人造天象——国际空间站凌掩天体的查询与拍摄（下）

□ 刘长君

人造天象
——国际空间站凌掩天体的查询与拍摄（下）

□ 刘长君

摄于北京天文馆宇宙剧场 作者：苏晨

拍摄方法

拍摄国际空间站凌掩天体是需要详细计算和精心设计的，这是观测和拍摄的一个难点，下面笔者将详细讲解如何进行计算和设计。

1.器材的选用与搭配

到底应该选用多大口径和多长焦距的天文望远镜？使用数码单反相机(DSLR)还是天文摄像头来作为后端拍摄设备？我们可以根据拍摄对象具体分析。

国际空间站凌日凌月

我们知道太阳和满月的视直径约为30角分，为了能够拍摄到国际空间站更多的细节，我们应该搭配的器材尽量使太阳或者月亮充满视场。

笔者在这里给大家介绍一个网站：Pixel Resolution & Field of View Calculator，可以通过输入望远镜焦距和拍摄设备型号来计算搭配的器材是否合适。如图21，打开网站页面http://starizona.com/acb/ccd/calc_pixel.aspx ，在CCD Camera中选择相机/CCD型号或者拥有相同感光传感器的相机/CCD型号，如Nikon D7000；在Telescope选择望远镜的型号，如果所列望远镜型号中没有你的望远镜，那么请直接在or Enter User Defined Focal Length中输入你的望远镜的焦距，单位为毫米，如700；在像素合并Pixel Binning中，数码单反相机(DSLR)一般选1X1，天文摄像头可以根据需要选择2X2或3X3。点击calculate开始计算，Pixel Size指的是每个像素对应的视场大小，1.41''/pixel即表示每个像素为1.41角秒，Field of View中Width是指所拍摄的照片的长为115.9角分，高为77.6角分。

我们由此可以计算出太阳或者满月30角分在焦距为700mm的望远镜和D7000组合的视场中所占的面积，亦可根据所预报的国际空间站视直径除以每像素视场大小，来计算出国际空间站在照片中的像素值。假设某次国际空间站的视直径为60角秒，那么国际空间站的像素值约为50像素X 50像素，这一大小还是可以看清楚国际空间站的太阳能帆板的，如果搭配2X增倍镜延长焦距的话就更好了。

图21 Pixel Resolution & Field of View Calculator网站

图22 视频拍摄国际空间站凌日（图片来源于网络）

如果使用焦距为2032mm的星特朗C8/f10望远镜和SBIG ST-8300M 冷冻CCD组合进行拍摄，计算结果每个像素对应的视场大小为0.55角秒，照片长为30.5角分，宽为22.9角分，这个组合则放不下全部太阳或者满月，如果条件允许，最好搭配减焦镜进行拍摄。

使用好Pixel Resolution & Field of View Calculator网站，我们可以事半功倍地搭配和选择望远镜与后端拍摄设备。

国际空间站掩星

和凌日凌月的原理相同，国际空间站掩星也是需要经过详细的计算。不同的是被掩星通常视直径很小，如金星为10-64角秒，木星为31-50角秒，土星为15-20角秒，火星为6-25角秒等等。由于国际空间站经常变轨，掩星预报存在一定的误差。为了控制国际空间站从望远镜视场中通过，初次拍摄掩星时，望远镜与后端拍摄设备的组合视场不要选择太小，我们可以通过上文介绍的网站搭配望远镜和后端拍摄设备，将照片长边控制在10-30角分，这样可以提高拍摄国际空间站掩星的成功率，如图23。当有多次拍摄经验之后，我们可以尝试更小的拍摄视场来增加国际空间站掩星的细节。

图23 国际空间站掩土星（图片来源于网络）

2.对焦与曝光参数设计

因为凌掩的时间是固定的，所以当你到达观测地时，大部分时间都留给了架设器材、调试器材和测试曝光参数，而忽略了对焦。笔者认为对焦是拍摄国际空间站凌掩天体中非常重要但也容易被忽略的一个环节，凌月可以直接将望远镜对准月面环形山，掩星可以在物镜端安装鱼骨板后指向明亮的恒星，拍摄后端如果是数码单反相机(DSLR)则可以使用实时取景功能放大对焦，摄像头在电脑屏幕前也可以更直观地对焦，但难度最大的便是白天拍摄国际空间站凌日的对焦。通常白天阳光刺眼，根本无法在室外看清楚取景器或者电脑屏幕，特别是中午时分太阳亮度较高，取景器中很难找到清晰的黑子。笔者采用的方法是使用衣服将相机或者电脑屏幕和自己包裹在一个黑暗环境中，或者提前制作一个较大的遮光板，安放在拍摄设备与望远镜中间。放大查看太阳边缘，当边缘最清晰或者太阳视直径最小的时候，即可完成对焦。

为了保证拍摄清晰不拖线，国际空间站在照片上的移动最好不超过一个像素，这需要根据上文计算的每像素对应的视场大小来进行计算。假设国际空间站的视运动速度为a角秒/秒，每像素对应的视场大小为b角秒，则理论上的曝光时间应该为b/a，单位为秒。如视运动速度为56.1角分/秒，即3366角秒/秒，每像素对应的视场大小为1.41角秒，则理论曝光值应该为0.00042秒，数码单反相机(DSLR)曝光值最接近的应该为1/2500秒，或者更短。拍摄的曝光时间除了要经过详细计算之外，凌掩发生之前一定要经过多次测试以确定ISO感光度。为了使ISO感光度降低，凌日时最好使用密度3.8的巴德膜，凌月或掩星则必须使用较高的感光度。如果使用的是天文摄像头，则可以通过控制增益来调整出合适的曝光。

技巧与注意事项

（1）是否使用赤道仪

如果国际空间站凌掩中心线距离你的位置比较近，那笔者还是希望你使用赤道仪进行拍摄。相反，如果你需要长途跋涉，而且无法自驾，那笔者还是奉劝你使用轻便的支架系统，如质量较好的三脚架等。赤道仪虽然因为重量大不方便携带，但可以跟踪天体的移动，方便我们进行拍摄。如果没有赤道仪，我们则需要经常调整望远镜的角度，甚至做好提前量等待拍摄时国际空间站和被凌掩天体恰好处于视场中央。

（2）使用GPS定位和授时设备

我们可以用Google Earth打开下载的xml文件，查看出具体的过境地理位置坐标和对应的具体时间。因为Google Earth地图和坐标系统存在一定的误差，我们到达预定观测地之后，可以通过GPS设备检查地理位置坐标是否准确，并通过GPS设备上的卫星标准时间来辅助拍摄。

（3）使用数码单反相机

数码单反相机（DSLR）具有小巧轻便的特点，便于远距离拍摄携带，并且具有成像分辨率高的特点，是拍摄国际空间站凌掩天体理想的后端拍摄设备，但其使用也存在一定的缺点，如高速连拍频率低。目前主流的数码单反相机的连拍频率约为每秒6张，在使用快门线的前提下，这个速度在拍摄国际空间站凌掩天体的过程中最多只能拍摄到6、7张。为了保证高速度的连拍，存储格式不能选用RAW格式，只能选用JPG格式，这对于后期处理略有不利。使用数码单反相机通常会在凌日前10秒左右按下快门，并在凌日后10秒松开，以保证凌日时刻处于相机高速曝光的过程中，提高拍摄成功率。

（4）使用天文摄像头

天文摄像头目前普及率比较高，它同普通视频摄像头类似，拍摄帧率高是其优势。较好的天文摄像头可以达到每秒30帧的拍摄速率，这跟数码单反相机相比，能够拍摄到国际空间站凌掩天体的照片张数变多，过程将更加详细。由于笔记本硬盘空间较大，我们可以长时间曝光，与数码单反相机20秒的高速连拍相比，更易获得成功。使用视频叠加的处理方式，我们甚至可以处理出更加清晰的国际空间站形态。但天文摄像头的缺点也比较明显，需要配合使用笔记本才可以使用，这也增加了外出拍摄的负担。与凌日和凌月时光照充足相比，笔者推荐在掩星时使用天文摄像头进行观测与拍摄。

（5）其他

拍摄国际空间站凌掩天体是一个特别细致和精确的事情，一些小小的细节的疏忽足以导致拍摄失败，拍摄前花点时间列出详细的拍摄计划可以保证拍摄的成功。我们需要列出具体的时间和事项，如需要准备什么器材，几点开始收拾器材，几点开始出发，如何到达观测地，会不会堵车，到了观测地之后怎么架设器材，会出现什么突发问题……这些都是要提前细致地考虑和计划。

此外，笔者还需要提醒大家的是，最好提前至少半个小时到达观测地，并且出发之前一定要再次查询一下凌掩预报，防止国际空间站发生变轨；使用数码单反相机的同好一定要提前更改照片存储格式，并测试最长连拍时间可以达到多少，防止实际拍摄过程中相机因为无法储存大容量照片而卡住；无论如何搭配望远镜和后端拍摄设备，如果条件允许的话，白天或者夜晚提前测试曝光参数将提高拍摄的成功率；最好不要一个人前往观测，同去的人可以帮助搬运器材，帮助报时读秒，甚至在关键时刻出点子帮助拍摄成功……

拍摄实例

如图24，笔者曾经在2013年5月13日成功拍摄过一次国际空间站凌日。从笔者有计划拍摄国际空间站凌日到当天拍摄成功，这之间有五个月的时间。这五个月里不是凌日带离笔者太远，就是天气不理想，再或者笔者没有空闲时间，各种各样的原因导致了拍摄国际空间站凌日成了一件非常奢侈的事情。

如图25，以当时拍摄的前后10天为例，大连地区250km范围内共有四次国际空间站凌日的机会，可除了这四天，其他时候全部都是晴天，唯有这四天不是阴雨就是多云，5月13日貌似是最好的一次机会了，笔者在心里默默许诺一定要拍下这次国际空间站凌日。

如图24，此次凌日位置在大连北站附近，距离我的位置比较远，时间为12:51:10.21，凌日最大时长为0.6秒，国际空间站视直径60.3角秒，凌日时与笔者的距离为458.7km，运动速度为每秒56.1角分，凌日投影在地面上的移动速度为7.389km/s，凌日带宽度5.9km，是一次观测条件十分理想的凌日。

根据这次预报信息，结合自己拥有的器材，通过Pixel Resolution & Field of View Calculator网站查询，笔者决定使用口径107mm，焦距700mm的折射天文望远镜，搭配D7000数码单反相机进行拍摄。国际空间站在照片中将占据50像素X 50像素。根据国际空间站的移动速度和太阳视直径大小，推导出JPG格式连拍速度为6张/秒的D7000数码单反相机最多可以拍摄3张照片。在曝光参数设置上，我的望远镜焦比为6.5，是固定不变的，经过计算，曝光时间控制在1/2000秒才能保证不拖线，ISO感光度需要到拍摄现场进行测试，根据经验值暂定为ISO400。

此次凌日带距离笔者的拍摄地大连理工大学足足有20km的距离，如图26和27。为了轻装出发，笔者没有携带赤道仪，只携带了普通摄影使用的三脚架和快门线。为了保证能够顺利拍摄，还邀请了天文爱好者协会的同好孔令杰一同前往拍摄，借此次发稿的机会再次感谢孔令杰对笔者的帮助！

图24 2013年5月13日凌日预报

图25 2013年5月13日天气预报

图26 前往观测地计划路线

图27 计划观测地与凌日中心线的关系

13日早上天气不是特别好，晴天钟显示中午时分有阵雨，但根据以前观测的经验，中午时分在远离市区的地方，热岛效应减弱，有可能是晴天不下雨的，这一推断对笔者成功拍摄起到了至关重要的作用。

笔者和孔令杰带着器材打车直奔大连北站附近的观测地，此时距凌日还有整整一个小时，天空中的云在渐渐散去，只有一点点雾气，心里万分激动。在选定的观测地支起三脚架，安装望远镜与相机，放置巴德膜滤光罩，连接相机快门线。由于中午时分太阳高度角实在太高，笔者忽略了云台的仰角问题，尝试了多种方法也没有解决。最后在孔令杰的提醒下，才想起来可以将三脚架中轴升起来，虽然不够稳，但短时间内还是可以支撑一会儿的。

在凌日的前十分钟左右，天空基本变晴，比市区内要好得多。笔者将外套脱下来罩在相机上，将头埋在外套里观看相机实时取景放大调焦，调整存储为仅JPG格式，设置高速连拍模式，测试预定曝光参数，最后ISO感光度选用了400。万事俱备，只欠凌日。

如图28，从12:50:50开始，孔令杰根据GPS时钟开始给笔者读秒，笔者于12:51:03按下快门线上的快门，开始了每秒6张高速连拍，持续拍摄了20多秒，共拍摄了156张照片。

顾不上将主镜收起来，笔者先翻看拍摄的照片，当确认成功拍摄到三张国际空间站凌日的照片后，心中真是无比的激动！笔者和孔令杰在路上不断回看照片，觉得雾气对成像还是有一定影响的，国际空间站边缘有一点虚。

图28 拍摄过程

结语

以上便是国际空间站凌掩天体的查询方法和拍摄技巧。如果大家做了精心的准备和掌握了娴熟的技巧，相信成功观测与拍摄并不是一件困难的事情。此外，笔者还要提示一下大家，除了可以固定望远镜守株待兔拍摄国际空间站凌掩天体之外，还可以将望远镜时刻跟踪国际空间站，使其充分曝光，更加清晰地拍下国际空间站的样子（如图29），国外的天文爱好者已经成功进行了拍摄。最后，笔者在这里希望大家勇于尝试人造天体这一拍摄方向，祝各位同好早日成功拍摄！

（责任编辑 苏晨）

图29 国际空间站特写