原理,就是将极轴对准天球的北极点,就与地球的自转轴平行,利用赤经轴的马达运转,可和地球自转运动相同,与星体的移动同步移动。
天文摄影的器材
因为天文摄影的对象,是既遥远,而又小又暗,所以在使用器材上的要求,就较为繁复些。但为了能摄得好的作品,这些器材确是缺一不可。
相 机
必须选择有B快门的相机,可做长时间的曝光。最好的是机械式的单眼相机为佳,因为可省去在长时间曝光时,突然没电、低温当机及测光表漏光所造成的困扰,而且还耐低温、好保养及可换接各焦距的镜头或望远镜。
软 片
因为星体的光线暗淡,为缩短曝光的时间,大多是使用高感度的胶卷,但高感度胶卷的缺点是粒子太粗,使的成像品质不够细腻。经过多次试用各式高感度胶卷中,目前粒子细度表现佳的,为富士Super G-800.400 ACE胶卷。而高感度胶卷适用于星云、星团、星系及星野等摄影。相对低感度胶卷的粒子细,成像品质较细腻,但不适合做长时间曝光的星野摄影,因为曝光时间相对增长许多,但却非常适合用在做月球表面及行星的扩大摄影,因为这些星体的亮度较亮,曝光时间不需太长,而且成像品质较佳。
而另外一个可提高胶卷感度,但是粒子不会变粗的方式,那就是运用氢气增感,来提高胶卷的感度。对这需要一些器具及技术,并不是一般人会做,但在国内已有代客增感的服务。
镜 头
星野摄影所使用的镜头,重于要求大光圈及高品质的成像。高品质的镜头,可使星点清晰锐利,而且原色重现,不致有像差及色差得出现,这些关系会因镜头镜片的材质、镀膜及毛胚研磨的好坏,有绝对的关系。而大光圈则可吸收较多的星光,除了可缩短拍摄的时间,还可拍摄到较多较暗的星体。
使用不同焦距的镜头,在视野范围及放大率也都不同,在此以135相机为准,显示各焦距的镜头所适合拍摄的对象:
1. 28mm以下的广角镜头:全天星野摄影、银河全貌、大范围星座的摄影。
2. 35mm至50mm:各式普通的星座,如天蝎座、人马座、猎户座等。
3. 85mm至300mm:拍摄较亮或面积较大的星云、星团,如金牛座M45昴宿星团、仙女座M31大星系、天鹅 座NGC7000北美洲星云等。
4. 300mm以上:拍摄较小,亮度暗的星体,如金牛座M1蟹状星云、猎犬座M51蜗牛星系等。
天文望远镜
除了利用镜头拍摄星野之外,另一个最好的工具,那就是天文望远镜。因为天文望远镜的最大优点就是口径较镜头大,焦距也较长,可拍摄的天体对象也更为广泛了。因为光学系统在解像力的表现,是口径越大越佳,因为集光力较强,可将星体的细节给拍摄出来;另外焦距也较长,可将星体放大的倍率给提高。目前在市上有几种光学系统,而其特性也都不同,请见下表:
折射式:保养容易,解析力强,拍摄出的星点锐利,非常适合做月面及行星的扩大摄影。其缺点为有色差,短焦的折射镜有周边像差的现象,但这些缺点现已可解决。口径无法做太大,成本也较高。
反射式:成本低,可做较大的口径,适合做星云、星团的摄影。其缺点是光轴需常调整,反射镜面镀膜易氧化,保养较为繁复。另外还有彗形像差,但这也可已技术克服。
折反射式:就是结合折射式及反射式两者,但基本结构和反射式相近。其特点是镜筒短,焦距长,口径也大,但比较不适合用于摄影,较适合用于观测,或是接上CCD做系外银河及行星观测。
赤道仪
先前已有提过赤道仪的原理,以及在做星野摄影时的实用性。而现在赤道仪的形式,有德式(German)、叉式(Fork),这是目前使用率最高的赤道仪形式,但最适合用于星野摄影的为德式赤道仪为佳。
其它附件
快门线、相机接环(T-mount)、摄影接管、自由云台、怀炉(预防镜头结露)、备用电池或电瓶、星图、手表或定时器、记录纸、笔、稳固的三脚架及备用的胶卷,另外还有导星配备。
天文摄影的方式及特性
当一切都有了准备,可事先做好规画,选择要拍摄的星体及方式,到一个无光害影响、大气稳定及透明度佳的地点,就能拍出理想的天文照片。在拍摄地点及时间的选择,也都非常重要。地点目前都是选择一些高山地区,如合欢山、大雪山及梨山等,因为受光害的影响最小,而且透明度及大气状况稳定,也较适合做天文摄影。 以下列出各种星野摄影的方式,以及其特点和适合的天象,以供各位在做星野摄影前的准备参考 :
固定摄影
就是将相机固定在三脚架上,不利用赤道仪追踪摄影,将星点拍摄成线条状。接上标准或是广角镜头,快门开至B快门,装上快门线,焦距调至(∞)无限远,光圈依曝光时间长短选择(时间短,开到最大;时间长,略缩小几格)。在胶卷选择上是高感度胶卷。
星流迹:因地球自转的日周运动,在天球上的星体是每小时移动15度。最常拍摄的是对准北极星,经长时间曝光,可拍出如同心圆的星流迹,若在搭配地面景,颇有另一种美感。或是运用广角镜对准流星群中心,经长时间曝光,可幸运的拍摄到流星。拍摄此种照片,使用35mm?50mm的镜头较合适,因为可拍摄的范围较广。
连续重复曝光:需选择有重复曝光装置的相机。此方式适用于拍摄月全食的连续过程。先计算月球移动的角度、方向及时间,先将角度取景做好,依固定时间重复曝光,就能拍摄出一连串月食过程的照片。
追踪摄影
此时就需使用到赤道仪来做同步的追踪,如此除了将星星拍摄成点状外,还可将星云、星团、星系的颜色、云气及细部,经由长时间的曝光给拍摄出来。另外在做月面及行星的扩大摄影时,亦也非常的重要。
直焦摄影:直接将相机装上镜头或是衔接在望远镜上。依星体的大小,选择适当的焦距,以及星体的亮度,胶卷的感度,镜头光圈的大小或望远镜的焦比(望远镜焦比F=焦距mm÷口径mm)。数字小,光圈及焦比就大;数字大,光圈及焦比就小。做适当的长时间曝光,但是时间越长越好(需考虑到胶卷的倒易律效应)。同常是焦比大比焦比小的时间短;星团比星云时间短;星云比系外银河时间短;系外银河比黑暗星云及行星状星云短;但仍须依星体的亮度来做选择曝光的时间长短。若是直焦拍摄月球或太阳(需接专用滤镜)等亮度大的天体,可用低感度胶卷,并利用相机本身的测光表来选定快门速度。
扩大摄影:就是在相机与望远镜间装上目镜,提高倍率,如此可将月球(月面坑洞等)、太阳(黑子、日珥等)表面及行星面上的条纹(火星极冠、土星环、木星条纹及红斑等),或是天体的细部给拍摄清楚。因倍率提高,星体的移动速度,在视野中相对的感到加快,因此赤道仪的追踪精准度更形重要。此时亦可选择使用低感度胶卷,以提升其成像的细腻度。除月球及太阳可用测光表来选择快门速度外,其余行星或其余天体的摄影,仍须增长曝光的时间。
结 语
在国内的天文星野摄影,仍尚属极为冷门,相较邻近的日本和香港以及美国等地,天文活动确是非常的活跃,借着拍摄夜空中璀璨的星星来推广天文活动,同好间的相互交流,提升摄影的技巧。如今国内的天文科学教育馆内有丰富而完整的软硬件设备,希望能提升国内的天文风气。让看星星、拍星星也能成为一项全民的休闲活动。
仰望苍穹,点点繁星,是否唤起你**时的乐趣与梦想。当您对星空中的星座、星云及星团,有了更多一层的认识时,是不是有着想拥为已有的念头呢?其实想摘下星星、月亮,已不是一件梦想了,只要细细研究,经过几次的尝试,必会有相当多的收获。