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标  题: [转录]  观测漫谈
发信站: 东华大学(东方小城) (Sun Aug 31 23:48:41 2003)
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观  测  漫  谈
                                                                                         Astro Wu

                常常接触许多欲购买天文望远镜的人， 他们的条件大多是：我想买
        一台能拍出很漂亮照片的那种望远镜。 不错，拍一张漂亮的星云、壮阔的星
        团的确让人很有成就感， 但曾几何时，我们的天文风气已经变成以拍漂亮照
        片为主了？大部份的同好一架好望远镜就猛拍个不停， 到底真实的天空是什
        麽样子、照片中有哪些资讯、如何用我们的眼睛去观测宇宙中最细致的秘密
        、如何让我们望远镜的功能发挥到极致， 除了拍漂亮照片以外，做些与天文
        更有直接关连的事？这是我的省思， 也是写这一系列零碎文字的原动力。就
        从望远镜谈起吧！

一、望远镜的放大倍率

                简单说， 望远镜的放大倍率就是物镜口径除以目镜射出影像光束的
        直径， 即射出瞳径（ exit pupil ），最直接的计算法：物镜焦距除以目镜
        焦距。 对每一架望远镜而言，都有一个最低有效倍率，因为人的瞳孔在夜间
        全开的状态下，最大可至 5 ～ 8 mm ，也就是说，若放大倍率低於望远镜口
        径 (mm) 的 1/5 ～ 1/8 ， 则射出瞳径将大於人的瞳孔，多馀的光也就完全
        损失掉了。 决定最高有效倍率的因素除了望远镜的口径之外，大气的稳定度
        也极重要， 一般来说，最好不要超过口径 (mm) 的 20 倍，即使您的望远镜
        口径再大， 也别使用 400 ～ 500 倍以上的倍率，如果您有超过这个倍数的
        目镜，我的建议是：将它送给有长焦望远镜的人，或留著等到在太空中用。

二、望远镜的视野

        搜寻彗星与新星的人都希望有一架广视野的望远镜， 它要具有大口径，以
        收集足够的光线， 又要有能将大□围天空集中在一起的短焦距，这两者的
        合体就是指短焦比望远镜。

        入射光在进入短焦比望远镜的物镜後， 以很大的角度折射（或反射），要
        将这些光线完全承接并转为平行光射出， 这样的目镜在设计与制造上相当
        困难。 许多彗星搜寻者使用较贵的 Or 或 Possol 、 Er 目镜，虽然贵，
        但也相当值得。

        当然， 物镜的焦比也是有限制的，焦长与口径比在 F/4 甚至 F/3 以下者
        会产生严重像差，但相机镜头不都有 F/2 、 F/1.4 或 F/1.2 的光圈吗？
        别忘了， 相机镜头通常由多群多枚镜片所组成，有效地修正了这些像差，
        而且这些镜片都不大，所以价格也还不致於高得离谱。

三、望远镜的极限星等

        你的望远镜能看到几等星？这取决於许多因素： 望远镜口径、天空品质、
        放大倍率、目镜种类、望远镜型式、观测者的经验 ....  等等（有关极限
        星等细节将另辟专文讨论）。

        无疑地， 口径是最重要的因素，望远镜的集光力与口径的平方成正比，口
        径越大，集光力越强，也能看到越暗的天体。

        大气是一种非常复杂的光学介质， 它的稳定度每夜、甚至每一分钟都不同
        ，即使在极稳定的状态下，垂直穿透大气的星光在到达海平面前约有 1/4
        被吸收掉了， 而且越偏离天顶，这种吸收越严重，到地平线附近，我们就
        只能看到１等星而已了。

        在大气稳定的夜晚， 假如雾气降低天顶一个星等的光度，那麽在地平面附
        近大概就看不到星星了， 因为在仰角３０度的方向，星光要穿过比天顶方
        向厚两倍的大气， 减光约２．５个星等，仰角１４．５度的方向大气厚四
        倍， 减光５个星等，大气透明度在此以下便急速降低。因此我要建议您，
        在大气不稳定的夜晚， 只做天顶附近的观测就够了。精确地说，大气厚度
        正比於ＳＥＣ ( 与天顶之夹角 ) ， 但是有经验的彗星搜寻者依然必须在
        地平线附近进行他们的工作。

        视相（ seeing ）是个很难定义的名词， 它是指大气的宁静度，通常可以
        用已精密对焦的恒星来检验， 混乱的大气会使原本应该如针点般的星像变
        成直径数秒的盘面并扭曲晃动。 要从天空背景中检出黯淡的星点时，良好
        的视相是相当重要的。 此外，光害的影响也应尽量避免，如城市中的人为
        光源、月光、甚至极光。 顶尖的新星及彗星搜寻者通常选择离开都市一段
        距离的地方去进行他们的观测。

        由於人的瞳孔感光效率在中央最高， 边缘较差，所以倍率越高，相对地对
        瞳孔的接收效率也越高； 举个实际的例子来说，同样 20cm 口径的望远镜
        ， 300 倍所能看到的最暗星等要比 60 倍来得高。 像 Or 或 Possol  、
        Er 等高级的目镜通常由四、五片以上分离的透镜所组成，但是若镜片没有
        做良好的抗反射镀膜处理， 则空气与镜片接触面的反射会使你的目镜损失
        相当多的光， 结果甚至比不上一个具有优秀镀膜的普通目镜，许多廉价的
        Or 目镜便是如此；  其他诸如，  眼镜、使用滤镜或透过玻璃窗进行观测
        .... ，每一个因素都会大幅降低你的极限星等。

        折射镜的物镜通常由两枚以上镜片所组成， 同样会因反射而损失光线的透
        过率， 但这并不代表反射镜就比较好，因为反射镜的二次镜会阻挡部份入
        射光，甚至更糟：它还会散射光线。

        有些人的确可以看见比较暗的星体， 撇开视觉的敏锐程度不同以外，经验
        与耐心是更重要的因素；据估计， 6 秒钟的观测与 60 秒的观测，其极限
        星等至少差半个星等。 因此我要说：耐心，是一个优秀的观测者所不可或
        缺的基本能力。


四、双筒望远镜

                在二次大战期间， 为了因应各种场合的侦测，大口径双筒望远镜的
        生产量大增，军用望远镜从 6 x 30 (6 倍，口径 30mm) 一跃而至 25 x 150
        ， 甚至更大，这些残留下来的望远镜在市场上颇受天文爱好者的青睐，而且
        有许多人开始自己制作双筒望远镜，最大的达到 61 cm ，是由两个反射镜筒
        所组成的怪物， 在经过细心的设计後，两个镜筒的焦点合并至相邻的位置以
        利双眼观测。 可别小看双筒望远镜，要经过两个平行的光学系统将光线导入
        双眼中可不是件简单的事。首先，人的双眼距离仅 5 ～ 7 cm ，而两物镜的
        中心距必定大於这个距离，於是我们必须运用□镜、反射镜?
                既然如此又为何要用双筒镜观测呢？最明显的理由便是： 舒适。长
        时间闭著一只眼观测极不舒适也不方便， 另一个更重要的理由是，以双眼观
        测能比单眼看到更暗的星体，理论上可提高极限星等 0.4 等，当然，你可能
        认为，只要将口径增加 19 % 便可达到相同的效果，但价格可能会增加 50 %
        以上，相较之下，相信任何人都会选择双筒镜的。

                对某些工作来说， 例如搜寻银河中的新星，一具好的双筒望远镜是
        绰绰有馀的， 太大口径反而会使你所看见的星远超过你所能记忆的□围。著
        名的新星搜寻者 Kenneth Bechmann 的爱机便是他的 10 x 50 双筒望远镜。

                但是大口径双筒望远镜在彗星的搜寻上却屡建奇功。 就以 1985 年
        以後来说， 至少有六个例子是大口径双筒望远镜的功劳： Machholz 以他自
        制的 27 x 127 发现了两颗彗星 ( 其造价低於一万台币!) ； Yanaka  使用
        25 x 150 双筒在三个晚上发现了两个彗星； Terasako 的 20 x 120 发现一
        颗；同样是用 12cm 双筒的 Ichimura 也发现了一颗。


五、架台

                架台的种类相当多， 天文望远镜与大型双筒镜需要的是一部稳固的
        架台， 至於赤道仪或经纬仪，则要视实际使用的需要。通常我建议爱好者选
        择具有追踪马达、精确刻度环， 甚至数位式赤经纬显示器的赤道仪，以便於
        星体的找寻与观测。 现在已有一些赤道仪连极轴都不需要精确校正也可做追
        踪， 经纬仪式双轴追踪系统近已问市，天体自动导入系统也已是某些赤道仪
        的标准配备， 这些仪器的便利性自然不在话下，但当使用这些功能的同时，
        你也必须负担它们的各种缺点与高故障率， 更重要的，你已失去了自己动手
        的乐趣与成就感，这种感觉是无可取代的。

                赤道仪也有许多种， 各有各的优缺点：叉式赤道仪易於平衡，但是
        在对南、北地平子午线附近的观测有死角； 德式赤道仪的精确平衡对其功能
        的发挥十分重要； 转动平滑的 Dobsonians 也可以做追踪的工作，但却很复
        杂。 总而言之，选择何种赤道仪要看搭配何种望远镜与使用者个人的偏好而
        定。

                许多成功的彗星搜寻者， 他们使用的则是最简单的经纬仪，因为他
        们需要垂直、水平地巡视天空， 所以，你也许不一定需要一部赤道仪。但使
        用经纬仪观测变星、行星、太阳 .... 等天体时便会遭遇很大的不便， 因为
        每隔几分钟你就必须转动两个轴， 使目标重新回到视野中，不过这并不是致
        命的缺点，许多新式的架台都解决了这个问题（另文介绍）。


六、滤镜

                我住在新店与三峡交界的山区， 这里已算是市郊了，尽管我相信我
        有一双锐利的眼睛，但在天顶所能看见最暗的星也不过 5 等而已，是光害限
        制了我的极限星等。

                常有人问我： 滤镜真的有用吗？这个问题可以分为两部份来考虑，
        一是光害的来源， 二是星体本身的发光特性。首先让我们来看看天空的颜色
        ， 常至山上观测的同好都知道，在没有光害的地方，当有月光的时候，天空
        其实是深蓝色的， 只是这蓝色非常非常微弱而看来像是全黑的，这个时候，
        使用 KodakWratten 4 或 8 之类浅黄色的滤镜能阻隔蓝、紫色光而不会对恒
        星或彗星等的亮度影响太多。

                当天空被紫绿色的水银灯照亮时， 这些滤镜虽可过滤紫色的部份，
        对绿光却无可奈何， 你必须选用更深的黄色或橘色滤镜，但是人眼对红色与
        橘色光却相当迟顿， LUMICON 出产了一种名为″ Deep Sky ″的滤镜，它可
        以滤去水银灯的紫光至钠灯（特别是低压钠灯）的黄光， 但似乎对摄影比较
        有效， 理想的滤镜应该只滤去这些灯光的光线，很窄的波段，这样的滤镜需
        要特制，且价格昂贵，对观测者来说的确是个坏消息。

                但也有些好消息， 当彗星的彗发开始散开时，它某些波长的光度会
        突然升高， 在接近太阳时，由碳蒸汽所发射的灰绿色光成为最强的幅射光（
        一般称 Swan band ）， 这时特殊的碳光滤镜就相当有效了，  LUMICON  与
        KENKO 等均有生产此类滤镜， Kodak Wratten 60 也可选择。

                新星或超新星在爆炸後不久， 特别是 TYPE 2 ，高温的氢与离子态
        的氮会发出强烈的深红色光（Ｈα）， 此外，隐藏在星际尘云後方的恒星，
        都会稍微偏红， 可惜人的视觉对红色极不敏锐，但假如你有足够大的口径，
        加上深红色的滤镜， 可以得到意想不到的效果，像 Wratten 29 这一类的滤
        镜， 将使新星或超新星明显许多，当你透过这些滤镜看新星、超新星时，其
        他恒星减弱的程度会远超过它们。

                滤镜的确可以提高我们观测的效果， 但不及在摄影上那麽明显。在
        目镜的末端都设计有可旋入玻璃滤镜的螺纹， 你可以因应不同需求装上不同
        的滤镜。另一个较经济的方法是购买所需号数的 Wratten 胶片，剪裁成适当
        的尺寸贴於目镜末端。
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