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天文望远镜配件详释

1 目镜  2 寻星镜   3 观测用辅助配件   4 光学配件
 5 太阳观测配件  6 摄影配件  7 赤道仪配件  8 脚架架台配件

 1.目镜

  原理--从望远镜主镜来的光线在焦点处成像,但是这个像很小,必须再用一组透镜置于主镜的焦点处,将物体的影像放大,以利肉眼观看,这一组透镜称为目镜。望远镜制造商所生产的目镜种类繁多,用途、功能皆有所不同,而且目镜品质的高低对眼视观测的品质影响很大,不可不慎重地选择。
  选择一颗目镜除了要配合自己望远镜的目镜座规格及考量望远镜的焦长外,目镜的色差修正程度、解像力、像场平坦的程度及可见视野角度等都是必须注意的重点。
  焦距--目镜成像的焦点距离长度。目镜焦距的大小都直接刻在目镜上,目镜焦距决定了望远镜的倍数,短焦距有高倍率,长焦距有低倍率
  规格--这是指目镜接上目镜座的部份的直径大小。有2吋(50.8mm)、1.25吋(31.7mm)及0.965吋(24.5mm)等三种。另外有一些特殊规格的目镜如43mm、36.4mm等则不予讨论。目镜可直接插入同规格的目镜座内,然后用目镜座上的螺丝或垫片来固定目镜。
  德国及日本的望远镜厂商在较早时期采用的是24.5mm的规格,外形轻巧。但受限于体型,焦距超过25mm的长焦距目镜,视野会变得很窄,很难观测。为了克服这个问题,日本厂商采用36.4mm螺牙式这种奇怪的规格,在使用上非常不方便,在市场上也渐渐被淘汰了。
  美国厂商采用的是31.7mm及50.8mm的规格,最近日本厂商也大力推出这种规格的目镜。由于体形较大,31.7mm规格的目镜,焦距可以从数mm做到40mm,而且视野较广,有利于眼视观测。
  更大的50.8mm规格的目镜适合更长焦距的目镜,而且可以加大目镜的可视视野,对极低倍的观测来说,使用50.8mm的目镜,彷佛有如乘坐宇宙飞船在外层空间看星星般舒服。


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 2.寻星镜

  如果望远镜的倍数低,看到的视野会较广;相反的,如果望远镜的倍数高,看到的视野就会较窄。使用望远镜做天文观测时,通常倍数都不低,在狭窄的视野内要找到那么小的天体,是相当不容易的事。另外像牛顿式反射望远镜,目镜座的位置是在镜筒的前侧方,眼睛观看的位置与望远镜的筒口指向呈90度垂直,要把欲观测天体导入视野内也是不容易的。为了让望远镜能快速地找到要观测的天体,利用另一支低倍数的望远镜来辅助,以方便找到要观测的天体,这一支低倍数望远镜就叫寻星镜。寻星镜虽然倍数低,但它仍是一支天文望远镜,看到的仍然是上下左右相反的影像,在操作上会有些许不便。因此有少数几款较高价的寻星镜,为方便使用,在光路中加入了正像棱镜,使得影像是正立的,在操作上就方便多了。

  在寻星镜的视野中央,有一个十字线,当主镜与寻星镜完全平行时,寻星镜的十字线中央就是主镜视野的正中央,所以只要把欲观测天体放入寻星镜十字线中央,主镜在低倍数下就可轻易地看到这个天体。
  绝大多数望远镜的寻星镜都是折射式的。但也有极少数厂商的望远镜采用折反射镜当寻星镜,至于孰优孰劣就见仁见智了。
  型式--除了大型天文台级的望远镜之外,业余同好使用的望远镜的寻星镜口径都很小,倍数通常是固定的,最常见的型式有:5×25、6×30、7×35、7×50、 8×50、11×70等几型。事实上,拿一部小口径的望远镜配上低倍数目镜,也是可以当做寻星镜来用的。
  表示寻星镜的方法跟双眼望远镜一样,前面的数字是表示倍数;后面的数字是这一支寻星镜的口径,单位是mm。"×"是倍的意思,不是把这二个数字相乘,可不要告诉别人说,您的寻星镜或双眼望远镜有350倍(7×50=350)。
  照明--虽说利用寻星镜的十字线,可以方便、快速地找到欲观测的天体,但在黑暗的夜里,肉眼无法看见这个黑色的十字线,也就无法知道寻星镜的正中央在那儿了,所以需要一个照明装置来照亮这个十字线。照明装置有二种型式:一种是把整个视野都照亮,所以就可看见十字线了;另一种是只照亮这十字线,其余视野仍然是黑暗的。很显然地,只照亮十字线的方式好多了。只照亮十字线的照明装置,让整个视野仍然是黑暗的,微弱暗淡的天体仍然可在寻星镜内看见,而整个视野都照亮的方式就看不见暗淡的天体了。
  调整--为了能让寻星镜的视野中央与主镜视野中央完全平行,寻星镜的调整是不可或缺的。寻星镜的支撑座前后各有三支调整螺丝,前方三支螺丝较小,是固定用的;后方的三支螺丝较大,是用来调整寻星镜指向用的,在这三支螺丝上还套有一个螺丝帽,以咬住螺丝避免松动。要调整寻星镜与主镜平行,以白天的时候较适合。望远镜架在赤道仪(或经纬仪)上,不要打开马达,并固定住架台的转动轴。先将主镜以低倍率看到数百公尺距离以上的远方景物(以尖塔或树梢较好),再来主镜换上高倍率目镜,将目标景物调整到视野正中央,然后看寻星镜,利用寻星镜支撑座后方的三支调整螺丝,以转松一支螺丝的同时转紧另一支螺丝的方式,慢慢将寻星镜的十字线中央对到主镜视野中央看到的目标景物,这样主镜与寻星镜就完全平行了。如果需在夜间调整,过程同白天的调整法,但赤道仪必须打开马达,让赤道仪保持在追踪的状态,然后将望远镜对到北极星,以北极星为目标星来调整主镜与寻星镜的平行。

3.观测用辅助配件

  目镜规格转换头--前面在叙述目镜座时有提到,目镜座有2吋(50.8mm)、1.25(31.7mm)吋及0.965(24.5mm)吋等各种规格。如果望远镜只有一种规格的目镜座,但偏偏有二种或三种不同规格的目镜,这时只要有各种目镜规格转换头就可以让不同规格的目镜都使用同一种目镜座了。当然,购买望远镜时,可以同时购买数个不同规格大小的目镜座,但目镜规格转换头的价格显然便宜多了,所以比较划得来。
  目镜规格转换头是一个二端有不同规格大小的中空金属筒,其中一端是插入望远镜的目镜座,而另一端则用来插入目镜。例如目镜座是1.25吋的大小,目镜是0.965吋的大小,这时只要利用一个插入目镜座这端是1.25吋、用来插入目镜的这一端是0.965吋的转换头,就可以让小目镜放入大目镜座中了。反之大目镜要放入小目镜座中,也是利用同样的方法。
  直角棱镜--当使用折射望远镜来观察天顶附近高仰角的天体时,由于折射镜的镜筒较长,目镜位置又是位于镜筒的下端,使得观测的姿势变得很不方便。如果可以把望远镜的光路转个弯,让目镜不是朝下方而是朝侧面,就可以用比较舒服的姿势观察天体,这种将光路转90°的装置,就叫做直角棱镜。
  直角棱镜是利用一个直角棱镜或一面平面反射镜将光路以90°反射到另一侧,以方便观察高仰角附近天体的辅助配件。使用直角棱镜的方法与目镜一样,只要将直角棱镜的一端插入目镜座内,再将目镜插入直角棱镜的另一端就可以观看了。直角棱镜与目镜的规格一样,有2吋(50.8mm)、1.25吋(31.7mm)及0.965吋(24.5mm)三种,必须同规格大小的直角棱镜与目镜座才能使用。
  直角棱镜有棱镜型及反光镜型两种。棱镜型的直角棱镜是在直角棱镜内加入一个直角三角形的透明玻璃,光线进入棱镜后,被斜面全反射出另一侧,所以光路转了90°。平面反射镜型的就类似牛顿式反射镜,利用一面椭圆形平面反射镜将光路以90°反射到另一侧。使用直角棱镜看到的影像是上下正立但左右相反的影像,因此利用直角棱镜观察天体时,要特别注意方向的问题。另外,使用直角棱镜时,对焦筒只要伸出少许的量就可对到焦,对于对焦筒伸缩量较少的望远镜,使用直角棱镜时要特别注意能否对到焦。

  正像棱镜--正像棱镜是在光路中使用二个棱镜,让影像转成正立像,因此透过棱镜看到的是正立的影像,就如同肉眼直接看到的样子。这种方式的棱镜也会使对焦的伸出量缩小,所以也要注意望远镜能否对到焦的问题。


 4.光学配件

  像场修正镜--像场修正镜(Field Flattener)是一组用来修正折射式望远镜视野不平坦现象的透镜组。望远镜形成的影像平面不是平坦的,而有弯曲的现象,如果接上相机做直接焦点摄影,会发现在相片四周边缘的星点呈放射状,这就是像场弯曲。加上像场修正镜后,能把影像平面修正成平坦的,做直接焦点摄影时就不会有星点呈放射状的问题。像场修正镜只修正像场弯曲的问题,并不改变望远镜的焦距长度。
  另外在如牛顿式反射望远镜上,在视野四周边缘的星点会有呈三角形扩大的现象,有如小彗星般,这个称为彗像差。修正这种彗像差、并使视野平坦的修正透镜称为彗像差修正镜(coma correct)。彗像差修正镜也不会改变望远镜的焦距长度。
  减焦镜--天文望远镜的焦距是固定的,焦比也是固定的。在天文摄影时,有时望远镜原始的焦距会太长或焦比太暗而不利于星云星团的摄影。利用一组透镜把望远镜的焦距缩短、减少,让焦比亮一点,影像范围扩大并修正像场及像差,这种光学配件称为减焦镜(Reducer)。减焦镜大约可把望远镜焦距缩短到原始焦距的0.6~0.8倍,但减焦程度不可太大,否则视野四周的影像品质会下降。
  减焦镜大部份是用在天文摄影的时候,但是眼视观测也是可以使用的。比如说,望远镜的焦距太长,无法用低倍数来观察大面积的天体时(如月面),就可以把望远镜先接上减焦镜,先缩短焦距长度,再用低倍数目镜来观察。
  延焦镜--与减焦镜刚好相反的光学配件是延焦镜(Extender)。延焦镜的目的是把望远镜的焦距再延长,让天体的影像或望远镜的倍数能再放大、提高。近年来,使用新型超低色散玻璃材料或莹石的天文望远镜焦距都不长,所以望远镜制造商生产了很多专为天文摄影设计的延焦镜。天文摄影用的延焦镜,大约可把焦距延长1.4~2倍,除了保持原望远镜的光学品质外,并可修正像场及像差。眼视用的延焦镜又称巴洛镜(Barlow),焦距可延长2~3倍,甚至有高达5倍的巴洛镜。

 5.太阳观测配件

  投影板--当我们使用望远镜做太阳的观测时,其实是非常危险的。太阳是一个高温且极亮的天体,如果以肉眼直接观察太阳,很容易对肉眼造成无法弥补的伤害。使用投影板是最安全且方便的观察方法。
  一套太阳投影板包含一片黑色遮光板、一片白色投影板和用来连接投影板及望远镜的固定杆。黑色遮光板放在靠近目镜的位置,目的是要产生影子,让光线不会直接照射到后方的白色投影板。在黑色遮光板中央有一个开孔,可让目镜穿过,目镜所投射出的太阳影像就落在离目镜较远的白色投影板上。白色投影板离目镜的距离与投影成像的大小成正比,离愈远成像就愈大。在白色投影板上放上描绘用纸,可将太阳光球面上的黑子描绘下来。
  投影板的位置有二种:一种是直接接在望远镜的正后方,目镜投射出的影像直接落在后方的投影板上,得到的是一个上下左右相反的倒立像。另一种是使用直角棱镜,将光路转90°再投射到投影板上,得到的是一个正立的像。
  太阳滤镜--当不使用太阳投影板而要直接观察太阳时,必须在目镜上装上太阳滤镜来减弱光线,而且望远镜的口径不能太大,以免太阳滤镜烧破造成危险,必要时可以装上二片太阳滤镜。不过这种光路中减光的观测法并不是理想的方法,比较好的方法是先缩小望远镜的口径(缩到大约3~5公分的口径),然后在这口径上装上减光的滤镜,让光线先减弱再进入望远镜内,使得光到达目镜及眼睛时,已没有高热和强光,避免对肉眼及目镜造成伤害。
  太阳棱镜--和直角棱镜一样,都可以把光路转到另一侧来观察,但太阳棱镜只反射了大约4~5%的光,其余95~96%的强光和高热都从棱镜斜面处的后方散出,所以在观察太阳时,危险性就降低了许多。不过使用太阳棱镜时,仍然要配合使用其它的减光措施,如主镜前减光或目镜装上太阳滤镜减光,不减光的话,仍然是不可以直接观察太阳的。

 6.摄影配件

  相机接环--望远镜的目镜座,是用来放置目镜以观察天体之用,并不能直接接上相机摄影。当需要用望远镜来拍摄天体时,必须把目镜座拆卸下来,并装上相机接环后,才能接上相机。也就是说,相机接环是衔接望远镜与相机的配件,各相机厂牌的插刀座都不一样,所以要注意相机接环与相机必须同一厂牌,不能接错。
  扩大摄影接筒--当要拍摄像行星这种视直径很小的天体时,望远镜的焦距绝对是不够的。必须先利用目镜把行星放大,再把这个放大的影像拍下来。这个衔接望远镜及相机,并可以装上目镜的配件叫做扩大摄影接筒。扩大摄影接筒是一个空心金属筒,中间可放置目镜,并且可以任意更变目镜以改变放大倍率。并不是只要扩大摄影接筒就可以直接接上相机,必须再接上相机接环才能接上相机,所以可以用各厂牌的相机来做扩大摄影。
  自由云台--如果只要用相机镜头来拍照,如拍星座或大彗星等,这时会把相机架在自由云台上。自由云台又称球型云台,其实就是一般摄影用三脚架上的那个云台,只是一般摄影会用三向云台,而在天文摄影上大都使用自由云台。自由云台只要松动一个扳手就可以自由调整相机的取景,在天文摄影上比较便利。
  云台板--正常状态下,一部赤道仪上只能架上一部望远镜,但在追踪摄影时,必须要有第二部望远镜来导星,所以必须同时在赤道仪上架上二部望远镜。因此在赤道仪架望远镜的位置处,先装上一块金属板,在这块金属板上就可以架上多部望远镜了。这块金属板称为云台板,绝大多数的云台板采用铝合金材料,不仅加工容易,而且强度足、重量也较轻。
  云台板是最能自行设计、加工的望远镜配件,我们可以根据赤道仪的大小、望远镜的长度、重量及螺丝孔径、位置等因素,决定一块云台板的大小,然后去金属材料店切一块适合的铝合金,再委托铁工厂加工。这样的云台板不仅实用,而且比买原厂的云台板便宜非常多。

  导星望远镜--当望远镜接上相机做天文摄影时,相机的反光镜会弹起,让天体的影像直接到达底片而不是到达相机的窗口,因此在相机窗口内看不见任何影像。同理,如果赤道仪的追踪出现误差,也无法透过相机窗口来发觉。导星镜(Guidescope)就是用来发现追踪误差的辅助望远镜。也就是说,在天文摄影时,在同一部赤道仪上架设二部望远镜,一部做摄影用,另一部接上导星监视目镜做导星用。导星用的望远镜几乎都是折射式望远镜,受限于中小型赤道仪的载重限制,导星镜的口径都不能太大,大约在5~8公分左右。在大型天文台的望远镜系统上,甚至有口径15公分以上的导星镜。
  导星可动云台--基本上,在天文摄影时,导星镜与主镜对准同一个天体最好,但这个天体附近不见得有足够明亮的恒星适合让导星镜导星。因此,导星镜如果能独立做上下左右的转动、并有够大的转动范围,以方便在主镜拍摄的天体附近,找到适合的被导星。这种专门用来承载导星镜、并可独立转动导星镜指向的配件,称为导星云台(Guide Mount)。
  导星云台就如同一个小型的经纬仪,可以上下左右转动,不过可转动的程度并不如经纬仪那么大。各厂商生产的导星云台各有不同的方向调整方法,有些高级品还可微动,使用上很方便。选择导星云台最要注意的是锁紧的程度。如果导星云台锁紧程度不足,在长时间曝光下,就容易有松动的情形发生,这对天文摄影的导星是很不利的。
  离轴导星装置--离轴导星装置(off-axis guider)是一种装在望远镜与相机之间,可将望远镜形成的影像,取相机底片用不到的部份来导星的导星配件。望远镜形成的影像是一个圆形的视野,而底片却是方形的画面,所以在这圆形视野的四周影像是不能被底片利用的,而离轴导星装置就是利用这四周的星点来导星。离轴导星装置可以在光轴上做360°的旋转,以找寻够亮的恒星来导星。这种直接使用主镜来摄影并同时导星的方法,其实才是正确的做法。因为这种方式的导星,在导星监视目镜内,不但可以观察到赤道仪的追踪误差并修正之,连主镜的任何变形也能发觉并同时修正,比起使用导星镜导星的方法来说,不但省下昂贵的导星望远镜,导星成功率也要好得多。但是离轴导星有一个极大的不便,就是在这个视野四周,不见得有足够明亮的星可让肉眼看到并用来导星。这也就是为什么除了使用CCD导星的人以外,没有人用离轴导星装置来导星的原因了。

  导星监视目镜--不管是使用导星镜还是离轴导星装置,在导星时都必须加上导星监视目镜才能导星。导星监视目镜是一颗高倍率的目镜,在视野内除了星像外,还可看到一个红色的瞄准线。把被导星放在瞄准在线,利用被导星在瞄准在线的移动情形,就可知赤道仪的追踪正确与否,并可修正误差。
  导星监视目镜内的瞄准线样式繁多,最常见的有 型、 型及 型等,有些厂牌的导星监视目镜可以调整瞄准线的位置,甚至有的还可以更换目镜,导星时可以自由决定导星的倍率,十分便利。照亮瞄准线的照明方式也有明视野照明及暗视野照明等两种,选择上如同寻星镜的照明一样,以暗视野照明的方式比较理想。


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 7.赤道仪配件

  极轴望远镜照明灯--在前面的赤道仪部分有提到,极轴望远镜是最方便快速对正极轴的辅助工具。但在黑暗的背景天空内,是无法看到极轴望远镜内的刻度的,就如同寻星镜那样,所以必须要使用极轴望远镜照明灯来将刻度照亮。在较旧型的赤道仪上,极轴望远镜照明灯是外挂的;而现今较新型的赤道仪,都把极轴望远镜照明灯内藏在赤道仪内了。
  照亮极轴刻度的方法,也如同寻星镜的照明一般,有二种方式:一种是暗视野照明,一种是明视野照明。暗视野照明是比较好的方式,但这种照明方式价格都很贵,且不容易制造,所以只有少数的赤道仪采用;而明视野的照明方式则是几乎所有的赤道仪都用这种方式。
  水平器--判断赤道仪的脚架架台是否水平的小工具,位于赤道仪与三脚架衔接的座上,而不是在脚架上。赤道仪要对到正确的北极点,必须先将赤道仪架台水平。赤道仪架台水平后,极轴望远镜才能水平,这时极轴望远镜内的刻度才会在正确的位置,这样子用极轴时刻盘所得到的北极星位置也才能正确地导入。也就是说,如果架台没有水平,则极轴望远镜就无法水平,这时虽然用极轴时刻盘得到正确的北极星位置,但因为极轴望远镜内的刻度不在正确的位置,那北极星导入也就不在正确的位置上了。

  不过后来较新型的赤道仪,都把水平器设在极轴望远镜上。事实上,这是比较方便的方法。因为要对正极轴,只要极轴望远镜水平就可以对正了,脚架不平是无所谓的。但是对于没有极轴望远镜的大型赤道仪而言,架台水平是非常重要的一个动作,所以在没有极轴望远镜的大型赤道仪上都一定有水平器。


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 8.脚架架台配件

  高度调整座--安装在三脚架(或直柱脚架)上的移动用赤道仪,必须要在赤道仪架台水平的状态下,才能对出准确的极轴。可是观测地点的地面不见得够平坦,如果赤道仪又刚好是用固定式的三脚架(或直柱脚),不能调整伸出的长度,这时就无法让架台处于水平的状态,极轴就可能无法快速准确地对准。
  解决这个问题的方法就是在三脚架的各脚下(或直柱脚下方的三支爪子下)垫上一个可调整高度的高度调整座。高度调整座是由二片圆形的金属板组成,二片金属板互相连接住,可以张开而不能分离。上方的金属板有一支大型螺丝,旋转这支螺丝可以调整二片金属板张开的距离,这样就可以调整三脚架的高度,也就能调整赤道仪的水平了。
  这种高度调整座除了可调整高度以保持赤道仪水平之外,还可应付松软的地面。不管是三脚架或是直柱脚,末端都是削尖的,在较松软的地面上架设赤道仪时,可能会发生下陷的问题。所以高度调整座不但可调整赤道仪水平,而且还可避免因地面松软而造成整组望远镜下陷甚而倒塌。

 

 

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