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標  題: [轉錄]  觀測漫談
發信站: 東華大學(東方小城) (Sun Aug 31 23:48:41 2003)
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觀  測  漫  談
                                                                                         Astro Wu

                常常接觸許多欲購買天文望遠鏡的人， 他們的條件大多是：我想買
        一台能拍出很漂亮照片的那種望遠鏡。 不錯，拍一張漂亮的星雲、壯闊的星
        團的確讓人很有成就感， 但曾幾何時，我們的天文風氣已經變成以拍漂亮照
        片為主了？大部份的同好一架好望遠鏡就猛拍個不停， 到底真實的天空是什
        麼樣子、照片中有哪些資訊、如何用我們的眼睛去觀測宇宙中最細緻的秘密
        、如何讓我們望遠鏡的功能發揮到極致， 除了拍漂亮照片以外，做些與天文
        更有直接關連的事？這是我的省思， 也是寫這一系列零碎文字的原動力。就
        從望遠鏡談起吧！

一、望遠鏡的放大倍率

                簡單說， 望遠鏡的放大倍率就是物鏡口徑除以目鏡射出影像光束的
        直徑， 即射出瞳徑（ exit pupil ），最直接的計算法：物鏡焦距除以目鏡
        焦距。 對每一架望遠鏡而言，都有一個最低有效倍率，因為人的瞳孔在夜間
        全開的狀態下，最大可至 5 ∼ 8 mm ，也就是說，若放大倍率低於望遠鏡口
        徑 (mm) 的 1/5 ∼ 1/8 ， 則射出瞳徑將大於人的瞳孔，多餘的光也就完全
        損失掉了。 決定最高有效倍率的因素除了望遠鏡的口徑之外，大氣的穩定度
        也極重要， 一般來說，最好不要超過口徑 (mm) 的 20 倍，即使您的望遠鏡
        口徑再大， 也別使用 400 ∼ 500 倍以上的倍率，如果您有超過這個倍數的
        目鏡，我的建議是：將它送給有長焦望遠鏡的人，或留著等到在太空中用。

二、望遠鏡的視野

        搜尋彗星與新星的人都希望有一架廣視野的望遠鏡， 它要具有大口徑，以
        收集足夠的光線， 又要有能將大範圍天空集中在一起的短焦距，這兩者的
        合體就是指短焦比望遠鏡。

        入射光在進入短焦比望遠鏡的物鏡後， 以很大的角度折射（或反射），要
        將這些光線完全承接並轉為平行光射出， 這樣的目鏡在設計與製造上相當
        困難。 許多彗星搜尋者使用較貴的 Or 或 Possol 、 Er 目鏡，雖然貴，
        但也相當值得。

        當然， 物鏡的焦比也是有限制的，焦長與口徑比在 F/4 甚至 F/3 以下者
        會產生嚴重像差，但相機鏡頭不都有 F/2 、 F/1.4 或 F/1.2 的光圈嗎？
        別忘了， 相機鏡頭通常由多群多枚鏡片所組成，有效地修正了這些像差，
        而且這些鏡片都不大，所以價格也還不致於高得離譜。

三、望遠鏡的極限星等

        你的望遠鏡能看到幾等星？這取決於許多因素： 望遠鏡口徑、天空品質、
        放大倍率、目鏡種類、望遠鏡型式、觀測者的經驗 ....  等等（有關極限
        星等細節將另闢專文討論）。

        無疑地， 口徑是最重要的因素，望遠鏡的集光力與口徑的平方成正比，口
        徑越大，集光力越強，也能看到越暗的天體。

        大氣是一種非常複雜的光學介質， 它的穩定度每夜、甚至每一分鐘都不同
        ，即使在極穩定的狀態下，垂直穿透大氣的星光在到達海平面前約有 1/4
        被吸收掉了， 而且越偏離天頂，這種吸收越嚴重，到地平線附近，我們就
        只能看到１等星而已了。

        在大氣穩定的夜晚， 假如霧氣降低天頂一個星等的光度，那麼在地平面附
        近大概就看不到星星了， 因為在仰角３０度的方向，星光要穿過比天頂方
        向厚兩倍的大氣， 減光約２．５個星等，仰角１４．５度的方向大氣厚四
        倍， 減光５個星等，大氣透明度在此以下便急速降低。因此我要建議您，
        在大氣不穩定的夜晚， 只做天頂附近的觀測就夠了。精確地說，大氣厚度
        正比於ＳＥＣ ( 與天頂之夾角 ) ， 但是有經驗的彗星搜尋者依然必須在
        地平線附近進行他們的工作。

        視相（ seeing ）是個很難定義的名詞， 它是指大氣的寧靜度，通常可以
        用已精密對焦的恆星來檢驗， 混亂的大氣會使原本應該如針點般的星像變
        成直徑數秒的盤面並扭曲晃動。 要從天空背景中檢出黯淡的星點時，良好
        的視相是相當重要的。 此外，光害的影響也應盡量避免，如城市中的人為
        光源、月光、甚至極光。 頂尖的新星及彗星搜尋者通常選擇離開都市一段
        距離的地方去進行他們的觀測。

        由於人的瞳孔感光效率在中央最高， 邊緣較差，所以倍率越高，相對地對
        瞳孔的接收效率也越高； 舉個實際的例子來說，同樣 20cm 口徑的望遠鏡
        ， 300 倍所能看到的最暗星等要比 60 倍來得高。 像 Or 或 Possol  、
        Er 等高級的目鏡通常由四、五片以上分離的透鏡所組成，但是若鏡片沒有
        做良好的抗反射鍍膜處理， 則空氣與鏡片接觸面的反射會使你的目鏡損失
        相當多的光， 結果甚至比不上一個具有優秀鍍膜的普通目鏡，許多廉價的
        Or 目鏡便是如此；  其他諸如，  眼鏡、使用濾鏡或透過玻璃窗進行觀測
        .... ，每一個因素都會大幅降低你的極限星等。

        折射鏡的物鏡通常由兩枚以上鏡片所組成， 同樣會因反射而損失光線的透
        過率， 但這並不代表反射鏡就比較好，因為反射鏡的二次鏡會阻擋部份入
        射光，甚至更糟：它還會散射光線。

        有些人的確可以看見比較暗的星體， 撇開視覺的敏銳程度不同以外，經驗
        與耐心是更重要的因素；據估計， 6 秒鐘的觀測與 60 秒的觀測，其極限
        星等至少差半個星等。 因此我要說：耐心，是一個優秀的觀測者所不可或
        缺的基本能力。


四、雙筒望遠鏡

                在二次大戰期間， 為了因應各種場合的偵測，大口徑雙筒望遠鏡的
        生產量大增，軍用望遠鏡從 6 x 30 (6 倍，口徑 30mm) 一躍而至 25 x 150
        ， 甚至更大，這些殘留下來的望遠鏡在市場上頗受天文愛好者的青睞，而且
        有許多人開始自己製作雙筒望遠鏡，最大的達到 61 cm ，是由兩個反射鏡筒
        所組成的怪物， 在經過細心的設計後，兩個鏡筒的焦點合併至相鄰的位置以
        利雙眼觀測。 可別小看雙筒望遠鏡，要經過兩個平行的光學系統將光線導入
        雙眼中可不是件簡單的事。首先，人的雙眼距離僅 5 ∼ 7 cm ，而兩物鏡的
        中心距必定大於這個距離，於是我們必須運用稜鏡、反射鏡?
                既然如此又為何要用雙筒鏡觀測呢？最明顯的理由便是： 舒適。長
        時間閉著一隻眼觀測極不舒適也不方便， 另一個更重要的理由是，以雙眼觀
        測能比單眼看到更暗的星體，理論上可提高極限星等 0.4 等，當然，你可能
        認為，只要將口徑增加 19 % 便可達到相同的效果，但價格可能會增加 50 %
        以上，相較之下，相信任何人都會選擇雙筒鏡的。

                對某些工作來說， 例如搜尋銀河中的新星，一具好的雙筒望遠鏡是
        綽綽有餘的， 太大口徑反而會使你所看見的星遠超過你所能記憶的範圍。著
        名的新星搜尋者 Kenneth Bechmann 的愛機便是他的 10 x 50 雙筒望遠鏡。

                但是大口徑雙筒望遠鏡在彗星的搜尋上卻屢建奇功。 就以 1985 年
        以後來說， 至少有六個例子是大口徑雙筒望遠鏡的功勞： Machholz 以他自
        製的 27 x 127 發現了兩顆彗星 ( 其造價低於一萬台幣!) ； Yanaka  使用
        25 x 150 雙筒在三個晚上發現了兩個彗星； Terasako 的 20 x 120 發現一
        顆；同樣是用 12cm 雙筒的 Ichimura 也發現了一顆。


五、架台

                架台的種類相當多， 天文望遠鏡與大型雙筒鏡需要的是一部穩固的
        架台， 至於赤道儀或經緯儀，則要視實際使用的需要。通常我建議愛好者選
        擇具有追蹤馬達、精確刻度環， 甚至數位式赤經緯顯示器的赤道儀，以便於
        星體的找尋與觀測。 現在已有一些赤道儀連極軸都不需要精確校正也可做追
        蹤， 經緯儀式雙軸追蹤系統近已問市，天體自動導入系統也已是某些赤道儀
        的標準配備， 這些儀器的便利性自然不在話下，但當使用這些功能的同時，
        你也必須負擔它們的各種缺點與高故障率， 更重要的，你已失去了自己動手
        的樂趣與成就感，這種感覺是無可取代的。

                赤道儀也有許多種， 各有各的優缺點：叉式赤道儀易於平衡，但是
        在對南、北地平子午線附近的觀測有死角； 德式赤道儀的精確平衡對其功能
        的發揮十分重要； 轉動平滑的 Dobsonians 也可以做追蹤的工作，但卻很複
        雜。 總而言之，選擇何種赤道儀要看搭配何種望遠鏡與使用者個人的偏好而
        定。

                許多成功的彗星搜尋者， 他們使用的則是最簡單的經緯儀，因為他
        們需要垂直、水平地巡視天空， 所以，你也許不一定需要一部赤道儀。但使
        用經緯儀觀測變星、行星、太陽 .... 等天體時便會遭遇很大的不便， 因為
        每隔幾分鐘你就必須轉動兩個軸， 使目標重新回到視野中，不過這並不是致
        命的缺點，許多新式的架台都解決了這個問題（另文介紹）。


六、濾鏡

                我住在新店與三峽交界的山區， 這裡已算是市郊了，儘管我相信我
        有一雙銳利的眼睛，但在天頂所能看見最暗的星也不過 5 等而已，是光害限
        制了我的極限星等。

                常有人問我： 濾鏡真的有用嗎？這個問題可以分為兩部份來考慮，
        一是光害的來源， 二是星體本身的發光特性。首先讓我們來看看天空的顏色
        ， 常至山上觀測的同好都知道，在沒有光害的地方，當有月光的時候，天空
        其實是深藍色的， 只是這藍色非常非常微弱而看來像是全黑的，這個時候，
        使用 KodakWratten 4 或 8 之類淺黃色的濾鏡能阻隔藍、紫色光而不會對恆
        星或彗星等的亮度影響太多。

                當天空被紫綠色的水銀燈照亮時， 這些濾鏡雖可過濾紫色的部份，
        對綠光卻無可奈何， 你必須選用更深的黃色或橘色濾鏡，但是人眼對紅色與
        橘色光卻相當遲頓， LUMICON 出產了一種名為〞 Deep Sky 〞的濾鏡，它可
        以濾去水銀燈的紫光至鈉燈（特別是低壓鈉燈）的黃光， 但似乎對攝影比較
        有效， 理想的濾鏡應該只濾去這些燈光的光線，很窄的波段，這樣的濾鏡需
        要特製，且價格昂貴，對觀測者來說的確是個壞消息。

                但也有些好消息， 當彗星的彗髮開始散開時，它某些波長的光度會
        突然昇高， 在接近太陽時，由碳蒸汽所發射的灰綠色光成為最強的幅射光（
        一般稱 Swan band ）， 這時特殊的碳光濾鏡就相當有效了，  LUMICON  與
        KENKO 等均有生產此類濾鏡， Kodak Wratten 60 也可選擇。

                新星或超新星在爆炸後不久， 特別是 TYPE 2 ，高溫的氫與離子態
        的氮會發出強烈的深紅色光（Ｈα）， 此外，隱藏在星際塵雲後方的恆星，
        都會稍微偏紅， 可惜人的視覺對紅色極不敏銳，但假如你有足夠大的口徑，
        加上深紅色的濾鏡， 可以得到意想不到的效果，像 Wratten 29 這一類的濾
        鏡， 將使新星或超新星明顯許多，當你透過這些濾鏡看新星、超新星時，其
        他恆星減弱的程度會遠超過它們。

                濾鏡的確可以提高我們觀測的效果， 但不及在攝影上那麼明顯。在
        目鏡的末端都設計有可旋入玻璃濾鏡的螺紋， 你可以因應不同需求裝上不同
        的濾鏡。另一個較經濟的方法是購買所需號數的 Wratten 膠片，剪裁成適當
        的尺寸貼於目鏡末端。
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