業餘天文望遠鏡究竟可以看到多暗弱的天體
周日·天文周曆 ｜ 周二·專欄
周三·wikiHow ｜周四·觀測指南｜ 周五·天文視頻
超越極限
文/Sean Walker
譯/馬明陽
譯校/王煒辰 解仁江
責任編輯：解仁江
業餘天文攝影家是一群不知足的人，他們以夢為馬，努力改善所有可能的細節，時常升級設備以獲得最好的照片或開發新的改進處理技術，好從照片中壓榨出最後一個光子。這時常會引起良性競爭，競爭的終極目標是想盡辦法拍攝出最好的照片。一些攝影家努力拍攝最詳盡的行星細節照片，另一些熱衷搜尋未知天體，小至小行星，大到銀河系中的遙遠星雲。還有其他人想突破尋找最暗弱的天體記錄。那麼一個業餘天文學家能到達什麼樣的極限呢？
深入星空
深度曝光的極限是什麼這個問題可以追溯到18年前天文學家布拉德利·E·謝弗18年前的一項挑戰。謝弗鼓勵讀者對長蛇座一塊特殊的區域發起挑戰。不到一年後，專攻暗弱天體測光的加拿大人保羅·博爾特伍德宣告挑戰成功。他用自製的16英寸牛反進行20小時累積曝光，並用CCD製冷相機辨識出視星等暗至24.1的天體。
約翰內斯·謝德爾在Chart32圓頂中，旁邊是巨大的叉式赤道儀和32英寸改正卡塞格林望遠鏡。PL16803CCD相機在巨大望遠鏡的末端，顯得非常小。
業餘天文攝影家約翰內斯·謝德爾
博爾特伍德的記錄維持了近10年。2007年業餘天文攝影家約翰內斯·謝德爾和肯·克勞福德用16英寸和20英寸反射望遠鏡合力拍攝了24.6等的類星體CFHQSJ1641+3755。這顆類星體的紅移為6，這意味著所觀測到的光是在127億年前從宿主星系發出的，彼時宇宙的年齡只有現在的10%！
天文學裡, 一個天體的光譜向紅色波長移動則稱為紅移, 紅移天體意味著它正在快速遠離地球。
雖然這是個了不起的成就，他們的拍攝需要在可見光到近紅外波段同時進行，而博爾特伍德的成果記錄專屬於可見光波段。所以即使謝德爾和克勞福德獵獲到最遙遠天體，博爾特伍德仍然在可見光中保持記錄。
類星體(quasar) 20世紀60年代發現的一種新型天體, 它在照相底片上具有類似恆星的像, 它的光譜有巨大紅移,發射出很強的無線電波。圖片為已知拍攝到的最遙遠類星體。
哈勃太空望遠鏡最近首次觀測到了由於引力透鏡作用而產生的類星體的五個引力透鏡影像圖。在那裡，一個巨大天體的引力場，將它後面天體發出的光彎曲並增強。
下一位挑戰者出現在2013年。紐西蘭奧克蘭的業餘天文攝影家羅爾夫·華爾奧爾森累積了120小時的空前時長曝光，用43晚的時間和10英寸f/5焦比的賽路里桁架牛反以及QSI-683wsg CCD相機，通過阿斯創頓紅、綠、藍、和紫外/紅外截止濾鏡拍攝了曾被充分研究的半人馬座A星系。他的圖像最終能分辨出視星等低至25.4的天體！這一令人印象深刻的壯舉，在那時被認為是拍攝到的最遠的業餘天文照片（現在也未被打破），也打敗了博爾特伍德1998年的成果。然而正如人們經常說的，記錄就是用來打破的。
這張CCD細節照片是南魚座的緊密星系群希克森，它揭示出了漩渦星系和重力內部相互作用的證據，特別是照片中間偏右邊正面面向我們的大星系NGC7214。
更加深入
今年更早些的時候，謝德爾裝備上Chart32的32英寸卡塞格林望遠鏡和FLP-PL 16803 CCD相機，重新回到了挑戰中。他以位於南魚座的緊湊星系團希克森91為目標，這個星系團包含一些相互作用的螺旋星系，其中就有NGC7214。他通過紅、綠、藍、和紫外/紅外截止濾鏡曝光了17.7個小時的圖像。
疊加數據後，他在圖像左上角發現一個暗弱、扭曲的星系，用SkyX辯認出是視星等18.3的PGC748618。之後謝德爾對環繞該星系的3-2角分區域進行了測光，使用MaxImDL軟體以視場中視星等16.8的白星做校準。之後他用Excel依據對數圖表劃分視星等測量數據。數據結果總體展示了信噪比為5、視星等26的天體和信噪比2.5、視星等26.4的天體，刷新了記錄！
左邊：位於照片左上角的那些暗弱，扭曲的漩渦星系吸引了攝影師約翰內斯·謝德爾的興趣。
右邊：MaxImDL的測光測量展示出在扭曲的PGC748618星系周圍有很多視星等低於20的暗弱天體，其中包含視星等26.2的天體。
鑒於這些成果，拍攝深空照片似乎是一件容易完成的事——簡單地拍攝儘可能多的照片然後疊加在一起。但小的設備能做的有限，那些可以深空觀測的夜晚只是你需要進行極深攝影的要素之一而已。把設備與當地大氣視寧度匹配好，這對最終作品來說也很重要。如果設備解析度低於視寧度的允許範圍，恆星和其他小天體將會在實測中變模糊，在最後照片中無法分辨。這就是為什麼專業天文台址都是細心搜尋挑選出來的，好能從這些遠程天文台獲得最好的圖像。
一群歐洲業餘天文攝影師在籌備他們的聯合觀測站時對視寧度因素進行了優先考慮。2007年，著名的天文攝影者考斯坦丁·巴克霍德，貝恩德·弗蘭克威爾肯，約翰內斯·謝德爾,福爾克·溫德爾，和光學工程師菲利普·凱勒建造了一台巨大的遠程遙控望遠鏡，名為32英寸智利先進自動望遠鏡（簡稱Chart32），放置在一個符合大口徑設備使用條件的地點。該團體與北卡羅萊那大學達成協議，在位於智利托洛洛山美洲際天文台的學校用地上建造設備，該地點以極其黑暗的天空和通常較穩定的大氣視寧度出名。
建設中的Chart32
在圖片前面的Chart32望遠鏡位於智利科金博地區的托洛洛山美洲際天文台。
Chart32由一台菲利普·凱勒設計的32英寸焦比f/7的校正卡塞格林望遠鏡組成。在托洛洛山頂建造望遠鏡和5米的灰色圓頂能很好利用起這裡優異的條件。為了把來自地面的熱輻射效應減少到最低，設備架設在離地面4米處，圓頂利用雙軸扇強制通風，使圓頂導致的視寧度影響減少到幾乎忽略不計的程度。
經測量Chart32在使用中的平均視寧度在0.8到1.2角秒之間，能呈現每個像素0.33角秒的銳利圖像。他們的團隊盡其所能去拍攝解析度極高的星系圖像，星團，和發射星雲及行星狀星雲。鑒於這些結果，可能過不了多久謝爾德或者其他Chart32成員就會超越最近的成就。筆者同大家一樣，強烈期盼著他們的成果。
——END——
責任編輯 | 配圖：解仁江
『天文濕刻』 牧夫出品
微信號：astronomycn
冬季星空
via Alpha Coder
謝謝閱讀
※你知道天上的恆星其實有很多種嗎？
※大連牧夫路邊天文夜報道
※太陽為什麼會在天上慢慢跳「八字舞」
※天文愛好者絕不能錯過的天文組織
※究竟是什麼遮蔽了人類遙望宇宙深處「家鄉」的目光
TAG:牧夫天文論壇 |
※究竟體脂要到多少，才可以看到腹肌？
※體脂多少可以看到腹肌？
※在宇宙中放一面鏡子，用望遠鏡能看到很多年前的自己
※天天看到的名畫，你看懂了嗎？
※我一直以為自己的眼睛堪比顯微鏡，能看到空氣中的細菌
※世界最貧窮的地方竟是這裡，而且到處都可以看到女人露天洗澡
※12部「觀眾都沒有發現到」的超明顯穿幫細節，眼力再強的人都不一定會看到！
※為什麼人看不到鬼，鬼卻可以看到甚至傷害到人？
※肉眼可以看到多少顆星星
※仰望星空，我卻只能看到光污染
※他看到洞里的小貓便留下食物，結果隔天看到更多驚喜
※天要足夠冷，我們才能看到這些極寒奇觀
※我好像跟你們看到的天空不一樣
※深蹲這個動作，堅持21天就是可以看到效果的
※夏天要來了，你有在天上看到一隻大天鵝嗎？
※武則天稱帝後，這四位女人看到希望，野心漸長，卻都以悲劇收場
※這個燈只有點亮時，你才可以看到它的燈罩
※「貓「眼看天，都看到了什麼？
※瓷磚原來自己也可以貼，鄰居看到後天天追著我問是怎麼做到的！