星野攝影-追蹤篇

星野攝影-追蹤篇
私立方濟中學地球科學科李煥基教師/國立台灣師範大學地球科學系傅學海教授

相信很多人都曾經在報章雜誌上，看到很多美美的星體的照片，在欣賞讚嘆的同時，一定也會好奇美麗的天體要如何拍攝?為何我的眼睛看不到這樣色彩繽紛的星空?問題的關鍵就在長時間曝光。事實上我們看到的天體相片，通常都是由相機對著天體長時間曝光數分鐘到數小時，用CCD或CMOS將微弱的星光累積起來，再經由影像處理得到的結果，拍攝星空的時候會遇到各式各樣的問題，本文就是在討論拍星星經常遇到的第一個問題:追蹤。

星體由於地球自轉，所以會東升西落，長時間曝光時就會遇到一個問題:星體不會待在一個地方不動讓你拍。所以，我們必須想辦法讓望遠鏡跟著天體東昇西落，方法很簡單也很難:只要找一根管子，讓這根管子指向地球自轉軸，並且用個馬達帶動管子，讓這根管子朝地球自轉的反方向轉，再將望遠鏡黏上這根管子，望遠鏡就會跟著星體轉。這個管子加馬達的組合就是我們說的赤道儀。買一台赤道儀，將望遠鏡裝上去，這是簡單的部分，難的部分在於追得準不準，要讓赤道儀追的準確，幾個部分必須要注意:

(1)極軸要對準:前文所說的管子，有個比較專業的說法稱為極軸，極軸必須正確的對準地球自轉軸，方法很簡單:現今赤道儀多半有附極軸望遠鏡，極軸望遠鏡裝設在極軸中，與極軸互相平行，極軸望遠鏡裡面有一些刻度及圖案，表示北極星與極軸的關係，藉由調整極軸的仰角及方位角，將北極星及北極星附近的天體放入刻度所指示的位置，極軸就幾乎正確對準地球自轉軸了，但是因為種種的原因，極軸通常不會對的夠準，造成拍照時星點在南北方向的飄移，解決的方式除了精確但耗時的飄移法對極軸之外，就是…導星。

(2)追蹤速度要正確:天空中的星星以一天23小時56分鐘的速度繞著地球自轉軸轉，表示赤道儀的轉速也要相同，如果赤道儀追得太快，星星將會在照片中向西落後，反之亦然，所以赤道儀追的速度必須要與天體運動的速度相同，目前赤道儀的馬達由高速震盪晶片驅動，速度基本上都很正確且穩定，比較常出問題的地方在於蝸齒輪，如果蝸齒輪齒距不一，真圓度不夠，甚至齒縫中有一小粒沙，都會造成追蹤的問題，由於蝸齒輪造成的誤差大多都有周期性(沙子造成的就不見得)，所以這種誤差稱為周期性誤差(PE，periodic error)，解決的方式….導星。

(3)平衡要精確:赤道儀追蹤時，為了避免追蹤馬達受到太大的力矩，導致馬達脫步，通常必須要配重，抵消望遠鏡造成的力矩，這個動作稱為平衡，平衡沒有做好，馬達追蹤的吃力，自然會發生追蹤不準的情形，所以平衡這個動作一定要確實做好。

(4)最好要導星:所謂導星就是用另一隻小望遠鏡(稱導星鏡)，觀測某一顆星星，監測赤道儀追蹤的狀況，赤道儀追得太快或太慢、星點往南或往北漂時就必須用控制器修正，在早期底片時代，一張照片往往曝光一個小時，不要懷疑，拍攝者就必須在有時攝氏零度以下的深夜，以通常不太自然的姿勢盯著目鏡看一個小時以上，這當然對體力是一大考驗(個人曾經這麼拍過一次，拍得不成功，但是怪異的拍攝姿勢卻很成功的讓我背痛一個禮拜)，現在進入電腦時代，導星變得越來越容易了，用個CCD裝在導星鏡上，將影像傳到電腦上，電腦計算赤道儀的追蹤誤差，再將修正訊號傳到赤道儀上，望遠鏡就可以精確追著星星跑，經由導星，追蹤經常可以精確到角秒以下。