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    天文爱好者指南-设备篇

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    • 科普驿站  第三十八期

       

      主题:天文爱好者指南-设备篇

      科目:天文

      难度:A2

      时间:2020.1.17

      讲师:东次将

       

      今天我的科普主题是“天文爱好者的器材篇”,虽然我没折腾过太多器材,但是也在器材群里水了五六年,对时下热门的天文器材略知一二,今天就分享一些我所知道的东西,并推荐一些适合于不同人群的器材。

      我们来看一下天文望远镜:

      天文爱好者指南-设备篇

      一套天文望远镜由图中几部分组成:①主镜②赤道仪及其配件③三脚架④一些其他的组件。

      天文望远镜的主镜分不同类型,有折射镜、折返镜、反射镜等。主镜也分不同规格,在描述它们规格的时候,一般先说口径,再说焦距,单位默认为毫米。比如信达小黑主镜的规格描述就是150/750。另外,我们也会用英制公制单位混合描述某一望远镜,如“10寸DOB”搭配“20㎜目镜”。前者是英制单位,后者是公制单位。

      一般天文望远镜以构造来分类,可分为折射望远镜、反射望远镜及折反射望远镜三大类。

      一.折射式望远镜

      天文爱好者指南-设备篇折射镜是由荷兰眼镜商发明,伽利略(1564.2.15-1642.1.8)最早将其应用在天文观测上。折射镜由一片凸透镜和一片凹透镜组成,凸透镜作物镜,凹透镜作目镜。但是由于不同波段的光在同种介质中的折射率不同,所以这种单片式的望远镜色差很大,已经被淘汰了。原理如下:

      天文爱好者指南-设备篇

      目前市场上主流的入门级折射镜,都是两片式消色差的,简称普消。比如,80EQ就是这种结构。这种望远镜不仅结构简单,保养方便,还能获得不错的成像效果。更重要的是它成本较低,价格低廉。我DIY过一个70/500的普消望远镜,配件是从网上买的,一套下来300元左右(单主镜)。

      天文爱好者指南-设备篇

      天文爱好者指南-设备篇

      左图是双胶合物镜组的结构图,从图中我们可以看到,普消透镜比较好地解决了红光和紫光的色差,但绿光(波长处于可见光波段的中段)的焦点仍然无法与红光紫光焦点重合。

      ED是普消的升级版,这种镜子采用了ED玻璃(Extra low Dispersion),即超低色散镜片。我玩过同好的天虎60ED,它成像很锐利,设备也很轻便。它的物镜组是双分离结构的,利用两个镜片间隙的空气,充当另一种介质,使成像更清晰。

      天文爱好者指南-设备篇

      APO是折射镜的极致设计。这是一长段历史,我们只需要知道,日本的高桥(Takahashi Seisakusho)有限公司制造了世界上第一架用萤石做物镜的天文望远镜。我放个连接,感兴趣的朋友可以看一下这段历史。(http://space.lamost.org/watch/equipment/apo.htm)

      APO这个级别的望远镜,多数以3片玻璃甚至更多片数的高级APO为主。对于这种望远镜,厂家是不会吝啬高级材料投入的。

      喜欢摄影的朋友们可能知道,徕卡有一支50/2 ASPH的镜头和一支APO-50/2 ASPH的镜头,后者名称多了个APO,价格就比前者高出2万块。世界顶级折射镜制造商的代表有高桥、宾得和徕卡等。

      二.折返式望远镜

      折返镜(即折射-反射式),光线先透一片透镜产生曲折,由反射镜反射至副镜,再由副镜汇聚光线于目镜端成像,这种结合折射与反射的光学系统就称为折反射式望远镜。由于使用了这种结构,光线在镜筒内跑得更多了,所以折返镜通常有更长的焦距,与之而来的便是更大的倍数。

      常用的折返结构的望远镜有施密特·卡塞格林式(简称施卡)和马克苏托夫·卡塞格林式(简称马卡)两种。

      折返望远镜最早由德国光学家施密特·B·V于1931年发明。所以我们先说施卡。施密特研磨了一片中央凸、周边凹、形状复杂的波浪状修正透镜,将这片修正透镜置于镜筒最前端,让光线进入后不是收缩聚焦,而是向外产生曲折,然后经后方的球面主镜反射聚焦。如果在焦点处放上底片,就是天文摄影专用的施密特照相机。若用第二面反射镜(副镜)将光线再反射到主镜后方的开孔,就称为施密特-盖赛格林式望远镜。结构图如下。前段是结构较为复杂的折射修正镜,后端为一个反射镜。

      天文爱好者指南-设备篇

      由于施卡的修正镜更容易加工,所以大口径的折返镜以它为主。

      再来说马卡,这种镜片由苏联的马克苏托夫于1943年发明。他用一片两面同曲率并同向主镜方向内凹的透镜做为修正镜,光线穿过修正透镜后产生曲折,然后经反射镜反射聚焦,再经第二反射镜(副镜)反射回主镜中央开孔处聚焦成像,所以称为马克苏托夫·卡塞格林式望远镜。结构图如下

      天文爱好者指南-设备篇

      施卡望远镜和马卡望远镜结构类似。理论上,马卡的成像可以比施卡更好一点,但是马卡的弯月形透镜太厚,如果是大口径,不容易生产。所以大口径折返不太会用马卡。在多种因素的影响下,折中地选择来制造望远镜才是最好的办法。

      另外,还有一种与折返结构类似的结构,被称为双反射结构。我研究了好久才区分。这种叫做RC(Ritchey-Chretien)双曲面。它的主镜和副镜就是修正镜,而且两个镜片都是双曲面。但是如果要拍照的话,在调焦座后面还是要加修正镜的。这种双反射结构的镜子,焦比比较小。著名的哈勃太空望远镜就是这种结构的。Chilescope网站(http://www.chilescope.com/),也有租赁的1米口径RC。其结构图如下:

      天文爱好者指南-设备篇

      双反式很少见,我也没用过,就不多说了。

      三、反射式望远镜

      反射式望远镜中,常见的为牛顿式反射望远镜,简称牛反、反射。

      直接上图天文爱好者指南-设备篇(这图是我用画图做的,你敢信?)

      天文爱好者指南-设备篇

      反射镜的镜片造价低廉,所以16英寸、20英寸都挺多的。大口径制作起来也很轻松。DIY圈也大多以牛反为主。

      下面两张图是迈克·克莱门兹的望远镜。主镜重达408公斤。口径70英寸约1.8米(他穿的衣服上印着1.8METER字样)。这台望远镜的主镜本来是用于间谍卫星的,但是由于加工瑕疵,被出售给民间。他收购下来,制成了望远镜。

      天文爱好者指南-设备篇

      天文爱好者指南-设备篇 

      值得注意的是,牛反镜有球面和抛物面两种。球面在高倍下有较明显的像差/畸变,其成像质量没有抛物面镜好。

      牛反镜使用开放式的镜筒,空气能够流通,这样会轻微影响成像稳定。空气还会带着一些尘埃附着到主镜上,长此以往,其反射力就下降了。而且调整光轴也是个麻烦事。不过这都不影响天文爱好者对牛反的热爱。

      牛反望远镜的能力很大程度上取决于赤道仪的能力,过大的牛反望远镜 无法放在赤道仪上。

      20世纪70年代,John Dobson发明了“道布森式”望远镜支架,这让各种特大口径的业余望远镜有可靠的架设了,真是天文爱好者的福音呐。

      《天文迷的夜空导游图》作者在他书的扉页写道:谨以此书先给John Dobson,他的创造力和工学技巧使得大量望远镜的价格不再令人仰止,并得以普及。【1】

      另外,我提一下双筒望远镜

       双筒望远镜多用于目视,小口径轻便,大口径震撼。(这个一会儿直接说怎么挑。)

      说了这么多,大家应该对各种望远镜的特点有所了解了吧,器材是个深坑,在买之前一定要了解到位。器材只有更好,没有最好一说。所以我们在选购设备时,在自己能力范围之内,选择最适合自己的就是最好的。

      接下来推荐一些适合入门的望远镜。

      预算500元以内,建议选择双筒望远镜,如森林人、博冠猎手系列、裕众徒步等。再搭配一个三脚架,可以观测非常多的疏散星团、球状星团等。平时也可以看风景。用多了笨重的天文望远镜,带个小双筒出门,真的很幸福。

      预算500-1000元:可以买大双筒了,像森林人小哨所。大口径双筒看星团超美丽,视野内的星星是前前后后,是立体的,而且还有各自的颜色。缺点:有色差,有一定的畸变。

      这个价位也推荐入门折射镜80EQ,双十一打折期间大概800到。不用选什么套餐,有个手机支架、相机卡口和巴德膜就够用了。缺点:笨重。

      1000-2000元:这个预算的镜子说多也多,说少也少。

      星特朗omni114AZ,黑灯大佬有一台,而且omni系列质感都不错。口碑不错。

      个人不推荐130EQ,一是因为它是球牛,焦距也短,看行星效果不好。二是它的赤道仪不是很好用,虚位挺大的。个人建议再攒一些钱买小黑。

      博冠102/1400马卡,它有超长的焦距,是行星利器。缺点:笨重

      2000-3000元:信达小黑,用过都说好。

      3000元以上就有很多选择了,可以考虑继续玩目视,也可以玩摄影了。目视推荐大口径DOB、大口径双筒等等。

      摄影就要折腾赤道仪/经纬仪了。星野赤道仪可以满足对星野摄影的需要。带自动寻星功能(goto)和跟踪功能的赤道仪可以满足深空摄影的需要。带自动寻星功能(goto)和跟踪功能的经纬仪可以满足对行星摄影的需要。由于大家的需求不同,我就不多说了。朋友们找身边大佬推荐或者上牧夫论坛,百度贴吧看看大佬怎么折腾的,踩着他们的脚印,能少走很多弯路。

      【1】《天文迷的夜空导游图 天文观测必备手册》Robert Bruce Thompson、Barbara Fritchman Thompson著 魏晓凡 译 中国公信出版集团 人民邮电出版社2015版

      1.图源网络:https://www.51jiuhuo.com/buyer/detail/611427.html

      2.图源公众号:酱油颜的星空世界

      3.图源公众号:酱油颜的星空世界

      4.图源:牧夫天文论坛,出处不明

      5.图源:作者拍摄

      6.图源贴吧:https://tieba.baidu.com/p/3092192780?red_tag=0257652388

      7.图源百度百科

      8.图源维基百科

      9.作者制图

      10、11图源:中国青年报


      【本文为讲师的原创作品,未经允许,禁止盗用、转载、篡改文章,否则耀星会和原作者将追究版权责任。】

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