國立中興大學物理學系

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物理!預報預報
2019-04-23

​​​​​​​南方下的星空:我的觀測紀實 (作者:廖偉鈞 中興大學物理系學生)

去年七月底我去了澳大利亞昆士蘭州的鄉下地區。根據以往經驗,天文觀測是非常花時間且考驗耐心的事情,所以除了看銀河之外的天體觀測,一定要事先擬定計畫書。切記,只要能夠執行計劃書中三分之一的內容就已經很厲害了,千萬別強求要完成計畫表,所以我把計劃書定的很寬鬆,目標鎖定在南方限定或台灣難以觀看的目標。

要找出南方限定的目標的話,可以參考科德韋爾深空天體表(Caldwell Catalogue),傳統上比較會參考的是梅西爾天體表,可是因為梅西爾是在北半球觀測的,所以遺漏了很多南半球的天體。
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圖一: 科德韋爾深空天體表。引用自https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CaldwellStarChart.svg
 
至於南北半球看到的星空有什麼差異呢?首先是南天球的星空比較明亮,也具有較多的球狀星團。這是由於地球自轉軸和銀河面有夾角,銀河中心是位於南天球所致。
南天星空還有一項重大差異,來看看下面的電腦星圖:
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圖二:2019/3/31台中所見星空。
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圖三:2019/3/31澳大利亞昆士蘭州布里斯本所見星空。

你發現了嗎?在台灣可以看到的北天極在南半球卻看不到,只能看到南天極。而且北天極附近有顆明亮的北極星,南天極卻沒有。這個差異造成了很多麻煩事,什麼麻煩事呢?繼續看下去吧!

時間回到我看星星的那天,當時是冬季,戶外還蠻冷的。當天我看到的星空是這樣的:

 
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圖四:觀測當日下午八點星空(UTC+10)。

有沒有看到一個很礙眼的東西呢?對,就是月球。當天接近滿月,所以整個晚上幾乎都看的到月球,而且很亮!要知道月球的亮度足以把其他星星蓋掉,這是當天很不利的因素。晚上七點天空早已全黑,首先拿出我的60 mm折射式望遠鏡,不過此時的南天極方向上有雲,需要等候雲散開。
 
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圖五:南天星軌。單張相片曝光30s f2.2 ISO 125,累積一小時。

此時遇到了大問題,月球的高度會逐漸上升,也就是說影響越來越明顯,而且會越來越靠近銀河,可是雲預估要一小時以上才會散開。在等待同時我要看的位置雲已經先散開了,於是我先用肉眼透過望遠鏡觀看,但是因為從來沒看過南天星空,所以只能看著星圖慢慢找目標位置;花了不少時間才看到今晚的拍攝目標-船底座星雲。這是一個明亮的大星雲,比著名的獵戶座星雲還要大四倍!是個很理想的目標,不過因為在很南天的位置所以比較不為人所知。位於赤緯-59°52′04″,其實台灣春夏季節也看的到,只是會很貼近南方地平線,不好觀察。

過了一小時多等待雲散開後我可以拍船底座星雲了!另一個問題是因為地球自轉所以星星會一直移動,因此需要赤道儀的幫助,來自動追蹤星星位置抵銷旋轉。可是在使用赤道儀前必須將其對準天極的位置。在北天球有個明亮的北極星可以幫助我們對準,但是在南天球卻沒有。

據說,只要找到南十字和半人馬座,並將南十字兩顆星連線,以及將半人馬兩顆星相連的垂直線交會就是南天極了。但是,事實上焦點並不是南天極,而且還差了不少。
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圖六:尋找南天極。
 
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如圖七所示,南天極旁的星大都很暗,所以要準確找出南天極位置很困難。努力許久後還是無法將赤道儀對準南天極,為了寶貴的觀測時間,放棄赤道儀吧。

各位有沒有想過如果沒錢買貴鬆鬆的設備要怎樣拍星星而且不拖線呢?如果是拍銀河的話,用廣角鏡頭拍個20秒是不會有明顯拖線的,因為地球自轉速度也沒快到馬上拖線,但也很快了。拍攝星雲一般都需要進行長時間曝光,而且即使是最大的星雲仍然必須使用長焦距鏡頭來放大。在沒有赤道儀的情況下,為了不拖線一般來說有以下的經驗公式可以參考:

 
鏡頭焦距×拍攝秒數≤600

舉例來說如果以30毫米焦距鏡頭拍攝的話,最多可以曝光20秒不拖線。

考量到沒有赤道儀以及月光干擾的情況,後來決定以100毫米的鏡頭拍攝船底座星雲,單張4秒鐘,ISO3200,f2.8,拍攝90張,回國後由電腦疊圖。這是天文攝影常用的技巧,不必單一一張相片就曝光數十分鐘一小時,而是拍攝很多張較短時間的相片,做疊圖處理。

單一張相片的效果如上圖七,根本看不到啊!說好的紅色星雲呢?在原圖裡大概是在中偏右的下方,只能勉強看到一點點。所以只能進一步地進行疊圖了!

 
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圖八:疊圖後的船底座星雲。紅色的就是船底座星雲,星雲下方有個小小的紅色星雲則是鑰匙孔星雲,不過太小了看不清楚。
 
有沒有差超多~沒有用昂貴的赤道儀照樣能拍出美照!

不過船底座星雲在台灣要看也是看的到的,所以再來挑戰一個真正南半球觀看限定的目標-小麥哲倫星系。赤緯-72°49′43″造成只有在南半球或是很低緯度的北半球有機會看到,台灣完全沒有機會看到。

 
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圖九:疊圖後的小麥哲倫星系。
 
這個星系的亮度比船底座星雲還暗,所以更難拍攝。不過拍攝時意外的小驚喜是拍到了流星!當天並不是什麼流星雨的極大期,再說鏡頭拍到的範圍其實真的很小,要在那麼小的範圍內、在那四秒鐘內拍到流星,就算是流星雨時也很困難。有拍到流星的那一張相片如下:
 
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圖十:小麥哲倫星系與流星(單張)。

也是一樣,單張根本看不出什麼,還是必須經過疊圖處理才行。天氣越來越冷,而且月球高度又越來越高,若是想拍銀河最好趁現在,不然就沒機會了。在台灣拍攝銀河會發現有部分銀河是在地平線之下,今天終於有機會看看地平線之下的銀河,當然要把握機會囉。

不過在月光的影響之下,其實連肉眼都無法看得很清楚。而且長時間曝光後會發現整張都便白色的,因為天空背景太亮了,所以還是得用上疊圖處理。先讓大家看一下單張的,效果實在不太好。
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圖十一:銀河。
 
接著讓大家看一下疊圖後的結果吧。
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最後呢,趁雲都散掉時再重拍一張南天星軌吧。
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跟平常看到的星軌不一樣吧,中間並沒有北極星喔,這就是北天極和南天極最大的差別。
以上所有拍攝照片版權屬於 廖偉鈞同學所有,請勿盜用。