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發信人:darling.bbs@bbs.mgt.ncu.edu.tw (darling)
日期:31 Jul 1996 13:16:43 GMT
標題:彗星之照相觀測法
信群:tw.bbs.sci.astronomy    看板:Astronomy/01b6
代號:<000000$FCr@bbs.mgt.ncu.edu.tw>
組織:中央資管龍貓資訊站


        摘自「哈雷彗星觀測手冊」, 王德昌等編著, 四川科學技術出版社

        照相觀測方法

                哈雷彗星的照相觀測除了照相天體測量之外, 主要包括大尺度照
        相、近核區照相和光度照相。 彗星的照相觀測可以直觀地、真實地記錄到
        哈雷彗星的彗髮和彗尾變化情況, 拍攝千姿百態的彗星照片,可以長期保
        存, 具有非常重要的歷史性和文獻性。下面將各種照相觀測方法敘述如下
        。

        一、大尺度照相觀測

                大尺度照相觀測主要是指彗尾形態變化的照相觀測, 目的在於研
        究彗尾形態變化的特徵和形成機制, 研究太陽風與等離子彗尾的相互作用
        。由於哈雷彗星的等離子彗尾變化十分迅速,如 1910 年 5 月哈雷彗星的
        離子彗尾幾乎每天都發生變化, 而且出現離子彗尾斷裂的異常現象,對於
        離子彗尾的這種迅速變化, 必須連續進行觀測,單靠哪一個天文台的觀測
        是無怯得到彗尾變化的全部資料,所以 IHW 在全世界範圍內組織了一個大
        尺度現象觀測網, 不僅有各天文台、站的專業工作者參加,而且還希望盡
        可能多的業餘觀測者參加大尺度現象的觀測, 因為業餘觀測者廣泛的地理
        分佈和機動的節點觀測, 所取得的資料可作專業觀測的重要補充。為了提
        供有用的資料, 盡可能地使照相乳膠、照相過程和照相方法標準化是很有
        必要的,   這樣標準化以後取得的資料將使得今後的資料分析比較簡單。
        IHW 提出, 儘管目前彩色照相已比較普及,但是哈雷彗星聯測的重點仍然
        是黑白照相。 因為彩色照相雖可提供漂亮的和有用的照片,但這些資料在
        國際比較中由於照相乳膠和處理過程的變動, 把它們放在一起會引起分歧
        。

        (1) 大尺度照相對儀器、底片和濾光片的要求

                大尺度照相使用的望遠鏡需要短焦距、強光力、大視場, 最好焦
        比 f/3 , 照相視場 5 ° x5 °以上。不過,一般的照相望遠鏡也都可以
        用。對於業餘愛好者來說,可以準備一架 35mm 的標準照相機,焦距 50mm
        的框架,如果使用 120mm 折反射望遠鏡觀測,可用望遠鏡目鏡瞄準彗星導
        星,將照相機固定在望遠鏡上直接拍照,可攝得很大的星區。

                理想的照相乳膠是非常細的顆粒、高分辨率, 以便看到很小的細
        節, 同時還要有很高的靈敏度以減少曝光時間,這些指標底片製造商早已
        把它們結合在一起了。 IHW 推薦使用美國柯達 IIa-O 底片, 這種底片顆
        粒細, 對藍光敏感,不加濾光片拍攝等離子彗尾也可以得到比較理想的效
        果。 IHW 鼓勵使用敏化後的底片照相,特別是像細顆粒的柯達 2415 全色
        膠捲、 2415  科技膠片以及其它等效的底片經過敏化後可以得到很好的效
        果 ( 敏化方法在 " 照相天體測量方法 " 一節中已作介紹 ) 。 業餘愛好
        者如果缺乏敏化條件, 可使用柯達公司出品的高速度 (ISO400) 、中顆粒
        的膠片, 或者伊爾福 (Ilford) 、阿格發 (Agfa) 等底片,在有的情況下
        中速膠片 (ISO100-125) 也是很有效的, 包括沒有敏化過的 2415 片、柯
        達 X 全色片、伊爾福 FP4 等類似產品。 愛好者若使用國產底片,則儘可
        能選用靈敏度高一些的膠捲、膠片。

                在照相底片或鏡頭前面適當地放置由有色玻璃或膠片做的濾光片
        是很有好處的, 濾光照相可以區分離子彗尾和塵埃彗尾,提供非常重要的
        資料。等離子彗星用一個光學濾光鏡可以進行光學解析,在波長 4100A 至
        4600A 處發射 CO+ ,並且隔斷了中性分子線,擴散了太陽連續區。塵埃彗
        尾也是可以分離的, 用一個濾光鏡可發射出一個 " 乾淨 " 的連續波長。
        區分離子彗尾要採用藍色濾光片,這種濾光片的主要發射帶中心在 4400A
        , 50% 發射帶寬達 900A , 並且透射率的最大值在 63% 以上;區分塵埃
        彗尾 (II 型彗尾 ) 用橙色濾光片,發射帶在 5400 A 至 6500A 左右,在
        橙濾光的起點 5400A 處有一個靈敏的界線,並且在波長 6500A 處有 90%
        以上的發射;美國柯達公司出的膠片濾光片 47A 和 21 分別滿足這些要求
        , 2B 和 47A 結合在一起在藍光中用則更好。其它類似的濾光片也都可以
        用,但要注意和所用的望遠鏡或照相機鏡頭相匹配。

        (2) 大尺度照相的拍攝方法

                大尺度照相攝得的底片在資料比對處理時需要有一個可供比對的
        定標。 對於專業觀測來說,可以用底片打光度標的方法或恆星定標的方法
        提供定標基準, 所謂底片打光度標是指觀測之前,將未拍底片在感光儀或
        定標光度計上打上階梯光標或多點狀光標; 階梯光標的光來自標準光源,
        通過透射率已事先測定過的階梯灰板照在底片上, 底片打上光度標之後用
        黑紙將光度標部份遮擋起來,然後分別拍攝彗星和標準恆星 ( 已精確測定
        過星等 ) ,在相等條件下顯影,洗好的底片通過密度計測量彗星、標準星
        和階梯光度標的密度, 可得到彗尾的亮度曲線。

                對於業餘觀測者來說, 使用光度計定標的方法是比較困難的,因
        此 IHW 要求在拍攝彗星之前先單獨拍一張對準獵戶座大星雲 M42( 彌漫星
        雲, 總星等 4 等,α =5h33m.0, δ = -5"25') 曝光 2 分鐘的底片,同
        時再拍一張對準仙女座星雲 M31 ( 旋渦星系,總星等 4 等,α =0h40m.0
        , δ =+41 ° 00') 曝光 20 分鐘的底片, 用作光度定標和換算的目的。
        定標底片要和彗星底片同時沖洗 (  用膠捲拍攝時可拍在同一捲膠捲上  )
        ,相同的顯影條件便於對比。

                每次觀測的順序是, 觀測彗星之前先分別拍一張 M42 和 M31 的
        星雲照片 ( 若彗星在黃昏後出現, 則先拍彗星後拍星雲 ) ,然後拍未加
        任何濾光片的彗星照片 ( 直接照相 ) 、藍光照相和橙光照相, 這樣拍攝
        的彗星底片和別的經度的觀測結合在一起, 可以研究彗星的細節變化。如
        果沒有濾光片, 不能進行濾光照相,那麼進行彗尾形態的直接照相也是很
        有價值的。 當彗星的觀測時間非常短暫 ( 如黎明前或黃昏後 ) ,不可能
        有充裕的時間進行兩種濾光照相, 在這種情況下採用彩色照相可能記錄到
        兩種彗尾。 但這種彩色照片的沖洗,在暗室中要用照相減去法才能使這兩
        種彗尾分離出來。

                彗星底片在拍攝過程中必須採用彗星導星的方法 ( 五種彗星導星
        方法在 " 照相天體測量方法 " 一節中已專門介紹 ) ,並且要有較長時間
        的曝光才能將彗尾結構的細節拍攝下來, 曝光的時間長短主要根據彗星的
        亮度、望遠鏡的焦比,底片的性能以及觀測計劃的安排而決定,通常在 10
        ∼ 90 分鐘之間選擇。圖版 6 是 1957 年 8 月 22 日紫金山天文台用 60
        釐米反光鏡 (f/5) 拍攝的姆爾科斯彗星彗尾結構照片 ( 曝光 24 分鐘 )
        ,從照片中可以清楚地看出彗尾中有兩個螺旋波結構;圖版 7 是 1976 年
        3 月 11 日紫金山天文台用 40 釐米雙筒折光望遠鏡 ( 焦比 f/7.5) 拍攝
        的威斯特彗星的彗尾形狀圖 ( 曝光 47 分鐘 ) , 從照片中可以看出這顆
        彗星有大量的氣體和塵埃噴出, 在氣體彗尾中產生波浪形的彎曲。這兩張
        照片都是以彗頭導星拍攝的。

                哈雷彗星的大尺度照相在彗星靠近地球、位相角變化比較迅速的
        時候要抓緊觀測, 因為在那個時候從地球上看到的哈雷彗星彗尾比較寬,
        變化的細節比較容易記錄到, 因此在彗星過近日點前的十一月下旬至十二
        月上、中旬和彗星過近日點後的四月上、中旬是大尺度照相的最佳觀測期
        , 尤其是四月上、中旬彗星亮度最大,靠地球又最近,更應抓緊機會進行
        觀測。

        (3) 大尺度照相底片的沖冼和複製

                大尺度照相的底片沖洗可參照天體測量底片的沖洗方法。 中反差
        的顯影液被用於顯出彗頭和彗尾的一些細節 ( 如用 D-76 微粒顯影 )  ,
        高反差的顯影液可充分顯出彗星的全貌 ( 如用柯達 D19 顯影 ) ,後者在
        大尺度底片的沖洗中是比較多用的。

                IHW  希望參加大尺度現象觀測網的專業和業餘觀測者盡快地將自
        已攝得的底片寄去, 以便綜合分析和研究,寄出去的底片可以用原拍底片
        , 也可以用複製底片。複製底片宜選用顆粒細、分辨率高的底片,如柯達
        2415 膠片,柯達 IIIa-J 硬片或某些質量較好的複製膠捲。複製底片時,
        首先要從原始底片 ( 負片 ) 印製出正片, 印製時將原始底片的乳膠接觸
        複製片的乳膠在放大機的均勻燈光下曝光 0.2-2 秒左右,然後在暗室中沖
        洗出背景灰黑、星像略白的正片; 晾乾以後再用另一張複製底片的乳膠接
        觸正片的乳膠複製出所需要的底片。 複製底片的過程中一定要注意均勻曝
        光,以使得彗星和背景天空有均勻的灰度。

        二、近核區的照相觀測

                近核區照相也就是彗髮精細結構照相或小尺度照相, 這項觀測的
        目的是拍攝彗核周圍的彗髮活動細節, 如彗發中的噴流、光暈、包層、彗
        發不對稱性等特徵, 以及彗核的異常活動 ( 如多重核、彗核分裂等 ) ,
        用以研究彗核的表面形態、物理性質以及自轉軸指向、自轉周期等問題。

                歷史上的觀測記載表明, 哈雷彗星的彗髮結構有明顯的變化,例
        如, 1910 年 5 月 24 日彗星亮約 1 等, 在內彗髮區有很強的不對稱性
        ( 相對於彗尾軸 ) ,在彗核向太陽的一面出現有噴泉狀的拋物形羽狀物,
        此後消失; 5 月 31 日彗核突然分成至少三個亮度幾乎相等的部分;但奇
        怪的是,到了 6 月 3 日 4 等左右的彗星又恢復到只有一個恆星狀的彗核
        ,並且彗髮很對稱。因此, IHW 組織設立近核區的照相觀測網是很有必要
        的。

                圖版 8 是 1910 年 5 月 13  日上海佘山觀象台拍攝的哈雷彗星
        近核區照片; 圖版 9 是 1910 年 5 月 24 日上海佘山觀象台拍攝的哈雷
        彗星彗發照片;圖版 10 是 1910 年 5 月上海佘山觀象台拍攝的哈雷彗星
        彗髮精細結構綜合照片。

                由於近核照相需要分辨出彗髮中的細節, 因此要求使用口徑較大
        、分辨率較高 ( 長焦距 )  的望遠鏡,  一般可用口徑  15  釐米、焦距
        2500mm  以上的望遠鏡來進行。   如果愛好者使用南京天文儀器廠生產的
        120mm 折反射望遠鏡觀測, 則可用延長焦距的投影照相方法拍攝,由於這
        種望遠鏡的口徑不夠大, 只有在彗星較亮的時候才有可能拍攝到近核區彗
        髮結構的照片。

                近核照相所需的底片和濾光片與大尺度照相的要求基本相同, 最
        好能使用敏化底片。 同樣,近核照相也需要拍攝用作光度定標的星雲底片
        , 在每次觀測彗星之前 ( 或之後 ) 拍攝一張對準仙女座星雲 M31  曝光
        10 分鐘的定標底片,若用膠捲觀測,則將定標底片拍在同一天拍的彗星膠
        捲之中, 在資料處理時和彗星底片一同處理。近核照相對望遠鏡焦距變化
        的要求更高, 要時刻記住望遠鏡的光學系統在整個觀測過程中,在第一次
        曝光和第二次曝光之間的焦距和圖象比例尺是會有變化,這是史密特 - 卡
        塞格林和馬克蘇托夫式望遠鏡的特性, 因此要事先測定焦距隨溫度變化的
        改正值,在拍攝彗星底片的過程中不斷地加以修正。

                近核照相的拍攝方法希望有一連串的曝光過程, 以便記錄到彗髮
        結構的變化。 每張底片的曝光時間要比大尺度照相的曝光時間短,因為近
        核區彗發結構瞬間變化的持續時間較短, 有些細節只持續幾分鐘,如果曝
        光時間太長, 照相底片的累積效應可能把那些細節湮沒掉。合適的曝光時
        間要在實際觀測中選擇,但每次曝光時間的間隔要隔一定的倍數 ( 如第一
        次曝光 30sec ,第二次曝光 1m ,第三次曝光 1m30s ...) ,這樣拍攝
        的底片可以比較好地描述彗髮從裡面到外面整個形態和強度範圍的變化,
        如噴流、螺旋結構或者彗核分裂等現象。

                IHW 推薦近核區照相觀測的日期為, 1985 年 11 月 3 日∼ 22
        日, 12 月 3 日∼ 18 日 1986 年 3 月 4 日∼ 22 日。希望準備進行近
        核照相的觀測者在上述時間內抓緊觀測。當然,在 1986 年 4 月份彗星觀
        測的有利時間裡,仍然可以進行觀測。

        三、光度照相觀測

                光度照相就是用照相方法測定彗星的亮度變化。 本章第一節介紹
        了目視測定彗星亮度的方法,然而,用照相方法測得的彗星亮度 ( 星等 )
        比目視估計得到的要客觀和精確得多。 光度照相使用的儀器沒有特殊要求
        , 一般的赤道式望遠鏡都可進行,通常在進行大尺度照相和天體測量照相
        的同時,可以進行彗星星等的照相測量。下面介紹兩種光度照相的方法,

        (1) 標準星焦外像比較法

                由於彗星星像常常呈現出模糊的一團, 在和點狀恆星直接相比較
        時必然要帶來困難, 為了使標準恆星能直接和彗星相比較,可將標準恆星
        拍成散焦像, 使它也成為模糊的一團。具體的做法是,如果觀測底片是玻
        璃底片或膠片, 拍照前可用黑紙將半張底片遮擋起來,未遮擋的半張底片
        對準彗星在焦平面上拍照, 拍完後在暗室中將那張黑紙移過來擋住拍過彗
        星的半張底片,用未拍過的那半張底片對準標準星 ( 已精確測定過星等的
        恆星 ) 拍焦外像,散焦的程度可預先測定,使得亮度和彗星差不多的標準
        星散焦後的星像直徑大致和彗星焦點像直徑相同, 標準星焦外像的曝光時
        間要和彗星焦點像的曝光時間相一致, 並且它們的地平高度也大致一樣,
        這樣拍攝的底片在同等條件下顯影, 以便互相對比。

                通過密度計測量出彗星焦點像和標準星焦外像之間密度差, 以標
        準星的星等為基準, 則可計算出哈雷彗星的總星等 M1 。如果業餘觀測者
        用照相機拍照, 無法使用密度計等光度測量儀器,那麼可先拍一張彗星焦
        點像, 然後再拍一張標準星焦外像的底片,散焦程度如上所述,標準星可
        選自本手冊所附的比較星圖, 這樣的底片重覆拍攝若干張,然後參照本章
        第一節介紹的目視估計彗星星等的方法定出哈雷彗星的星等。

        (2) 光度標比較法

                如果觀測者具備在底片上打光度標的條件, 可將未拍底片在暗室
        中先打上階梯光度標, 然後分別拍攝彗星和標準星的焦點像,拍好後的底
        片通過密度計測量彗星、標準星以及階梯光度標的密度, 可算出彗星星等
        。

        四、照相資料報告格式的說明

                觀測者 : 同於目視報告表

                照相方法 : 在下列方式的基礎上指出用哪一類。主焦點 (PF) ,
        望遠鏡物鏡 - 底片, 負透鏡投影 (NP) ,物鏡 - 負透鏡 - 底片;目鏡投
        影 (EP) ,物鏡 - 目鏡 - 底片;無光焦度成象 (A) ,物鏡 - 目鏡 - 照
        相機透鏡 - 底片。

                地理位置 : 給出你所報導的觀測地點名稱,包含經度、緯度、海
        拔高度, 上述數據可在地圖上得到;如給不出這些座標,可給出觀測點附
        近的城鎮、村莊以及觀測點和它們之間的方向和距離。

                起止時間 : 給出第一個和最後一個觀測的世界時日期。

                日期 (UT): 給出以世界時表示的觀測日期。

                開始時刻 (UT): 以世界時表示的曝光開始時刻。


                持續時間 : 長曝光給出曝光時間幾分鐘或十分之幾分鐘,短曝光
        給出秒。

                最暗的恆星 : 在彗星觀測那夜包含彗星位置的星圖上 (  本手冊
        所附 ) 所能看到的最暗恆星的星等 ( 誤差在 0.5 等以內 ) 。

                底片名稱 : 列出廠家和底片類型以及感光度,如果底片敏化過,
        則給出敏化方法 ( 氮氣乾燥、氣體形式、硝酸銀清洗、酒精沖洗等 )  ,
        溶液或氣體溫度、浸泡持續時間; 對於冷卻乳膠照相,則給出曝光時的溫
        度,指出適當的溫標;底片沖洗方法包含顯影液,溫度和時間。

                濾光片 : 列出所用濾光片的顏色和名稱, 例如, 黃 Wratten12
        ,淺藍 Schott BG38 ,等等。

                底片編號 : 給出觀測者所拍攝的彗星底片編號。

                備註 : 包括特別情況的說明,異乎尋常的事件。例如,觀測期間
        所看到的偏離和所用的觀測方法。



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