2DARK天文志

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在介绍日食的观测和拍摄之前，先讲述一些用于观测和照相的基本器材及相关知识是必要的。

一、太阳滤光镜

图1：太阳滤光镜

除了在全食食甚前后短短的几分钟内，我们用肉眼直接观测日食才能获得好的观测效果，其他的任何情况下观测太阳都必须使用太阳滤光镜。

太阳滤光镜的主要部分——滤光片一般由金属镀膜的玻璃制成，有些则是铝制的迈拉镜。不同的太阳滤光片所能够透过光线最强的波段都是不同的：透过铝制的迈拉镜，你所看到的太阳是蓝灰色的，而金属镀膜的滤光片呈现给你的是橘黄色的太阳。

太阳滤光镜有三种类型：目镜、离轴和全孔径。

目镜型的太阳滤光镜一般用来配备小型天文望远镜，可以说这种滤光镜并不安全，最好不要在观测太阳的时候使用。因为由目镜所汇聚的太阳热量能够使得滤光片产生裂痕，太阳光通过裂痕直接照射到你的视网膜上，有可能对眼睛造成无法弥补的损伤。

离轴和全孔径型的太阳滤光镜是安全的。全孔径型的太阳滤光镜是一个前方完全被太阳滤光镜片覆盖的“帽子”，而离轴型的太阳滤光镜是一个留有小孔（太阳滤光镜片安装在小孔内）的“帽子”。

如果你使用的是离轴型的太阳滤光镜，那么在日全食食甚前后拿掉它进行拍摄的过程中要重新调焦，而全孔径型的太阳滤光镜则省去了这一麻烦。

最后，不要忘记为你望远镜的寻星镜也配上一个小型的迈拉太阳滤光镜，这样做的目的不只是保护了你的双眼，同时也保护了寻星镜的十字叉丝，使其不至于因为高温而燃烧。

二、照相机和镜头

为了进行天文摄影，你需要一台单反相机。（单反相机的光学系统中采用了一块棱镜，在这种设计下，使用者通过取景器看景物的光路和相机拍摄的光路经过的是同一块透镜。）当你摁下相机快门时，相机的镜头打开，光线通过光学系统在底片上成像。

镜头的开启时候就是底片的曝光时间，曝光时间是一个重要的拍摄参数，它的长短决定了底片感光的程度。在快门旁边所标记的1/125，1/250等字样表示的就是曝光时间为1/125和1/250秒。

另外两个重要的拍摄参数是相机的光圈和焦距。光圈衡量的是镜头开启后能够让光线通过的圆孔大小，需要注意的是，光圈越大（圆孔的直径越大），相机上的光圈的数字反而越小，比如F5.6所对应的圆孔直径其实要比F4来得小。而焦距则是像到镜头的距离，焦距的大小取决于所要拍摄景物的远近程度，你需要调焦使景物的像变得清晰。天体摄影的时候，一般将焦距调整到无穷远。

一般来说，增加曝光时间和将光圈调大一档（光圈数调小一档）的目的都是为了让照相底片更多地曝光。但它们的效果还是有区别的，增加曝光时间的一个必然结果是增大了景物或相机晃动的可能，不适合用来拍摄运动物体。而将光圈调大一档的同时却会减小相机的景深（景深用来描述在焦点前/后的多少范围内，景物仍然“清晰”），使得景物只有在焦点前后一个比较小的范围内是清晰的，超出这个范围就会变的模糊。

为了达到最佳的拍摄效果，一般要选择一个合适的曝光时间、光圈和下文即将提到的底片感光度的组合。这个组合可以通过你平时的摸索得到，也可以查阅他人的摄影资料。我们在后文提供的日食曝光时间表就是由Mark Littmann, Ken Willcox, Fred
Espenak整理得到的一份拍摄日食曝光组合的资料。

相机的镜头从广角镜到长焦镜也有很多种类，你甚至可以将望远镜的目镜和相机的镜头分别拆除，然后将望远镜目镜和相机机身对接，用望远镜的物镜来充当相机镜头。虽然有很多种不同底片规格的单反相机，但我们之后的介绍仅局限于常用的35mm底片规格。

广角镜头的焦距一般小于等于35mm，普通镜头的焦距范围为45mm到70mm，长焦镜头的焦距大于105mm，甚至可以达到500和1000mm。变焦镜头的焦距是可根据你的拍摄需要所调整的，注意变焦和我们之前所说的“调焦使景物的像变得清晰”是不同的，通过变焦，你会看到取景器中的景物有被拉近和拉远的效果。

图2：不同的焦距下拍摄得到底片上的太阳像大小。（图片版权：Fred
Espenak）

三、照相底片

平时购买胶卷的时候，可以看到包装上印有ISO100、200、400等字样。这些字样对应的是底片的感光度。感光度描述了底片对光线的敏感程度，ISO100的底片对光照的反应要迟钝一些，而ISO400的底片则对光线反应比较灵敏，所以在较强光照的情况下一般选用感光度低的底片，相反在微暗的光线下选用感光度高的底片。此外，当你需要在短时间内捕捉某个画面，或者是你需要缩短曝光时间来减少震动时，最好选用感光度高的胶卷，这样能够在较短的时间内使底片充分“曝光”，最后得到的照片依然不至于过暗。另外有一点需要注意，感光度越高的胶卷，它的分辨率就越低，用ISO400甚至更高感光度的胶卷拍摄冲洗出来的照片，看起来总是多少要比用ISO100的胶卷拍摄得到的照片来得“粗糙”一些。

用来拍摄太阳的底片有两种基本类型：负片和透明片（幻灯片）。负片的优点在于它对曝光时间的要求比较低，即使你的曝光时间长了一些，最后洗出来的照片效果或许依然是可以接受的。但透明片对曝光时间的要求则比较苛刻，时间稍长一些，底片便有可能作废。但是透明片有其更大的优点：它能够更真实地反映色彩，并且可以被直接用于播放幻灯。

尽管底片的种类有很多，但是如果把用于日常照相的普通胶卷用来拍摄日食，只要操作正确合理，同样也能够得到不错的日食照片。

四、望远镜

人们经常用下面的6个参数来衡量光学望远镜的观测能力：

1．口径（D）

口径指望远镜的有效通光直径。物镜收集星光的能力和它的面积成正比。

2．分辨角（θ）

分辨角指望远镜刚好能够分辨的两个点光源的角距。分辨角（单位弧度）和物镜口径及波长有关：

θ=1.22λ/D

目视观测最敏感的波长为0.55μm，当D用mm做单位，目视分辨角的角秒值为：

θ"=140"/D

但由于人肉眼的缺陷实际分辨角为大约2′ 。

照相观测最敏感的波长为0.44μm，当D用mm做单位，照相观测分辨角的角秒值为：

θ"=110"/D

3．放大率(G)和底片比例尺（ψ）

对于有视面（具有一定延展面积）的天体来说，若中心处于望远镜光轴方向上，边缘一点位于跟光轴成ω角的方向上，焦距F的物镜成行星半径的像AB在焦面上，从焦距f的目镜看到像的角距为ω′，那么角放大率（G）为：

但是放大率不是越大越好，它受到人眼瞳孔直径和大气扰动的限制，一般很少用250倍以上的放大率。

底片比例尺定义为1mm所对应的星空角距：

ψ=ω/AB=1/F（rad/mm）=206265"/F(mm)

4．相对口径（A）

相对口径也称为光力：A=D/F

它的倒数称为焦比，经常写为“F/焦比”。

物体所成的有视面天体的像和相对口径的平方成正比。

5．视场（2ω）

视场是你通过望远镜的目镜所看到的天空大小。假设望远镜目镜的工作视场为2ω′，而实际工作视场为2ω。那么根据角放大率的定义有：

tanω=tanω′/G

6．贯穿本领（m）

贯穿本领是望远镜所能观测到的最暗的天体所对应的极限星等m，其粗略估计为：

m=2.1+5lgD

太阳在望远镜的焦平面上所成的像完全依赖于望远镜的焦距。如果你想利用望远镜拍摄日食的特写，一般推荐使用500mm左右焦距的望远镜。通过上面所介绍的底片比例尺的定义，不难发现如果将望远镜的焦距除以110就可以得到太阳像的直径大小。对于500mm焦距的望远镜来说，像的直径大约为4.5mm。

如果将一个2x（2倍放大倍率）增倍镜来配合500mm焦距的望远镜使用，那么最终的焦距将达到1000mm，这将使得太阳像的直径同比例地增大2倍。利用望远镜拍摄日食的理想焦距范围是500到2000mm，这取决于你所想要拍摄的内容。

当太阳两边的日冕边缘差不多落在底片边缘时，所对应的焦距大约为1400mm。当焦距为2500mm时，底片大约刚好能容纳下一个完整的太阳像（不包括周围的日冕），在焦距大于2500的情况下，是无法拍摄到完整的日面的。镜头的焦距越长，价格就越昂贵，整个拍摄的系统越不稳固，你需要采用沉重的三角架来保持稳定。

五、赤道仪和时钟驱动器

我们的观测平台——地球时刻都在转动，这导致了太阳、月球和其他天体在天空中周而复始不断地运动。当你的镜头焦距大于1200mm时，为了保证拍摄的质量，最好能够采用一个带有时钟驱动器的赤道仪来跟踪太阳。这是为了固定太阳相对镜头的位置，使得底片上的太阳像保持不动。不然随着太阳的运动，不久太阳就会“逃”出相机镜头，观测的时候你将需要时不时地调整自己的望远镜让太阳重新回到相机或望远镜的视场中央中来。不仅如此，长时间曝光拍摄得到的太阳将会因为多个不同位置像的重叠而变得模糊。为了保持天体相对镜头的位置不变，时钟驱动器带动着你的望远镜缓慢地旋转，一天旋转一周。

目前市场上出售的不少望远镜配备有12伏电池驱动的时钟驱动器。电池驱动的好处在于你在观测和拍摄时不必担心交流电的来源、电压、频率等各种不稳定因素。

为了让你的望远镜能够准确地跟踪太阳，必须事先校准望远镜赤道仪的极轴。在不同地区观测的时候需要重复校准极轴，因为不同地区北天极的地平高度是不同的。

你可以在观测日食的前一天晚上来到观测地点利用北极星来校准极轴。如果你无法在观测的前一天到达观测地点，那么校准极轴的工作只能在白天进行了。这个时候你需要一个气泡量角器（bubble angle finder）和一个质量好的指南针。气泡量角器能够帮助你测量地平高度角，在大部分的五金商店都有销售。

极轴校准的具体步骤如下：

首先使用指南针来将极轴的方位角调到正北。由于地球磁极的“正北”和实际地理上的正北存在一定的“偏差”，你需要事先知道对应于观测地的这个“偏差”的大小，并在校准的时候把这个角度偏差也包含进去，这样整个望远镜极轴的校准工作就完成了。这个“偏差”可以从当地的机场获得，也可以从航空或地质图获得，你还可以轻松地在下面的网站查找得到：

www.ngdc.noaa.gov/cgi-bin/seg/gmag/fldsnth1.pl

接着，利用气泡量角器来测定极轴的地平高度，将极轴的地平高度调整到和当地纬度一致的读数。

在没有赤道仪时钟驱动器的情况下，照相的曝光时间不能过长，否则太阳在底片上所成的像会变得模糊。太阳一般每两分钟在天空中移动1/2°的距离。下面是一个在没有赤道仪时钟驱动器的情况下计算最长曝光时间的公式：

曝光时间（秒）=340/焦距（mm）

六、三角架

为了得到清晰的摄影作品，用来固定相机的三脚架是摄影爱好者们必不可少的工具。拍摄日食的时候不要使用那些小型轻便的三角架，因为拍摄的过程中你肯定会调整自己相机的曝光时间，这个时候过轻的三脚架容易产生震动，使图像移动而变得模糊。

使用三脚架的时候，不要将它的三条“腿”拉得过开，调整三脚架的高度使得自己能够舒适地完成照相观测。为了实验你的三脚架是否稳固，你可以在观测物体的同时触动或轻拍相机和三脚架的支架，如果你的三脚架合格，那么在这个时候你所看到的图像震动应该是非常微小并能够立即消失的。

如果你的三脚架不够重，将重物悬挂在支架的中央来增加重量保持稳定也是一个不错的办法。

七、快门线和外接取景器

因为需要长时间曝光，所以应在照相机上接快门线来控制曝光，使用快门线可以实现相机T门、B门的曝光方式，这是天文摄影所必须的。所谓B门，也称为手控快门，是指按下快门时，快门打开，开始曝光，松开快门，快门关闭即停止曝光。也就是说，B门是由快门按下时间的长短来决定每一次曝光时间。所谓T门，是指按下快门按钮快门打开，开始曝光，而且快门持续打开，直至再次按下按钮时快门关闭即停止曝光。T门与B门在功能上比较接近，由于T门无需一直按住快门按钮，即可使快门持续打开，因此T门比B门使用方便一些。用快门线还可以防止手按快门钮时造成的照相机晃动。

外接取景器是一个安装在相机内部取景器旁边的一小块棱镜或目镜。你自己也可以制作一个简易的外接取景器：将细铁丝弯折成一个方框，接在相机取景器上方并和相机内部取景器的光轴保持平行。方框的大小和形状按照如下方法确定：当你通过固定在相机上的方框（必须和内部取景器光轴保持平行）看前方景物时，看到的内容要和从内部取景器中看到的大致相同。外接取景器的好处在于方便了使用者进行取景。假设你所要拍摄的对象位于天顶附近，那么相机的镜头就必须抬得很高，这个时候你不得不趴着甚至躺在地上才能通过相机的内部取景器来取景。如果有一个接在相机上方外接取景器，那么你大可以不必采取这种痛苦的姿势。