深空天体观测设备笔记

一、观测设备

小型双筒望远镜

双筒镜也是一个必备的辅助观测器具,一般用作定位。寻星的观测顺序一般是:星图——肉眼——双筒镜——Telrad一倍寻星镜——单筒镜的寻星镜——单筒镜的目镜。双筒望远镜的几个参数分别为:放大率和口径、出瞳、视距、视场、瞳间距、棱镜类型、镀膜。

放大率和口径(Magnification and aperture):所有的双筒望远镜都以两个彼此相乘的数为名,例如7x35或者10x50,乘号前面的数字即为放大率,而后面的数字则为他的口径(单位:mm)。根据简单的光学知识可以得出放大倍率越高对稳定性要求越高。一般大于10倍放大率就要一个三脚架支撑以防止抖动使得观测目标不清晰。物镜的口径也将决定吸收多少光子,一般与口径数字的平方成正比。例如50mm口径的望远镜和25mm的望远镜,收集星光的能力前者是后者的四倍左右。

出瞳(pupil):口径除以放大率得到的数值就是出瞳,理想的出瞳数值应该不小于你瞳孔的最大可能直径,一般年轻人的瞳孔数值在7mm左右,中年人会更短。

**视距(eye relief)**:瞳孔应与目镜的外表面相距多大的距离。标准的双筒镜视距一般从几毫米到20mm不等,戴眼镜应该要选择视距较长的双筒镜。

**视场(FoV)**:通过双筒镜看到的视野的直径以角度来标示的话就是视场,目镜类型和焦距都是决定FoV的重要因素。一般偏宽的视场对于观测是有帮助的,但是如果太宽则会影响,这取决于器材的光学几何形态。对于放大率7——8倍的双筒镜来说,视场在6.5°——8.5°比较好一些。10倍放大率则5.0°——7.0°比较合适。当然有的器材有更复杂的目镜设计,就可以兼容更大的视场。FoV和放大率其实是成反相关关系的。

FoV的计算:
$$
f=wL/W   f=hL/H
$$

f:镜头焦距 w:图象的宽度(被摄物体在ccd靶面上成象宽度)  
W:被摄物体宽度
L:被摄物体至镜头的距离  
h:图象高度(被摄物体在ccd靶面上成像高度)视场(摄取场景)高度 
H:被摄物体的高度

瞳间距(Interpupilary distance):一般双筒的瞳间距都是可以调整的,距离在60mm——75mm之间。

棱镜类型(Prism Type):常见的棱镜类型有两种:Porro和Roof,一般天文观测用Porro更好,因为其透光率更高。

镀膜(Coatings):光学器件间不可避免地反射会降低光线通过率,降低成像的对比度,因此透镜和棱镜上加装镀膜是很有必要的。一般镀膜的种类也分好几种:

​ 基本镀膜:仅物镜和目镜外围有镀膜,这种属于玩具级别的

​ 全镀膜:器材光路中所有的光学表面上都存在镀膜,这种是最基本的镀膜形态,在超市中常见的双筒基本都是这种类型。

​ 多层镀膜:指一部分光学表面上做过多层的镀膜,通常在物镜和目镜上。其他的地方也应该有单层基本的全镀膜

​ 全多层镀膜:顾名思义。

顶级的镀膜成本十分高昂,甚至高于了棱镜的成本。也不能通过镀膜反射光的颜色就能区分质量的好坏。如果一家制造商只顾着拿”我们的双筒镜全部是多层镀膜“这种噱头来做宣传而不愿意提及其他,那么这些镀膜也可能是以山寨的方式草草完成的,但是不至于不能用。更便宜的镀膜则多来自于中国。不要轻信那些奇怪的”红宝石镀膜”这些奇怪的噱头。

购买指南:在低于250美元的价格内,付出两倍的价格就可以得到光学品质和机械品质的明显提升,但是其他方面不会有什么变化。在300美元以上这种边际效益会下降。经济紧张可以直接买便宜的,7x35是比较优质的选择。在相同价位上总是比7x50或者10x50好。

在75——250美元内有不少型号能选择,Bausch & Lomb、Celestron、Minolta、Nikon、Olympus、Orion、Pentax、ProOptic、Swift这类都比较好,在这个价格段的低端,Orion的7x50或者10x50 Scenix很不错,而在高端,Orion Vista 7x50·8x42·10x50非常不错,而且不亚于Celestron的Ultima系列。

250——500美元内,中高端可以选择Alderblick、Celestron、Fujinon、Nikon、Pentax、Steiner这些牌子。

500美元以上,Leitz、Fujinon、Swarovski、Zeiss这些牌子就已经到头了。

但是便宜也不意味着没好货,这点需要格外注意。

关于佳能的稳像望远镜(通过电子技术辅正视像)有两种说法,一种认为它其实不太适合天文观测,口径出瞳都比较小,而且其电子稳像功能带来的视觉效果有些怪。如果追求视觉稳定性可以去买一个脚架比较好。另一种说法则认为在野外观测如果使用这种稳像望远镜则可以不用酸着脖子一直盯着。至于如何挑选就看各位体力和耐力如何了,因为野外观测确实很累很累。

单筒望远镜

大部分爱好者都会选择道格步森式望远镜或者施密特·卡塞格林式望远镜,两种望远镜更有优劣。更多的教程应该在网上有。(另附:在www.Skyandtelescope.com/resources/organizations 可以搜索世界各地的天文俱乐部)

道格步森式望远镜最大的有点就是性价比高,6英寸口径的道格步森式价格大概在250——350美元之间,近年也有8英寸取代6英寸的趋势,前者也仅仅贵了50——100美元,重量和整体大小也差不多。也有人认为入门的主流望远镜口径在10——12英寸。它们的价格分别为450——750美元以及800——1200美元。

道格布森式镜的优点

支架稳定。且采用地平坐标装置,也就是说其所指向的方位是按照“方位角”(左右)和“高度角”(俯仰)来调整的,对于新手来说比赤道坐标的装置更加直观。

绝大多数道格步森式镜的焦距较短,焦比较小,使其拥有较大的FoV。使用2英寸目镜的时候,10英寸口径,焦比(焦距/口径)f/5的道格步森式镜的真实FoV可以达到2.25°。而同样的卡塞格林镜则只有1.10°,也意味着道格步森式镜的视野面积是卡塞格林式镜的4倍。

便携,质量较轻。方便拆卸和组装。

望远镜镜内外温度一致,有利于成像质量。当然这个影响对于深空天体的观测影响较小,但是对于月球和大行星的观测还是需要注意一番的。

缺点

设计之初道格步森式镜就是手动并且使用地平坐标系的,对于长期跟踪某一个天体显得尤为麻烦(因为星空是按照赤道坐标系旋转的),如果要让其自动跟踪目标,需要适配的仪器,这些还需要花更多的钱。

由于很难进行机械跟踪,道格步森式镜不适合用作天文摄影。很多道格步森式镜子的调焦筒都比较短,即使是接驳CCD也够不到焦距,尤其是接驳数码相机,会拍不到清晰的照片。

为了让镜筒长度都可以调整,道格步森式镜的焦比都比较小,焦比越小对目镜要求就越苛刻,在目镜上花钱就要越多。如果需要看到清晰的成像就不得不牺牲FoV的宽度,预算情况上会造成紧张,当然有钱也能买到更合适的目镜,Orion的Stratus目镜似乎成为了一种替代的解决方案。

道格步森式镜的小焦比使其拥有更宽敞的视野,但是高放大率情况下也会出现很多问题,例如焦距为1200mm的道格步森式镜,如果使用300x放大率则需要4mm的目镜,这么短焦的目镜势必对工艺要求会相当高。这种方案也有改良方法,利用巴罗增倍镜加上长焦的目镜,或者去购买高级的短焦目镜。

施密特-卡塞格林式镜的优点

除了极度低端的型号意外,卡塞格林式望远镜基本都带有电动跟踪装置,而不用每隔一两分钟就要手动调节。

卡塞格林式望远镜都有自动寻星功能(goto),只需要在控制面板上输入想看的天体名称就可自动对准那个天体,例如北极星(Polaris),当然有的goto系统也是未汉化的,这个时候需要自己积累一些常用星的英文名之类的了。过于便宜的go-to很容易发生机械故障,这点要注意。

其很适合天文摄影(但一般很贵很高档的型号才适合进行长时间曝光的主焦摄影,其意味着主镜或者物镜直接把物象投射在胶片或者感光元件上)当然CCD和数字相机,卡塞格林镜已经够用了。

由于光路是折叠往返的,卡塞格林式镜镜筒长度明显小于牛顿反射式(包括道格步森式)。但是其比较重。

卡塞格林式的焦比很大,常见就有f/10,因此用廉价目镜也能获得充满整个视场的清晰图像。而且其长焦距也让我们即使用中等焦距的目镜也可以达到很高的放大率。

缺点

比较便宜的卡塞格林式镜稳定性都非常差,哪怕轻轻碰一下都会造成很大的晃动而且需要长时间才能消除。这种问题尤其是观察月球的时候非常恼人。

焦距过长很明显限制了它们拥有星空视场的最大面积,这一点尤其在它们与1.25英寸目镜接环和天顶镜结合在一起使用的时候尤为明显。如果改用2英寸的目镜接环和天顶镜和目镜,到可以获得更大的视场,但是代价还是要花钱。

由于腔体封闭,就需要考虑到温度的问题了。

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