□ 劉長君

人造天象
——國際空間站凌掩天體的查詢與拍攝（下）

□ 劉長君

攝于北京天文館宇宙劇場 作者：蘇晨

拍攝方法

拍攝國際空間站凌掩天體是需要詳細(xì)計(jì)算和精心設(shè)計(jì)的，這是觀測和拍攝的一個難點(diǎn)，下面筆者將詳細(xì)講解如何進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。

1.器材的選用與搭配

到底應(yīng)該選用多大口徑和多長焦距的天文望遠(yuǎn)鏡？使用數(shù)碼單反相機(jī)(DSLR)還是天文攝像頭來作為后端拍攝設(shè)備？我們可以根據(jù)拍攝對象具體分析。

國際空間站凌日凌月

我們知道太陽和滿月的視直徑約為30角分，為了能夠拍攝到國際空間站更多的細(xì)節(jié)，我們應(yīng)該搭配的器材盡量使太陽或者月亮充滿視場。

筆者在這里給大家介紹一個網(wǎng)站：Pixel Resolution & Field of View Calculator，可以通過輸入望遠(yuǎn)鏡焦距和拍攝設(shè)備型號來計(jì)算搭配的器材是否合適。如圖21，打開網(wǎng)站頁面http://starizona.com/acb/ccd/calc_pixel.aspx ，在CCD Camera中選擇相機(jī)/CCD型號或者擁有相同感光傳感器的相機(jī)/CCD型號，如Nikon D7000；在Telescope選擇望遠(yuǎn)鏡的型號，如果所列望遠(yuǎn)鏡型號中沒有你的望遠(yuǎn)鏡，那么請直接在or Enter User Defined Focal Length中輸入你的望遠(yuǎn)鏡的焦距，單位為毫米，如700；在像素合并Pixel Binning中，數(shù)碼單反相機(jī)(DSLR)一般選1X1，天文攝像頭可以根據(jù)需要選擇2X2或3X3。點(diǎn)擊calculate開始計(jì)算，Pixel Size指的是每個像素對應(yīng)的視場大小，1.41''/pixel即表示每個像素為1.41角秒，F(xiàn)ield of View中Width是指所拍攝的照片的長為115.9角分，高為77.6角分。

我們由此可以計(jì)算出太陽或者滿月30角分在焦距為700mm的望遠(yuǎn)鏡和D7000組合的視場中所占的面積，亦可根據(jù)所預(yù)報(bào)的國際空間站視直徑除以每像素視場大小，來計(jì)算出國際空間站在照片中的像素值。假設(shè)某次國際空間站的視直徑為60角秒，那么國際空間站的像素值約為50像素X 50像素，這一大小還是可以看清楚國際空間站的太陽能帆板的，如果搭配2X增倍鏡延長焦距的話就更好了。

圖21 Pixel Resolution & Field of View Calculator網(wǎng)站

圖22 視頻拍攝國際空間站凌日（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

如果使用焦距為2032mm的星特朗C8/f10望遠(yuǎn)鏡和SBIG ST-8300M 冷凍CCD組合進(jìn)行拍攝，計(jì)算結(jié)果每個像素對應(yīng)的視場大小為0.55角秒，照片長為30.5角分，寬為22.9角分，這個組合則放不下全部太陽或者滿月，如果條件允許，最好搭配減焦鏡進(jìn)行拍攝。

使用好Pixel Resolution & Field of View Calculator網(wǎng)站，我們可以事半功倍地搭配和選擇望遠(yuǎn)鏡與后端拍攝設(shè)備。

國際空間站掩星

和凌日凌月的原理相同，國際空間站掩星也是需要經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算。不同的是被掩星通常視直徑很小，如金星為10-64角秒，木星為31-50角秒，土星為15-20角秒，火星為6-25角秒等等。由于國際空間站經(jīng)常變軌，掩星預(yù)報(bào)存在一定的誤差。為了控制國際空間站從望遠(yuǎn)鏡視場中通過，初次拍攝掩星時(shí)，望遠(yuǎn)鏡與后端拍攝設(shè)備的組合視場不要選擇太小，我們可以通過上文介紹的網(wǎng)站搭配望遠(yuǎn)鏡和后端拍攝設(shè)備，將照片長邊控制在10-30角分，這樣可以提高拍攝國際空間站掩星的成功率，如圖23。當(dāng)有多次拍攝經(jīng)驗(yàn)之后，我們可以嘗試更小的拍攝視場來增加國際空間站掩星的細(xì)節(jié)。

圖23 國際空間站掩土星（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

2.對焦與曝光參數(shù)設(shè)計(jì)

因?yàn)榱柩诘臅r(shí)間是固定的，所以當(dāng)你到達(dá)觀測地時(shí)，大部分時(shí)間都留給了架設(shè)器材、調(diào)試器材和測試曝光參數(shù)，而忽略了對焦。筆者認(rèn)為對焦是拍攝國際空間站凌掩天體中非常重要但也容易被忽略的一個環(huán)節(jié)，凌月可以直接將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)月面環(huán)形山，掩星可以在物鏡端安裝魚骨板后指向明亮的恒星，拍攝后端如果是數(shù)碼單反相機(jī)(DSLR)則可以使用實(shí)時(shí)取景功能放大對焦，攝像頭在電腦屏幕前也可以更直觀地對焦，但難度最大的便是白天拍攝國際空間站凌日的對焦。通常白天陽光刺眼，根本無法在室外看清楚取景器或者電腦屏幕，特別是中午時(shí)分太陽亮度較高，取景器中很難找到清晰的黑子。筆者采用的方法是使用衣服將相機(jī)或者電腦屏幕和自己包裹在一個黑暗環(huán)境中，或者提前制作一個較大的遮光板，安放在拍攝設(shè)備與望遠(yuǎn)鏡中間。放大查看太陽邊緣，當(dāng)邊緣最清晰或者太陽視直徑最小的時(shí)候，即可完成對焦。

為了保證拍攝清晰不拖線，國際空間站在照片上的移動最好不超過一個像素，這需要根據(jù)上文計(jì)算的每像素對應(yīng)的視場大小來進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)國際空間站的視運(yùn)動速度為a角秒/秒，每像素對應(yīng)的視場大小為b角秒，則理論上的曝光時(shí)間應(yīng)該為b/a，單位為秒。如視運(yùn)動速度為56.1角分/秒，即3366角秒/秒，每像素對應(yīng)的視場大小為1.41角秒，則理論曝光值應(yīng)該為0.00042秒，數(shù)碼單反相機(jī)(DSLR)曝光值最接近的應(yīng)該為1/2500秒，或者更短。拍攝的曝光時(shí)間除了要經(jīng)過詳細(xì)計(jì)算之外，凌掩發(fā)生之前一定要經(jīng)過多次測試以確定ISO感光度。為了使ISO感光度降低，凌日時(shí)最好使用密度3.8的巴德膜，凌月或掩星則必須使用較高的感光度。如果使用的是天文攝像頭，則可以通過控制增益來調(diào)整出合適的曝光。

技巧與注意事項(xiàng)

（1）是否使用赤道儀

如果國際空間站凌掩中心線距離你的位置比較近，那筆者還是希望你使用赤道儀進(jìn)行拍攝。相反，如果你需要長途跋涉，而且無法自駕，那筆者還是奉勸你使用輕便的支架系統(tǒng)，如質(zhì)量較好的三腳架等。赤道儀雖然因?yàn)橹亓看蟛环奖銛y帶，但可以跟蹤天體的移動，方便我們進(jìn)行拍攝。如果沒有赤道儀，我們則需要經(jīng)常調(diào)整望遠(yuǎn)鏡的角度，甚至做好提前量等待拍攝時(shí)國際空間站和被凌掩天體恰好處于視場中央。

（2）使用GPS定位和授時(shí)設(shè)備

我們可以用Google Earth打開下載的xml文件，查看出具體的過境地理位置坐標(biāo)和對應(yīng)的具體時(shí)間。因?yàn)镚oogle Earth地圖和坐標(biāo)系統(tǒng)存在一定的誤差，我們到達(dá)預(yù)定觀測地之后，可以通過GPS設(shè)備檢查地理位置坐標(biāo)是否準(zhǔn)確，并通過GPS設(shè)備上的衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間來輔助拍攝。

（3）使用數(shù)碼單反相機(jī)

數(shù)碼單反相機(jī)（DSLR）具有小巧輕便的特點(diǎn)，便于遠(yuǎn)距離拍攝攜帶，并且具有成像分辨率高的特點(diǎn)，是拍攝國際空間站凌掩天體理想的后端拍攝設(shè)備，但其使用也存在一定的缺點(diǎn)，如高速連拍頻率低。目前主流的數(shù)碼單反相機(jī)的連拍頻率約為每秒6張，在使用快門線的前提下，這個速度在拍攝國際空間站凌掩天體的過程中最多只能拍攝到6、7張。為了保證高速度的連拍，存儲格式不能選用RAW格式，只能選用JPG格式，這對于后期處理略有不利。使用數(shù)碼單反相機(jī)通常會在凌日前10秒左右按下快門，并在凌日后10秒松開，以保證凌日時(shí)刻處于相機(jī)高速曝光的過程中，提高拍攝成功率。

（4）使用天文攝像頭

天文攝像頭目前普及率比較高，它同普通視頻攝像頭類似，拍攝幀率高是其優(yōu)勢。較好的天文攝像頭可以達(dá)到每秒30幀的拍攝速率，這跟數(shù)碼單反相機(jī)相比，能夠拍攝到國際空間站凌掩天體的照片張數(shù)變多，過程將更加詳細(xì)。由于筆記本硬盤空間較大，我們可以長時(shí)間曝光，與數(shù)碼單反相機(jī)20秒的高速連拍相比，更易獲得成功。使用視頻疊加的處理方式，我們甚至可以處理出更加清晰的國際空間站形態(tài)。但天文攝像頭的缺點(diǎn)也比較明顯，需要配合使用筆記本才可以使用，這也增加了外出拍攝的負(fù)擔(dān)。與凌日和凌月時(shí)光照充足相比，筆者推薦在掩星時(shí)使用天文攝像頭進(jìn)行觀測與拍攝。

（5）其他

拍攝國際空間站凌掩天體是一個特別細(xì)致和精確的事情，一些小小的細(xì)節(jié)的疏忽足以導(dǎo)致拍攝失敗，拍攝前花點(diǎn)時(shí)間列出詳細(xì)的拍攝計(jì)劃可以保證拍攝的成功。我們需要列出具體的時(shí)間和事項(xiàng)，如需要準(zhǔn)備什么器材，幾點(diǎn)開始收拾器材，幾點(diǎn)開始出發(fā)，如何到達(dá)觀測地，會不會堵車，到了觀測地之后怎么架設(shè)器材，會出現(xiàn)什么突發(fā)問題……這些都是要提前細(xì)致地考慮和計(jì)劃。

此外，筆者還需要提醒大家的是，最好提前至少半個小時(shí)到達(dá)觀測地，并且出發(fā)之前一定要再次查詢一下凌掩預(yù)報(bào)，防止國際空間站發(fā)生變軌；使用數(shù)碼單反相機(jī)的同好一定要提前更改照片存儲格式，并測試最長連拍時(shí)間可以達(dá)到多少，防止實(shí)際拍攝過程中相機(jī)因?yàn)闊o法儲存大容量照片而卡??；無論如何搭配望遠(yuǎn)鏡和后端拍攝設(shè)備，如果條件允許的話，白天或者夜晚提前測試曝光參數(shù)將提高拍攝的成功率；最好不要一個人前往觀測，同去的人可以幫助搬運(yùn)器材，幫助報(bào)時(shí)讀秒，甚至在關(guān)鍵時(shí)刻出點(diǎn)子幫助拍攝成功……

拍攝實(shí)例

如圖24，筆者曾經(jīng)在2013年5月13日成功拍攝過一次國際空間站凌日。從筆者有計(jì)劃拍攝國際空間站凌日到當(dāng)天拍攝成功，這之間有五個月的時(shí)間。這五個月里不是凌日帶離筆者太遠(yuǎn)，就是天氣不理想，再或者筆者沒有空閑時(shí)間，各種各樣的原因?qū)е铝伺臄z國際空間站凌日成了一件非常奢侈的事情。

如圖25，以當(dāng)時(shí)拍攝的前后10天為例，大連地區(qū)250km范圍內(nèi)共有四次國際空間站凌日的機(jī)會，可除了這四天，其他時(shí)候全部都是晴天，唯有這四天不是陰雨就是多云，5月13日貌似是最好的一次機(jī)會了，筆者在心里默默許諾一定要拍下這次國際空間站凌日。

如圖24，此次凌日位置在大連北站附近，距離我的位置比較遠(yuǎn)，時(shí)間為12:51:10.21，凌日最大時(shí)長為0.6秒，國際空間站視直徑60.3角秒，凌日時(shí)與筆者的距離為458.7km，運(yùn)動速度為每秒56.1角分，凌日投影在地面上的移動速度為7.389km/s，凌日帶寬度5.9km，是一次觀測條件十分理想的凌日。

根據(jù)這次預(yù)報(bào)信息，結(jié)合自己擁有的器材，通過Pixel Resolution & Field of View Calculator網(wǎng)站查詢，筆者決定使用口徑107mm，焦距700mm的折射天文望遠(yuǎn)鏡，搭配D7000數(shù)碼單反相機(jī)進(jìn)行拍攝。國際空間站在照片中將占據(jù)50像素X 50像素。根據(jù)國際空間站的移動速度和太陽視直徑大小，推導(dǎo)出JPG格式連拍速度為6張/秒的D7000數(shù)碼單反相機(jī)最多可以拍攝3張照片。在曝光參數(shù)設(shè)置上，我的望遠(yuǎn)鏡焦比為6.5，是固定不變的，經(jīng)過計(jì)算，曝光時(shí)間控制在1/2000秒才能保證不拖線，ISO感光度需要到拍攝現(xiàn)場進(jìn)行測試，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值暫定為ISO400。

此次凌日帶距離筆者的拍攝地大連理工大學(xué)足足有20km的距離，如圖26和27。為了輕裝出發(fā)，筆者沒有攜帶赤道儀，只攜帶了普通攝影使用的三腳架和快門線。為了保證能夠順利拍攝，還邀請了天文愛好者協(xié)會的同好孔令杰一同前往拍攝，借此次發(fā)稿的機(jī)會再次感謝孔令杰對筆者的幫助！

圖24 2013年5月13日凌日預(yù)報(bào)

圖25 2013年5月13日天氣預(yù)報(bào)

圖26 前往觀測地計(jì)劃路線

圖27 計(jì)劃觀測地與凌日中心線的關(guān)系

13日早上天氣不是特別好，晴天鐘顯示中午時(shí)分有陣雨，但根據(jù)以前觀測的經(jīng)驗(yàn)，中午時(shí)分在遠(yuǎn)離市區(qū)的地方，熱島效應(yīng)減弱，有可能是晴天不下雨的，這一推斷對筆者成功拍攝起到了至關(guān)重要的作用。

筆者和孔令杰帶著器材打車直奔大連北站附近的觀測地，此時(shí)距凌日還有整整一個小時(shí)，天空中的云在漸漸散去，只有一點(diǎn)點(diǎn)霧氣，心里萬分激動。在選定的觀測地支起三腳架，安裝望遠(yuǎn)鏡與相機(jī)，放置巴德膜濾光罩，連接相機(jī)快門線。由于中午時(shí)分太陽高度角實(shí)在太高，筆者忽略了云臺的仰角問題，嘗試了多種方法也沒有解決。最后在孔令杰的提醒下，才想起來可以將三腳架中軸升起來，雖然不夠穩(wěn)，但短時(shí)間內(nèi)還是可以支撐一會兒的。

在凌日的前十分鐘左右，天空基本變晴，比市區(qū)內(nèi)要好得多。筆者將外套脫下來罩在相機(jī)上，將頭埋在外套里觀看相機(jī)實(shí)時(shí)取景放大調(diào)焦，調(diào)整存儲為僅JPG格式，設(shè)置高速連拍模式，測試預(yù)定曝光參數(shù)，最后ISO感光度選用了400。萬事俱備，只欠凌日。

如圖28，從12:50:50開始，孔令杰根據(jù)GPS時(shí)鐘開始給筆者讀秒，筆者于12:51:03按下快門線上的快門，開始了每秒6張高速連拍，持續(xù)拍攝了20多秒，共拍攝了156張照片。

顧不上將主鏡收起來，筆者先翻看拍攝的照片，當(dāng)確認(rèn)成功拍攝到三張國際空間站凌日的照片后，心中真是無比的激動！筆者和孔令杰在路上不斷回看照片，覺得霧氣對成像還是有一定影響的，國際空間站邊緣有一點(diǎn)虛。

圖28 拍攝過程

結(jié)語

以上便是國際空間站凌掩天體的查詢方法和拍攝技巧。如果大家做了精心的準(zhǔn)備和掌握了嫻熟的技巧，相信成功觀測與拍攝并不是一件困難的事情。此外，筆者還要提示一下大家，除了可以固定望遠(yuǎn)鏡守株待兔拍攝國際空間站凌掩天體之外，還可以將望遠(yuǎn)鏡時(shí)刻跟蹤國際空間站，使其充分曝光，更加清晰地拍下國際空間站的樣子（如圖29），國外的天文愛好者已經(jīng)成功進(jìn)行了拍攝。最后，筆者在這里希望大家勇于嘗試人造天體這一拍攝方向，祝各位同好早日成功拍攝！

（責(zé)任編輯 蘇晨）

圖29 國際空間站特寫