Practice

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2014年3月24日 星期一

新歡 -- 火星

日期: 2014-3-22/23 22:30 ~ 23:50
地點: 自家屋頂
目標: Jupiter, Mars
主鏡: TEC140 / T-Mount; FC-76DC / DM4
Seeing: 3~4 (Average ~ Below Average); Transparency: 4 (Below Average); SQM: 18.49/18.76

難得有星空的春夜總還是佈著一層薄霧, 更糟的... 不知道是不是這層薄霧造成低空人工光的漫射? 整片夜空品質糟透了, 人工光害密集處更顯糟糕, 西邊 (竹北新竹方向), 北二高方向一片白/黃茫茫, 只能望著有豐富星系的春天流口水了... 還好宇宙之大無窮無盡, 沒有星系還有許多美麗的雙星, 然而今年一個新目標深深吸引著我, 這個新歡就是每 26 個月就會運行到以地球在中間, 與太陽分在相反兩邊並接近我們一次的戰神火星.

對於火星, 自己當然還只是幼稚園程度, 不過也正因此多了解一些後, 就像踏進糖果屋的小孩般興奮不已, 每到入夜就巴望著這顆迷人橘紅的小圓球東昇, 並衷心祈禱不要被雲蓋掉. 新歡之所以成為新歡, 除了新鮮感以外它也不太煩你, 揮之即來呼之即去, 不用苦等 Dark Adaption, 也不用苦挑無雲無光害的夜晚; 它也像你, 有如此多雷同之處, 就連迴旋一圈從白天到黑夜也是, 24小時37分鐘... 看著它就像看著你的過去, 或是未來, 而且它不待甜至煩膩就退回只能遠觀的距離, 你只能掛在心裡, 一遍又一遍的等它... 回到現實吧... ^^".

許多行星觀測老手每到兩年一次的火星祭, 紛紛丟下手上其它觀測計劃, 滿心期待這次接近又會帶來什麼驚奇在這與地球如此相似且同時充滿神秘與希望的星球.


裝備架好時木星大紅斑剛好現身, seeing 比前幾天差, 不過形狀, 顏色, 層次看起來都沒問題, 160X 下就足夠欣賞, 看來木星的日子已經不多啦, byebye Jupiter... 方向迴轉 180度 對準火星, 亮得有點耀眼, 今天會比較一下 Baader 行星光害濾鏡的效果, 有人說這隻濾鏡看火星效果不賴, 到底不賴在哪? 我知道有不同顏色的火星濾鏡專攻雲氣與極冠, 不過如果 seeing 不佳, 什麼鏡也一樣啦.

Seeing 也是少有人感興趣的科目, 不過最近自己倒也有點不同的體驗, seeing 就算爛也別輕易放棄, 要有耐心等待, 經常會有機會可以等到那麼短暫的一小段超平靜氣流, 你以為只是一小坨的橘球突然寬衣解帶, 凹凸有致一覽無遺, 所有等待的苦悶隨風而逝, 一切辛苦都變值得. 我看書上說 Seeing 是一塊一塊不同溫度, 流速... 的氣體區塊們綜合起來的視覺呈現, 這些區塊大小基本上大約在 100mm ~ 150mm 之間, 密度性質都不同, 折射率當然也不同, 瞄準目標的光路上佈滿不同的區塊無疑會影響觀測品質, 至於影響程度大略可依望遠鏡口徑大中小區分, 如果是小鏡, 區塊大於其口徑, 視野內星點的 airy disk 晃動不已, 但基本上艾利盤面還在, 如果目標是行星, 不良的 seeing 讓整個行星盤面晃動不已, 不過並不影響其解析力. 如果是中型主鏡, 口徑大於區塊, 所以視野內可能有多個區塊的部份, 不同的區塊晃動讓各星點 airy disk 彼此重疊交錯, 進而摧毀艾利盤面結構, 行星盤面模糊跳動, 連帶分解力也下降... 這也是為什麼許多觀測者在 seeing 差時寧可用小鏡的原因, 但別忘了小鏡的分解力有限, 口徑縮小, seeing 的影響雖然變小, 但是分解力也同時降低, 所以也不是萬靈丹喔. 大型望遠鏡的視野可同時裝下許多區塊, 此時關鍵已不在 airy disk, 而是所謂的 seeing disk 了... 小鏡, 中鏡有經驗過, 相當同意這個觀點, 大型望遠鏡沒看過就不敢亂講.

火星目前(3/22, 23)的大小已經接近 14 秒角, 預計到 4/8 會到 15.1 秒角, 這個大小就算用 3" 小折 100X 以上也足夠認出南北兩個極冠. 火星的北半球正進入夏天, 北極冠的冰帽會逐漸縮小並露出許多有趣的地形, 比如說看似圍繞 NPC (北極帽: North Polar Cap) 一圈的黑圈圈, 這個特徵由幾次有做素描的觀察經驗裏不難發現, 用 3" 小折 146X (Abbe OR 9mm, Binotron-27 with 2.3X OCS) 可以清楚看見黑色環狀, 220X (Abbe OR 6mm, Binotron-27 with 2.3X OCS) 黑環變寬, 但解析不出細節, 也環不到 360度, 大約 180~270 度之間. 這個黑環應該是原來被冰覆蓋其實顏色較深的北極高原, 解析度夠厲害的話, 也許有機會可以看見北極峽谷 (或稱博勒拉峽谷: Chasma Boreale)與深達一公里的 Rima Tenuis 呈鐮刀形或新月形的暗帶切入白色極冠... 這個我倒還沒有看見, 專家說 6" 鏡就有機會, 真的還假的?

底下相片南北相反, 那個黑圈圈與延續下去沒那麼黑的部分地區頗像這幾天目鏡看到的效果, 不過沒那麼明顯, 相片取自著名的業餘行星月面觀測網站: ALPO.


下面這張北方高原取自 WIKI, 可以看見像鐮刀一般砍入白帽的峽谷


夏天來臨, 北極冠的冰開始揮發昇華, 形成火星微薄大氣的一份子, 觀測者也有機會在赤道附近一窺其美, 大片的雲盤旋在塔爾西斯 (Tharsis) 與 亞馬遜 (Amazonis) 地區的火山側, 尤其晨間白茫茫的雲霧蔓延於塔爾西斯山群, 讓幾座著名的火山奧林帕斯山(Olympus), 艾斯克雷爾斯山(Ascraeus), 帕弗尼斯山(Pavonis), 阿爾西亞山(Arsia) 呈現黑點被其對比顯現出來. 飄至南半球的白雲經常叢集於南部超大撞擊坑希臘撞擊盆地 (Hellas) 上空, 不小心很容易誤認為南極冠呢, 不過最近通常我觀測的時間(23~24)剛好是 Hellas 的另一邊. 下圖是很漂亮的飄雲圖, 看了真令人心嚮往而神馳呀...


除了極冠與雲以外, 沙塵暴也是火星觀測者津津樂道的目標. 沙塵暴在整個火星四處都可能發生, 偶爾還會有全球性的大風暴, 沙塵暴會以白色或黃色的面貌呈現, 如果發生在低反照率 (Albedo) 之處就相對容易辨識. 從歷史的統計紀錄看來, 沙塵暴較常發生在幾個平原地區: 希臘區 (Hella), 埃律西昂 (Elysium), 克里斯 (Chryse), 太陽湖 (Solis Lacus)... 這個太陽湖傳說是火星人的首都, 又稱為火星之眼, 因沙塵暴的關係而變幻莫測, 宣稱發現火星運河的天文學家羅威爾 (Pervical Lawrence Lowell) 就說火星所有運河的交會地就在此. 2005 年 10 月底一次大型沙塵暴發生在克里斯平原, 沙塵溢出晨曦灣 (Aurorae Sinus) 峽谷, 在高反照率的條件下讓業餘的望遠鏡都有機會可以看見著名的水手號峽谷 (Valles Marineris) 呢.

火星, 或其他行星月面觀察都會提到反照率 (Albedo), 火星的低反照率特徵地形其實經常在變動, 不過我覺得這已經屬於很高階需要持續長期觀測的專業範疇了... 至於我又看見什麼了呢?

這是 3/22 第一次嘗試畫火星, 其實很混亂, 參考性超低...

 

隔天再嘗試一次... 這次好多了, 很能確定的有 NPC 以及包圍它的黑圈, 黑圈以南有明顯倒三角形暗區, 我猜是阿基達利亞 (Acidalium) 海或平原? 再下面有另一塊暗區, 這片的邊界就不太容易界定, 我猜是 Erythraeum 海跟延伸至薩瑞南海 (Sirenum) 這一帶; 夾在這兩暗區中間有一條頗亮的帶狀, 我也用猜的是塔爾西斯 (Tharsis) 平原, 因為這條白帶上有些部分非常亮, 會不會就是前面講的雲呢? 哈哈~ 都是用猜的, 沒關係... 多看幾次, 不相信未來分不出一二.

 

2014年3月18日 星期二

月光光星慌慌

日期: 2014-3-17 22:50 ~ 23:50;
地點: 自家屋頂
目標: Jupiter, Mars, Lunar
主鏡: TEC140 / T-Mount
Seeing: 3~4 (Average ~ Below Average); Transparency: 5 (Poor); SQM: N/A

又是長長烏雲罩頂的日子...

好不容易等到白天看得見陽光, 儘管入夜後依然一層薄雲, 也不管是不是月光光, 裝備收一收執意就爬上屋頂了. 順便也試試看換了直腳後的架台上下樓有沒有困難? 還好還好, 一切順利. 上樓前就打定主意今晚的目標是月面, 木星跟火星. 月齡 17, 印象裏柏拉圖坑的位置會不錯; 還有, 查過木星APP, 大紅斑剛好露臉; 而且 2 年 2 個月一次的火星剛好接近中 (地球夾在火星跟太陽中間), 春天後母心, 此時不看更待何時?

不過這種天況, 除了測器材對焦距以外還能幹嘛? 有點吊詭的... 其實月光光對行星觀察反倒頗有可為之處喔. 很多資深行星觀測者都有過類似的經驗談, 先破壞掉 Dark Adaption, 想盡辦法... 看附近的燈光, 不要用紅光, 改用白亮 LED 手電筒照月面地圖... 總之想辦法摧毀掉一直奉為圭臬的 Dark Adaption, 然後再把目光移往目鏡下的行星, 此時將會呈現最恰到其分的對比. 這個說法類似之前講木星時提到的那位老俄天文學家 Vsevolod Sharonov 的說法. 如果做個小實驗, 把房間的燈關掉只留一個光源, 手機或平板好了, 黑暗中盯著它看... 看久會有一點點放大的錯覺,  然後亮與暗區開始有點互相侵蝕對方領土, 最後邊界變得模糊... 這是對比太強烈, 反照率 值太高的結果? 因此, 光害, 週遭雜光... 任何可防止 Dark Adapt 行為的手段都有助於行星觀測, 雖然我自己沒試過, 不過許多人都發現在黃昏天色將黑, 凌晨天色將亮之際, 其他恆星勉強可見之時, 就是行星觀測細節最豐富的時刻呢.

我先看已開始偏西的木星, 高倍失焦時抖晃還算小, seeing 沒那麼糟. GRS 之前看過有經驗之後就很會辨識了, 不過 Binotron-27 高倍時視野有點難疊合, 奇怪了? 眼睛要很貼近目鏡, 眼幅距也要弄到一個點才疊合得到. 薄雲的關係, 倒不需要用濾鏡來壓制耀光, 單眼模式手上的幾隻目鏡, XW, Abbe OR 都很犀利, 最驚奇的是那支 XO 5mm (196X), 大紅斑的層次與顏色都能分辨, 我跟 XW 5mm, Abbe OR 6mm 交叉比了兩三輪, 非常確定 XO 的清晰度絕對勝過另兩隻.

然後移到東昇不久的火星, 三月份的雜誌有做火星專輯, 可惜沒收到, 氣ing... 寫信跟雜誌社唉, 雜誌社說三月分那本已經絕版了, 會幫我把訂閱的期限延長... 嗚嗚嗚, 真傷心, 只好看字小小的電子版. 因為還沒了解一下火星的地形, 只好加減描述看到的情形, 不過據說火星的明暗區因為經常受到像大型沙塵暴之類的氣象因素影響而變來變去, 沒有長期觀測當基礎資料的話也很難搞得清楚... 回到觀測當時, 火星角度不高, 高倍失焦時抖晃嚴重, seeing 與天頂比起來真是天壤之別, 加上視直徑沒那麼大 (到四月最大時會有 15.1"... 已經不錯了, 一月底時才 9", 不過等到下下次的 2018 會大到 24.3" 喔), 單眼能辨識的比較有限, 而雙目就多出不少細節, 不過不管單眼還是雙眼, 低倍或高倍, 小橘球的頭頂 (應該是北極帽吧?) 一片白都很容易看見, 火星隔著地球在太陽另一邊時好像是北半球的夏天, 所以北極冰帽應該會漸漸變小, 這有機會要持續觀察並且記錄一下, 退冰後的地區會有一些地型特徵, 像環狀暗帶之類的可以觀察... 雙目視下 (142X) 的火星頭頂白帽之外還能看到下半部有一塊呈現三角形的黑影, (212X) 之後右側邊邊有一抹相對白的窄窄區域, 感覺好像下雪喔, 南極帽也接著出現, 面積比較小, 但是比較白(或亮), 北極帽下緣也有範圍頗大不規則的暗帶, 不過沒剛剛那塊黑色三角形明顯. 這些特徵可以到一些火星迷的觀測網站對照一下是不是幻覺, 例如: 這個架在日本的 ISMO 網站 , 看了才知道人家有多瘋, 哈~

過足火星癮後, 移往上方的月亮, 望遠鏡下可以看見雲一直在飄, 可是畫面還算穩定喔. 柏拉圖坑的中央小坑, 目鏡隨便對就看見了, 就算只有 108X (9mm) 也 ok, 160X 以後小坑出現兩個, 位置如底下紅圈圈處:


黃方框的山壁也很清楚, 立體感十足, 柏拉圖坑旁邊一點的阿爾卑斯月谷(vallis alpes) 的溝壁在 280X (XW 3.5mm) 下略略可見, 倍率到頂 392X (NT6 2.5mm) 看有沒有機會認出傳說中月谷裏的小溝... No, 沒機會.


認出 sabine 與 ritter 後, 阿姆斯壯坑也沒問題, 一度還以為看到阿德林坑呢... 我也好玩的分別用左右眼各個角落試試看那邊最銳利? 結果是右眼右下角最厲害, 右眼右上角也不賴.

今晚許多畫面都是第一次的驚艷, 如果這些真的都是因為 TEC140 的原因, 那就太感動了...

2014年3月12日 星期三

高橋雙目裝置 Twin View

每天都陰陰的, 下雨下個不停, 煩啊...
 
前一陣子在日本拍賣網站發現這個稀有的高橋雙目裝置 Twin View, 不管三七二十一就把它標下來先 

 
幾年前剛接觸雙目視裝置時就知道有這個產品, 當時覺得還蠻難得的, 因為在我粗淺概念裏, 老美目視的人多, 像 TeleVue 與其他大廠會出雙目視可以理解, 不過像日本台灣, 感覺人手一台相機全都在拍照, 出這種東西要賣誰啊? 那如果高橋出了, 那絕對會是好貨. 不過早已停產, 二手市場也幾乎沒它的蹤跡, 因此就只能變成想像中的逸品.
 
 
這支雙目視應該是 Star Base 這家公司發行, 委託高橋製造, 產品外觀的配色, 塗裝是道地高橋血統, 接環規格也是, 不過只有 Twin View 以及 Star Base 的字樣, 說明書倒是高橋的. 日本賣家並沒有附給我 2X 的 OCS... 其實因為我下標時剩 2~3 小時吧? 也沒看清楚就是了, 預設接對焦座的接口是 2" 規格, 剛旋下來時我還以為那片鏡子是 OCS 呢, 後來才知道不是, 至於它的功能就不是很清楚了, 上宸的詹老闆說, 應該是平場或什麼的, 因為跟顯微鏡的頭很像.
 
拆下來, 這也是一塊菱鏡
 
 整體外型方方正正, 有稜有角, 手感份量十足, 我把其他兩支一起秤重比較一下...
 
TwinView: 784 克
 
BinoVue: 718 克
 
BinoTron-27: 935 克
 
我大概知道早期的雙目視裝置結構多是改裝顯微鏡的頭, 兩個目鏡孔各連接一塊菱鏡, 因此調整眼幅距時焦距也會跟著變.

 
眼幅距調整是左右拉開的, 有刻度

左右兩邊連目鏡座各有一塊菱鏡, 中間還有一塊

中間那塊菱鏡有做一個 Field Stop, 不到 15mm. 做這麼小, 那目鏡如果大一點, 不就都週邊暗角了 (Vignette)? 還是說它的設計僅為高倍的行星月面觀察而已?


其實這個問題我也問過 Denkmiere 的 Russ, 因為他 Powerswitch 上的鏡片量起來也大概只有 23mm... 雖然他堅稱至少有到 25mm... 不過他老兄說他實務上反覆測過, 並沒有差別, 我自己在白天試過 Panoptic 24mm, 的確會有週邊暗角, Abbe OR 9mm 就不會. 回到 Twin View, 最外側的菱鏡外側 Clear Aperture 量起來是大約 20mm, 跟現在中國製的大部分 BV 規格差不多.

 
從最外側可以看見裏面更小的 Filed Stop
 

裝上 FC-76DC 再配上目鏡, 其實蠻搭的, 而且因為它做成 45度, 因此不必用到天頂鏡, 這樣可以省一些光路長, 讓這支小三不需要 OCS 也對得到焦喔.


配上 TAK Abbe OR 目鏡

配上 TV Panoptic 24mm

看太陽還不錯

但是... 只有 Panoptic 24mm 對得到焦, 其它的差一點點, 飲恨... 仔細研究一下是否還有可以動手腳的地方? 有... 那個轉接環, 如果不要卡住應該還能少個 20mm 以上.


因此再度光臨新發現的鐵工廠, 拜託新朋友 -- 留著一頭長髮的中年阿伯蔡老大, 蔡老大收我 500 元, 客製了一個轉接環, 真是讚啊...

跟上圖比, 光路短了一些喔...
 
沒塗漆的就是轉接環, 取代黑色那個
 
接上客製轉接環的樣子
 
大概就這樣囉, 還沒有機會仔細研究其光學性能, 初步與 TV BinoVue 比起來是遜色不少, 畫面有點軟, 傳說中的鬼影在看木星時也會出現... 奇怪, 拆開來看過, 裏面消光做得很好啊? 沒關係, 買來做紀念收藏的.
 

既然拿出秤子, 把望遠鏡也秤一下, TEC 140: 10.2 公斤; FC-76DC: 連尋星器材, 什麼? 才 2.2 公斤, 好棒.


2014年3月11日 星期二

有關目鏡一些簡單閱讀筆記

目標越看不見就越想看見, 尤其還有許多人都說看得見時, 更是想了解為什麼自己看不見呢? 因此這陣子對人眼在天文觀察能力的相關話題很感興趣. 剛好最近也還在翻閱  "Telescope Eyepieces Astrographs (Willmann-Bell 出版)" 這本磚頭書, 對我這樣的天文/光學外行人而言, 讀完每一章節都有不同收獲, 之前不管是不懂的, 似懂非懂的, 還是根本不懂以為懂的... 很多片片段段, 似乎都連結起來得到完整的解答, 再回頭想想以前寫過的, 回過的... 多半都是一堆道聽塗說, 還真是慚愧呢.

上次是從目視的源頭: 眼睛出發, 現在準備接上目鏡...
不過 "光" 穿過目鏡之前, 會先穿過(或反射過)望遠鏡鏡片, 此時若瞄準月亮... 如果是折射鏡的話, 從對焦座那個屁股大洞看進去, 然後稍稍調整眼睛距離... 這樣可以清楚看見一粒小月亮懸在管中... 那是因為眼睛正位在望遠鏡主焦距上, 在這個位置擺上底片或CCD就能成像拍照了. 但是如果要用眼睛接收, 而且想舒舒服服看的話, 目鏡就會是必要的工具... 透過不同透鏡組合, 把成像放大後, 送到後方 "合宜" 位置, 讓另一組成像系統 -- 也就是我們的眼睛 -- 完成一連串接收, 聚焦, 顯影... 的工作.

通過望遠鏡主鏡的入射光源, 經過目鏡框框整理裁切以及透鏡組合處理後, 光軸上目標點的光束會平行光軸出來, 而不在光軸上的目標點光束會跟光軸夾個角度斜斜出來... 那組斜線最外側線框起來的角度範圍叫 Angular Field of View, 應該就是目鏡廠規那個 AFoV 吧? 離軸的光束既然不平行就一定會互相交叉到, 而最外側交叉點點們連起來, 形成範圍之大小是一個對目視觀測者非常重要的值 -- 出瞳徑 (Exit Pupil), 其實就是通過目鏡成像的焦平面啦, 只是用 "瞳" 這個字覺得有點容易造成誤會, 因為 Exit Pupil 講的都是望遠鏡端造成的結果.

如果光看網路上找的圖會有很多地方不容易想通, 因為大部分找到的圖多半為了好解釋而簡化或理想化各種情境, 我也是因此困惑好久, 直到多比對一些書上電腦模擬出來的 ray tracing 才慢慢了解. 比如說, 光憑想像來辨識不同 AFoV 目鏡下的 EP 範圍就出現很多矛盾情形... 事實上超廣角目鏡的各組光束很難全部準確在焦平面交會一起形成一個很好辨識的 Exit Pupil, 往往會前前後後的造成所謂 "Exit Pupil 球差", 這些 82, 90, 100... 度的目鏡組合一大堆鏡片, 每次想認真看都看到頭昏眼花.


出瞳徑那個小平面是已經聚焦成像的... 倘若覺得有點抽象的話, 試試看把望遠鏡對到一定距離外的燈泡, 然後看看目鏡上面是不是有一個亮圈? 這個圈圈就是 Exit Pupil, 又叫 Ramsden Disk, 我知道 Ramsden 應該就是朗式目鏡那位朗式先生, 不過沒聽過 Ramsden Disk 這個詞啦. 接下來我們要把眼睛瞳孔擺在出瞳徑的位置上, 兩個這樣對在一起才能看得清楚成像, 而從 "出目鏡" 到達 "出瞳徑平面" 間的距離就是適眼距(Eye Relief), 這個距離太長太短都不好, 看起來不舒服, 眼睛瞳孔無法正確擺在出瞳徑位置, 太近太遠或歪掉, 成像或多或少都會產生不同程度缺陷.


既然 "放大" 是目鏡主要目的之一, 那麼放大倍率又如何定義呢?

相信絕大多數人第一個回答都是: 不就望遠鏡焦距除以目鏡焦距 (M=F/f)? 是沒錯啦~ 不過也可從其他觀點想想... 回歸最基本最直覺的觀點, 放大倍率就是以望遠鏡看到目標的大小(Angular Size)除以肉眼看到的目標大小, 這樣講絕對沒問題吧? 那麼 M=A/a, A是從目鏡看到的目標大小, a是單從望遠鏡物鏡投影下來的大小; 另外還有個很有趣的定義是: 放大倍率是以物鏡(Telescope Aperture)大小除以出瞳徑(Exit Pupil)大小, 這個呢, 是從 "能量不滅" 觀點定義的... 想一想也有道理耶, M=D/d. 那綜合一下, M=F/f=A/a=D/d... 所以不管想得到低還是高倍就有跡可尋啦... 不過往往任何方法都有其限制, 比如說想要弄低倍, 長焦目鏡(f)可以, 問題是市面上賣的目鏡最長也就 40mm, 50mm, 不會無限制長下去吧? 大出瞳徑(a)也可降低倍率, 但是大到超過人眼能接收極限(瞳孔張開最大)的 6 或 7mm 時, 目鏡過來的光會被虹膜擋掉, 造成眼睛無法接受到所有的光, 結果反而更糟; 反過來如果想放大, 大口徑(D)與長焦(F)主鏡可以做到, 不過笨重難駕馭便成現實難解的問題... 縮小出瞳徑(a)也是放大的一種方法, 但小到比如說 0.5mm, 就會完全被繞射現象干擾, 或寧視度極限... 再放大也毫無意義... 因此這裡有一個重點: 怎樣的放大是有效而且有意義的? 認清楚這點對我們選擇目鏡有很大幫助, 所以解像力 (Resolution), 寧視度 (Seeing), 視野大小 (Field of View), 以及成像亮度 (Apparent Image Brightness)... 等跟 "看清楚" 有關的種種元素就很重要了.

+ 補充一個後來看到的定義, 因為也蠻好理解的...


物體 (Subject) 的角徑大小是 Bs, 經過目鏡的放大之後變成 Bi, 所以很直覺的 M = Bi/Bs, 精確一點的話... M = tan(Bi/2) / tan(Bs/2) ...  就這樣囉.

先來看解像力 (Resolution),
雖然看過很多也筆記過不少和解像力有關的內容, 不過還是超級討厭... 因為每次只要搞到和角啊弧啊... 相關的計算, 總是弄得滿頭霧水. 而且幾個名詞往往會混成一塊, 比如說: 解像力 (Resolution), 亮度(Brightness), 照明度(Illumination), 銳利度(Sharpness), 對比(Contrast)... 事實上它們都各有其科學根據與數學公式, 不過除非是這方面專業人士, 不然大部分以此為休閒娛樂的我們哪說得出差別啊? 我是粗略把亮度(Brightness) 與照明度(Illumination)放在同一國, 這兩個的數學看起來超難; 銳利度(Sharpness)與對比(Contrast)放另一國, 這兩個公式少實驗統計多; 而解像力(Resolution)就自成一國, 跟繞射現象息息相關... 公式是大家都知道的: Airy Disk 角徑 (Angular Diameter)=1.22X(光波長)/2X(d孔徑), 孔徑越大艾利盤就越小, 靠很近的兩目標就不容易因互相重疊而分不出, 所以我們說分解能力大; 那孔徑如果極小, 艾利盤面就極大, 繞射現象主宰所見, 就算大目標也分不出細節, 甚至模糊一片... 而且因此能量高度集中於中央盤, 繞射環間的暗區對比會更加強烈, 試試看用針刺一個小孔看就會發現, 亮目標的邊緣會更暗更寬, 我想這應該就是為什麼 Exit Pupil 小於 0.5mm (表示該望遠鏡的超高倍) 卻什麼細節都看不出, 甚至還會出現一些奇怪漂浮物現象的原因之一吧? (前一篇講眼睛特性時也有從不同方式解釋過為什麼 Exit Pupil 小於 0.5mm是一個極限值的原因).

之前看所謂解像力(Resolution)都在想拆雙星, 這本書用另外一個觀點看解像力, 一開始怎麼都想不懂, 想了兩三天之後才覺得有道理... 真是資質駑鈍. 它的觀點是: 區分出目標是 "稍稍大於" 小到分不出大小那種 "針點" 的東西, 也就是分辨出 "不是針點" 的最基本能力啦... Exit Pupil 越大當然越針點, 把 EP 一點一點縮小, Airy Disk 就越來越大, 大到可以分辨出 "不是針點" 時的臨界點值就是了. 那是多少? 一般普遍的說法是, 理想情況下人眼看到 2 arcmin (分角) 的 "點" 可以分辨出它是有 "面積" 的, 而不只是一個針點. 這又有何意義? 試想, 當尋找一個超小的星系或行星狀星雲, 小到跟滿天繁星點點差不多時, 除了其他特徵外, 只有察覺它是有 "面積" , 才能確認找到目標... 這就是分解力的其中一種應用例子 -- 這樣就可以從前面的公式反推出 Exit Pupil 為 2.3mm, 也就是說 EP=2.3mm 是分解力極限時 "有效" 的放大倍率... 這樣的話以 200mm 大牛來算就是 87X... 很遜, 對不對? 拿這麼大一管鏡子放大到 87 倍就是 "清楚" 的極限? 這樣講一點說服力都沒有... 沒錯, 不過 "能分辨一個點是有面積, 不同於針點" 這個論述其實相當主觀與模糊, 很多人在 EP = 1.5mm 時就能分辨是星點或不是星點 (前一篇講眼睛特性有一張圖說明 EP=1.5mm 是人眼誤差相當貼近繞射公式能量分佈的圖), 這樣的話 200mm 鏡子的有效放大倍率變成 133X... 套作者的話是 "ever-so-slightly visible airy disk". 就因為人眼充滿誤差, 所以很難用數學或物理公式說明一切, 於是我們儘量嘗試挑戰理論值, 直到誤差干擾毀壞一切... 所以, 我們挑戰繞射的極限值... 那就得看見完整的理論艾瑞盤, 那是當 Exit Pupil 在 0.5~1 mm 發生的... 儘管此時分解力差到可以, 但畢竟還是一個理論值, 中小口徑望遠鏡是可以嘗試把放大倍率操到這裡. 而大型望遠鏡因為大氣擾動, seeing 影響凌駕 Airy Disk, 反而是大 EP 有利. 至於人裸眼最佳解像力對應的 EP 則落在 3~4mm, 這也是為何許多經驗老到的目視觀察者, 偏好使用搭配出 3~4mm EP 的目鏡做深空目標觀察.

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(5/2 update) 因為總是一知半解, 所以不斷出現矛盾不解之處... 又想了幾天以及再仔細看清楚公式與定義後... 決定要再寫一次:


我是看了這張圖才讓自己殘破不堪的普物知識有點啟發...

前面那段講的是兩件事, 一件是角距的分解力(Angular Resolution), 另一件是角大小(Angular Size) 的辨識率.

講角距分解力通常就是拿拆解雙星為例, 所以引用的公式為瑞利準則 (Rayleigh Criterion). Airy Pattern 是以能量的觀點來做計算, 裡面用的是貝索函數 (Bessel Function), 這個能量強度函數 = 0 時 (我猜就是第一階, 第一個波峰到波谷, 也就是 Airy Disk 的半徑), 取最小正的實數解得到我們常見的公式 θ 近似 sin θ = 1.22 * (λ/2R), 意思就是當兩顆雙星夾角小於 θ 時就分不出誰是誰了, 所以這是角分解力, 要注意的是這個 R 是 "半徑", 之前我可能都算錯一大堆了, 真慘.

那另外一個: 角大小(Angular Size/Diameter) 的公式要注意, 用的是 D = 2.44 * (λ/d), D 是 Airy disk 的 "直徑", 而 d 是圓孔的直徑 (或就是 Exit Pupil).

其實也沒什麼, 只是囫圇吞棗的結果, 弄不清楚直徑與半徑, 就會差一大截鬧笑話了 Orz.
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Seeing 那節沒有太特別的地方, 比較新奇(對我而言)的部分是大型天文台級望遠鏡對 seeing 的不同反應, 既然沒什麼機會接觸到, 就大概看看而已 (後來有作一篇稍做說明). 不過下個目鏡特性就很重要了, 視野 (Field of View).

講到目鏡視野 (Field of View), 一定會提到視視野(Apparent Field)跟實視野(True Field). 實視野既冠名為"實", 顧名思義就是透過該目鏡所見的天空範圍大小, 假設一顆滿月塞滿滿好了, 那麼 TFoV 就大約是 0.5 度, 如果此時放大倍率是 100X , 0.5X100=50 度就是視視野 AFoV. 等一下... 這樣的話 AFoV 不就是變動的? 那為何目鏡廠規的 AFoV 50, 70, 82... 是固定的? 我猜前面講 Exit Pupil 那段提到的 Angular Field of View 才是目鏡廠規的 AFoV, 因為這跟目鏡的 "設計" 有關, 至於變動的視視野 AFoV 並不可能超過廠規的 Angular Field of View. TFoV 方便計算的近似公式是大家熟悉的: 57.3X(field stop diameter)/望遠鏡的F值, 精確的公式也有, 不過要用到三角函數, 很難算(對我而言啦), 所以就不探討了. 那些超廣角目鏡也不一定適用 AFoV=TFoV*放大倍率這個規則, 因為這類目鏡通常有程度不一的視場週邊畸變影響其"廣"出來部分, 所以能算不能算還頗有爭議. 目鏡視野的選擇, 個人覺得真要多用以後才會有自己心得或偏好出現, 以我自己而言, 短焦高倍目鏡多用於行星月面觀察, 因此廣角就不太重要, 慢慢的除了那三隻 XW 以外, 其餘 10mm 以下目鏡都換成只有40幾度的 Abbe OR, 但是低倍長焦目鏡多用於尋星, 增大出瞳與視野來框住大目標, 所以後來都用 TeleVue 的 Nagler 或 Panoptic.

除了解像力, 視野大小以外, 考慮放大倍率的品質時也會想到所謂的明亮度(Brightness)以及對比(Contrast), 因為就算解得開放得進, 但如果不夠亮或對比不出, 那麼一切也枉然. 我們還是從 Exit Pupil 出發來看, 當我們的瞳孔(Pupil)對到望遠鏡的 Exit Pupil 時, 假設虹膜(Iris)張開的比 EP 大的話, EP 大小會決定並調整人眼該有的F值, 這是絕大多數我們用望遠鏡的情況; 假如虹膜(Iris)張開的比 EP 小的話, 望遠鏡傳過來的光與影像便無法完全的抵達視網膜, 因此視野畫面更糟; 那假設虹膜(Iris)張開大小跟 EP 一樣大時會發生什麼事情呢? 理論上此時望遠鏡看見的夜空應該與裸眼看見的夜空一樣亮才對... 是嗎? 望遠鏡不是應該收集到比人眼瞳孔張開時可以收集到的光更多嗎? 當然沒錯, 其實兩個說法都對... 不過, 要注意的是當使用望遠鏡時, 會把視野那區的天空放大, 因此該區的亮度也會因放大而被稀釋, 當虹膜(Iris)張開大小跟 EP 一樣大時, 這些放大與稀釋的因素彼此對等消掉, 因此真的看起來是一樣暗也一樣亮; 但若 EP 小於虹膜張開大小時, 放大稀釋的因素大於望遠鏡收光的影響, 因此視野天空看起來就會比裸眼看起來的效果更暗, 這個理論也能一體適用於星雲星系等面積延伸型天體目標, 可是不能用在恆星星點, 恆星星點不會有面積延伸, EP 搞再大也沒用, 反而是望遠鏡的收光尺寸越大, 亮度就越大, 因此若要捕捉暗星, 大口徑是唯一的良方了. 相對於恆星星點, 星雲星系等面積延伸型天體目標, 亮度(Brightness)是主宰的因素, 因此我們要想辦法讓這些目標的呈現超越我們肉眼能偵測出不同對比效果的門檻, 這個之前有很認真做過一篇筆記, 書上提到的該篇筆記大致都有. 不過我們現在正在挑選目鏡, 所以重點拉回 Exit Pupil... 由上面的探討, EP 5~6mm 或 3~4mm 都可能是偵測這些暗淡天體目標的最佳目鏡, 端看身處背景環境亮度, 目標特性, 以及個人眼睛差異, 而不是一味的高倍操下去, 或問得出一個絕對值, 這也是這個嗜好很有趣的地方, 你要挑戰一個目標, 先評估當時的環境, 再思考一下策略, 然後嘗試, 修正, 再嘗試再修正... 直到完成.

對目視觀察而言, 選擇口徑適當大小, 焦段的望遠鏡, 再搭配合適的目鏡會有許多的考量, 衝突, 與限制, 而且因人而異, 並沒有萬能的望遠鏡啦. 如果我們能確定用途的話... 其實這最難, 大家都嘛希望什麼都看的到... 比如星雲星系或是行星月面, 我們就可以推算適合的 Exit Pupil, 並由此來挑選合適的目鏡, 那麼挑選主鏡的彈性就大一些了, 比如說同樣 200mm 的大牛, f/4, f/6, f/8 依序搭配 16mm, 24mm, 32mm 目鏡都能配出 4mm 的 EP, 盡管放大倍率與視野大小有所差異, 人眼感受到的亮度是完全一樣的, 這個邏輯也是為什麼我之前一直嘗試用 3" 以下的小鏡挑戰許多微光目標的動力之一. 不過還有一個假設喔, 就是忽略掉光學器材的各種 "差", 所以現實情況下, f/4 肯定比 f/8 容易有 "差", 若要做到品質相近, 價格也一定貴上許多, 但如果焦長得不得了, 使用大 DOB 時可能每次都得爬上梯子才能看得見目鏡了. 總之 Exit Pupil 是人眼最後能感知的數字, 其它的倍率, 視野, 對比, 亮度... 全都是因此衍生而來, 這也是挑選目鏡最實際的一個參考數據了.

寫完了... 打字好累

2014年3月3日 星期一

換腳架與素描練習

其實這兩者實在沒太大關係, 如果勉強要扯在一起的話, 那就是因為號稱強壯無比, 跟雷克斯龍般強壯勇猛的座架 T-Rex... 的弟弟 T-Mount 架上 TEC140 後高倍調焦已經抖晃到無法忍耐的地步, 更別說素描了. 難怪國際光器主打信達那支跟 EQ5/EQ6 相同的不鏽鋼圓腳... 總之下半身虛, 上半身多神也沒用. 想到之前用 GSO 那支 AZT, 不是也很多人直接換腳來解決抖晃的問題嗎? 問題是... 就不喜歡信達啊... 想來想去, 又想到高橋上頭, 最後決定壓寶這支  EM-200 的直木腳 SE, 我選 M, 短一些不過也輕一些.


這組腳沒有想像的重, 不過每根腳實在有夠粗壯, 跟原來的 HAL-130 比起來真是大人跟小孩比


不過高度有點矮, 只比腳收起來的 HAL-130 高一些而已, 對了... 廠長大人送我一個 Vixen 三角置物盤裝在 DM-4 那邊... 我真的很需要呀, 至少可以擺眼鏡, 免得在黑暗中被我踩碎...


TAK 的工迷人就不用多說了, 就算貴也不會太不甘願, 總比錢花得不上不下然後一直嫌個不停好 ^^", 這個腳架還有個天才發明, 快拆... 應該說快"鬆"比較適合.

2015-03-23 update:
不過這個 "快拆" 一直到後來再買了一隻二手的給 DM-4 用之後, 才知道原來一直都用錯了. 我現在的用法大致是把螺絲弄得鬆鬆的, 鬆到快拆板壓下去可以穩穩固定的程度.


三角置物盤真的是快"拆"了, 怎麼還有人做鎖螺絲的呢? 像這樣推一下, 壓一下的設計多好啊.


這個腳架換上以後, 實在穩到一個不行... 之前用 HAL-130 有時光只轉水平軸, 整支鏡子就都在抖, 真是遜爆了...


Takahashi Wood Tripod SE-M and SE-S

不過其實一開始可沒這麼順利... 好像即拆即用似的... T-Mount 的底座凸出部分比較大, 要請人洗小一點才合


你知道有多搞笑嗎? 我開車在馬路上巡來巡去, 好不容易找到一家好像有在做 CNC 加工的 "企業社", 裏面師傅各各刺龍刺鳳, 機器應該有 10 台以上, 看來是不會鳥我的... 不管, 小弟我就是臉皮厚, 硬著頭皮進去跟師傅說我想把中間那個凸出來 4cm 的大圓洗成 2.95cm 的小圓, 師傅愣了幾秒然後叫我到外面等一下... 幾分鐘後拿出來, 我一看差點沒暈倒, 師傅大人竟然把中間洗一個 2.95cm 的大洞, OH...... MY...... GOD......


這下可好, 我要對他吼嗎? 還是跪下來求他? 結果師傅聽我慌慌張張講完後很淡定的說... 喔, 可以幫你救回來... 我是一頭糨糊啦, 挖這麼大洞還能補喔? 結果他老兄還真的幫我補好, 這真是太神奇了...
 

有一就有二, 反正臉皮厚不花錢, 隔幾天我又再度拜訪這家 "企業社" 請師傅幫我做一個轉接環, 我想稍稍改造一下最近日Y拍標到的 TAK twinview, 師傅說 ok 耶, 收 500~ 沒問題, 你肯收我就感激不已了...

最後貼一下素描, 這一陣子翻翻素描的書之後收穫滿滿, 不能再鬼畫符亂混了, 下圖左邊是猴頭星雲 NGC 2174, 右邊是聖誕樹週遭的繭星雲 NGC 2264, 真的看得見嗎? 這不是攝影目標嗎? 嘿嘿嘿... 別太早下定論喔... 這可是用 10X42 雙筒加過年買的 Orion UltraBlock 濾鏡觀察的...


下一張是薔薇星雲附近那幾個 NGC, 這個目標比上面兩個容易多多


至於畫畫的技巧我還不敢亂扯, 畢竟還是初學者, 不過我沒那麼厲害現場完稿啦, 我先做草圖... 標星點, 亮度分三等, 描雲氣輪廓, 標出深淺區... 然後下樓後再依草圖指示完成, 這樣也算一種後製吧? 哈~~