我想開始天文攝影。
讓我們假設我想為最接近行星地球的行星拍照,哪一個行星是遠攝鏡頭中看起來最大的行星?有些行星更小但更靠近地球(火星),有些行星更遠但更遠(如木星),所以我不知道哪個行星最容易拍照。我知道一個800mm鏡頭一個APS-C相機足以看到木星的一些小細節,但是其他行星呢?
我想開始天文攝影。
讓我們假設我想為最接近行星地球的行星拍照,哪一個行星是遠攝鏡頭中看起來最大的行星?有些行星更小但更靠近地球(火星),有些行星更遠但更遠(如木星),所以我不知道哪個行星最容易拍照。我知道一個800mm鏡頭一個APS-C相機足以看到木星的一些小細節,但是其他行星呢?
由於地球與軌道之間的距離因軌道力學而變化,因此從地球上看,每個行星的大小可能會有很大差異。哪個行星最大,相對大小的順序會經常變化。
例如,現在截至2018年4月1日,以下是從地球上觀察到的行星的角大小:
金星將於2018年4月12日超過水星。
火星將於2018年4月19日超越水星。
火星將於2018年5月7日超過金星。
火星將於2018年6月18日超過土星。在2018年7月20日超過土星。
金星將在2018年8月15日再次超過火星。
金星在2018年9月12日將變得比木星更大。
火星將縮小到更小比土星在2018年9月26日更早。
金星將在2018年10月27日達到1'1.33英寸(1弧分和1.33弧秒)的頂角。
到2018年10月27日(小於七米從現在起),列表將如下所示:
到2018年12月中旬,金星將再次小於木星。
2019年7月底,啄食順序如下:
最接近地球時,從地球上看,金星的角度大小是所有行星中最大的。金星最大為0.01658度。這非常接近一弧分,即1/60度。金星僅比木星大幾個星期(從2018年9月中旬到12月中旬大約13-14週),大約一年半左右。木星的其餘時間大於其他行星。
不幸的是,當金星最接近地球並且最大角度時,這意味著金星也幾乎直接位於地球和太陽之間,而金星面對地球的大部分側面是黑暗的,而燦爛的陽光幾乎正好在它的後面。在極少數情況下,金星和地球的軌道恰好對齊,而金星則從地球的角度直接經過太陽前方。我們將此事件稱為 transit 。金星的最後一次轉折發生在2012年6月5日。下一次轉折要到2117年的12月,然後是2125年12月,再過一次。它們成對出現,相隔約8年,然後在121.5年之間交替出現並且在下一對出現之前105.5年。
右上方的大點是金星。中間的小點是黑子。太陽盤底部有一些薄雲。 sub>
由於金星和地球都是內部行星,因此它們的相對距離差異很大。在合併期間,它們之間僅相距4140萬公里。在對立時(金星與地球直接在太陽的另一側),它們相距257575.7萬公里。在該距離處,金星略小於10弧秒(0.16弧分或0.00278度寬)。
木星從相對的約32弧秒變化到相交處的49弧秒(0.817弧分或0.0136度)。大多數時候,木星大於40弧秒。由於木星是外行星,並且距太陽比地球大五倍,因此與其他內行星相比,木星與木星之間的距離變化很小。這也意味著當木星和地球最接近時,太陽在地球的另一側為180°,從地球上看到的木星幾乎所有部分都被陽光照亮,而木星在最大時也處於最亮狀態。
木星(2013年1月21日觀測到)。當時的寬度約為44弧秒。佳能7D + Kenko 2X Teleplus Pro 300 DGX + EF 70-200mm f / 2.8 L IS II。圖像是100%的裁切圖像。有時這意味著火星在反對時比天王星小。由於火星的軌道在地球的軌道之外,因此從最大的角度看,它幾乎被完全照亮,而從最小的角度看,它隱藏在太陽的後面或非常靠近太陽。
土星的平均值約為16-20從地球上看到的弧秒(不包括土星環系統的更寬的角尺寸)。由於它的軌道幾乎是木星軌道的兩倍,因此,對合和對位之間的大小變化甚至小於木星軌道。
從地球角度看,其他行星的角度尺寸要比上面所列的平均尺寸小得多。當火星距離最遠時(小於3.5弧秒),水星(最大約10弧秒)和天王星(最大不超過3.5弧秒)可能大於火星。木星永遠不會跌落到第二位,而金星可以在最大到第五之間變化(儘管在極少數情況下,當水星和火星同時大於金星時,金星會跌落到第四大)。火星的大小可以從第二到第七。請注意,變化最大的行星是軌道最接近地球軌道的行星,變化最小的行星是軌道比地球軌道大得多的行星。
相反,從地球表面看,太陽和月亮都約為0.5度,即30弧分或1800弧秒。這是最接近(最亮的百分比)金星的寬度的30倍,比最接近和最亮的木星的寬度大36倍。
木星在左邊,月亮在右邊。注意比較大小。在2013年1月21日拍攝這張圖片的傍晚,它們之間的相互距離不到1度。木星當時的寬度約為44弧秒。 sub>
當然,如果一個人站在一塊平坦的地球上,它的角度大小為180度(10,800弧分或648,000弧秒),比太陽和月亮大360倍!
通常木星很容易從地球上看到,但是根據軌道的不同,木星有時可能是金星(下一次是9月,然後是2020年)。
該站點將回答有關相對細節的問題。到確切日期: https://www.timeanddate.com/astronomy/planets/distance
儘管金星在地球天空中的角大小比其他任何行星都大,但由於金星是劣等行星,所以最大的角大小僅在金星朝向太陽方向時發生。木星具有第二大的角度大小,發生在木星相對時,因此也處於其光線最充足的狀態(對於地球上的觀察者而言)。同樣,金星的角度大小隨著它和地球繞太陽公轉而變化一個數量級,而木星距離更大(從最大直徑到最小直徑)變化更大。在望遠鏡和照相機中這是非常明顯的。
請注意,木星具有金星所缺乏的非常大的特徵(波段,大紅點),因此如果您有興趣將細節視為相對於空白圓圈,木星可以提供該細節。但是,金星會顯示出類似於月相的月牙形,而木星則不會。
還請注意,木星有四個非常大的衛星,這些非常容易拍攝。因此,儘管您可能會也可能無法分辨木星上的樂隊或“大紅色斑點”,但您很可能能夠拍攝衛星,並觀察它們的位置從夜晚到夜晚如何變化。您甚至不需要木星來對付它們,它們在木星的整個軌道上都清晰可見。
例如,這是木星的照片,它是通過 Logitech拍攝的堆疊圖像製成的望遠鏡上安裝的網絡攝像頭:
圖像源包括尼康和佳能通過普通數碼單反相機拍攝的木星的其他照片
簡短答案:金星對著最大角度,其次是木星。
中等長度答案:Randall Munroe提供了以下有用的可視化效果(摘自 https:// xkcd的較大可視化效果.com / 1276 /):
長答案:由於軌道上的相對位置,有些變化。請參閱韋恩的動畫答案,該動畫顯示相對大小如何隨時間變化。
使用單反相機的天文攝影通常是這樣完成的:
第一種方法非常適合捕獲天空中的大型結構(例如銀河系,仙女座星系,星團或星雲...)
第二個可以用於行星。
對於望遠鏡來說,800mm的長度並不長,並且f / 5.6處的相應光圈約為145mm,也不是很大。 800mm f / 5.6巨大,昂貴,並且很難用於天文攝影。
從您的問題中,我認為您沒有太多體驗看行星。視覺天文學可以為您提供獲得優質照片所需的體驗。
天文攝影非常困難,需要大量金錢,經驗和耐心。您需要知道指向何處,何時何地以及在什麼天空條件下。
有一款出色的,價格適中的業餘望遠鏡,價格為250美元(例如,這種小杜布森望遠鏡,900mm f / 8)。許多天文攝影適配器的價格要高得多。您會看到每個行星,以及土星環上的卡西尼星系,木星上的大紅色斑點,以及木星衛星或 ISS。在合適的天空下,您可以看到奇妙的深空天體(例如仙女座星系,獵戶座星雲,雙星團……)。
要更改放大倍率,您只需要另一個目鏡,它就更多了。
您甚至可以使用網絡攝像頭或DSLR通過望遠鏡拍照。這是一個有大紅色斑點,兩次月球過境和Io的木星的例子:
富士X100s通過600美元的杜布森(1250mm f / 5)獲得。 1 / 50s,f / 4,ISO1600。我必須:
一些業餘天文攝影師設法拍攝了令人難以置信的行星照片。這是一些示例。
就像沒有“最佳”相機或“最佳”鏡頭一樣……沒有“最佳”望遠鏡-只是望遠鏡比其他望遠鏡更適合某些任務。
當然可以安裝相機,將望遠鏡對準行星並捕獲圖像,該圖像的質量將取決於很多其他因素(其中一些是您無法控制的)。
大氣觀測條件
由於從地球上看,另一個行星的表觀尺寸非常小,因此圖像質量對地球上的大氣穩定性非常敏感。天文學家將此稱為“觀察條件”。我更喜歡用一個比喻來想像一枚硬幣放在清澈的水底。如果水仍然存在,您可以看到硬幣。如果有人開始製造波浪(小波紋或大波浪),則硬幣的視線將開始變形和擺動。觀察行星時,我們的大氣層也會發生同樣的問題。
要獲得穩定的氣氛,您想確保自己不在噴射流,暖鋒或冷鋒的幾百英里之內。您還希望位於地理位置平坦的地方(最好是水),以確保層流順暢。炎熱的土地會產生熱量……所以涼爽的土地(在高山上)或俯瞰涼爽的水會有所幫助。望遠鏡的光學表面也應該有時間適應環境溫度。否則,圖像將不會穩定……會擺動並扭曲圖像質量。
採樣定理
還有一個放大倍數和基於奈奎斯特-香農採樣定理,這有一點科學。
根據光圈大小,望遠鏡的分辨能力將受到限制。相機傳感器具有像素,並且這些像素也具有尺寸。採樣定理的簡稱是傳感器需要具有望遠鏡可以提供的最大分辨能力的兩倍分辨率。另一種思考的方式是,根據光的波動性質,光的“點”實際上會聚焦到一個稱為“艾里斑”的物體上。相機傳感器像素大小應為Airy盤直徑的1/2。您將使用某種形式的圖像放大倍率(例如目鏡投影或增倍鏡(最好是遠心增倍鏡))來達到所需的圖像比例。範圍能夠捕獲而不會欠採樣(信息丟失)或過採樣(浪費實際上無法解析更多細節的像素。)
示例
我將以&望遠鏡組合相機為例。
ZWO ASI290MC是一種流行的行星成像相機,它具有2.9µm像素。
公式為:
f / D≥3.44 xp
其中:
f =儀器的焦距(
D =儀器的直徑(也以mm為單位保持單位不變)
p =像素間距,單位為µm。
基本上,f / D是望遠鏡的焦比-如果這是一種更簡單的考慮方法,則此公式表示您的儀器的焦比eds大於或等於相機傳感器的像素間距(以微米為單位)乘以常數3.44。
如果您插入14英寸f / 10望遠鏡的數字使用具有2.9µm像素的相機,您將得到:
3556/356≥3.44 x 2.9
減少為:
10≥9.976
好,所以這行得通,因為10大於或等於9.976。因此,這可能是一個不錯的組合。
事實證明,我實際的成像相機沒有2.9µm像素,卻有5.86µm像素。當我插入這些數字
3556/356≥3.44 x 5.86時,我們得到10≥20.158
那是不好的……這意味著我需要放大望遠鏡上的圖像比例。如果我在這裡使用2倍增倍鏡,則焦距和焦比會增加一倍...使其達到20≥20.158。如果我不太擔心“ .158”,那麼我可以使用。但是請記住,左側和右側之間的符號是≥...,這意味著我可以更高。如果我使用2.5倍增倍鏡,則它將焦距比提高到f / 25,並且由於25≥20.158,這仍然是有效的組合。
如果使用APS-C相機(假設您使用擁有18MP傳感器的許多佳能型號之一,例如T2i,T3i,60D 7D等。)像素大小為4.3μm。
假設您使用較小的示波器,例如6英寸SCT。這是150mm孔徑和1500mm焦距(f / 10)
1500/150≥3.44 x 4.3
得出
10≥ 14.792
這還不夠……使用1.5倍或更高的增倍鏡可以獲得更好的效果。
幸運成像(使用視頻幀)
但是...在用完併購買增倍鏡之前(最好是遠心增倍鏡,例如TeleVue PowerMate),最好考慮使用其他相機,避免使用帶有APS的傳統相機-C傳感器。
行星很小,它將僅佔據相機中心的一個很小的點,因此大部分傳感器尺寸都被浪費了。
但是更重要的是……獲得理想的大氣條件有點像贏得彩票。不是說它永遠不會發生...但是它肯定不會經常發生。根據您的居住地,這可能非常罕見。當然,如果您恰巧在阿塔卡馬沙漠中度高...這可能是您每天的天氣。
大多數行星成像儀都不採集單個圖像。相反,他們捕獲了大約30秒的視頻幀。他們實際上並沒有使用所有框架...他們只是抓住了最好框架的一小部分,這些用於堆疊。該技術有時被稱為“幸運成像”,因為您最終會拒絕大多數不良數據……但是在很短的時間內,您會得到幾個清晰的幀。
DSLR可以錄製視頻通常使用有損的壓縮視頻技術。當您只想要一些好的框架時,那就不好了。您需要完整的無損幀(最好是RAW視頻數據...,例如.SER格式)。為此,您需要一台具有相當快視頻幀速率的攝像機。可以通過全局電子快門進行視頻拍攝的攝像機非常理想……但是價格也要高一些。 ZWO ASI290MC是在撰寫本文時非常流行的行星圖像相機 。明年或次年很可能……可能會有所不同。請不要帶走您需要購買相機品牌/型號_____的信息。取而代之的是消除關於如何制定重要功能的想法,使相機更適合於行星成像。
ASI120MC-S是一款廉價相機,能夠以60fps的速度捕獲幀。像素尺寸為3.75µm。 3.44 x 3.75 = 12.9 ...因此,您需要一個焦距比等於或大於f / 13的示波器。
這就是使ASI290MC成為一個不錯的選擇的原因...它具有170fps的捕獲速率(假設您的USB總線和計算機上的存儲可以跟上)和僅2.9µm的小像素間距(3.44 x 2.9 = 9.976,因此在f / 10時效果很好)
處理
已經捕獲了幀(對於木星,您希望將其降低到大約30秒的幀數),您需要處理這些幀。通常使用諸如AutoStakkert之類的軟件來“堆疊”框架。
通常,將其輸出輸入可以通過小波增強圖像質量的軟件中,例如Registax(btw,AutoStakkert和Registax都是免費應用程序。也有商業應用程序也可以執行此操作。)
這超出了答案的範圍。有很多關於如何處理數據的教程(這有點主觀,這實際上不是Stack Exchange的目的。)