用好手中的廉價天文器材

這裡所說的廉價器材包括小口徑的反射望遠鏡、小口徑普通消色差折射望遠鏡,沒有電跟蹤或有簡單的單軸電跟蹤(沒有自動導星)的赤道儀,消費級的數碼相機(DC)或網絡攝像頭;另外隨著一部分入門級的數碼單反相機價格已經降到旗艦DC以下,象Canon EOS 300D這樣的數字單反相機,二手機身的價格也不過1600元左右,已經低於大多數二手旗艦DC的價格,因此也可以歸入廉價器材一類了。不過要說明一點,所有這些廉價器材應該保證是正規廠家生產的合格產品,對於那些手工作坊或玩具工廠生產的玩具望遠鏡不在討論之例。


很多同好之所以走進天文愛好者的行列,或多或少是被那些美麗的天體照片所吸引。要想看到這些美麗的天體,天文望遠鏡就是必備的工具。然而,有一點卻是被很多剛入門的愛好者所忽略,就是那些美麗而且壯觀的天文照片多是由大型天文望遠鏡甚至是太空望遠鏡通過專用的攝影設備所拍攝,使用小型的天文望遠鏡不可能達到這樣的觀測和拍攝的效果。很多同好入門的時候大多購買的是一些廉價的天文器材(望遠鏡、赤道儀等),當他們經過了用小型望遠鏡觀測到月球環形山的興奮之後,發現其他的天體實際觀測效果同雜誌和網站上的照片大相徑庭時,便會對自己手中現有的器材喪失信心。認為手中的器材是“垃圾”,開始打算升級器材。那些手頭沒米的同好,只有望鏡興嘆了。
其實,就現在大多數資深的天文愛好者來說(注:這裡說的是天文愛好者非器材發燒友),剛入門的時候無一例外的是從廉價的小型器材開始的。通過對手中器材性能的分析,充分發揮這些廉價器材的性能,多使用,多觀測。在這個過程不斷的學習和總結,上了好器材才會得心應手。
那麼,如何用好手中的廉價器材呢?下面談談個人這些年來的一些心得。
先來說說那些廉價的赤道儀。一般那些沒有極軸鏡、沒有電跟蹤、沒有自動導星的赤道儀,例如EQ-1(我正在用的),都屬於此類。這個檔次的赤道儀,對它們有太高的期望是不恰當的。整個赤道儀的機械精度很低。由於這種赤道儀非常簡單和輕便,剛性也很差,輕微的震動或負載的變化都會使已經對準的極軸發生偏移。那麼,這樣的赤道儀就真的是垃圾嗎?非也!只要簡單的改造、合理的使用,也能夠滿足一般的觀測和攝影要求。

對於這類簡易赤道儀,最難的就是極軸校準,因為它沒有極軸鏡。赤道儀相對於經緯支架最大的優勢在於可以只調整一個旋鈕來跟蹤天體的週日視運動。要實現這一優勢,準確校準極軸是必須的。其實校準極軸並沒有想象中那麼困難,對於這種檔次的赤道儀即使調整的時候對得很準,一旦轉動赤徑和赤緯軸,極軸都會發生偏移。因此在實際觀測的時候一般都是粗略調整極軸即可以滿足使用要求,一個簡單的辦法就是先查到觀測點的緯度,調整赤道儀極軸的仰角為觀測點的緯度(支架調整水平的前提下),然後再調整赤道儀指向正北方(可以利用指南針)就可以了。如果想做深空天體攝影,可以先採用前述的方法大致對準,然後使用漂移法精確校準極軸,這樣也可以滿足一般的跟蹤攝影需要。對於目視觀測,由於使用小型天文望遠鏡的放大倍率都不會太大,因此可以用手動微調赤徑旋鈕來跟蹤觀測的天體,這比使用經緯支架要方便的多。一般觀測太陽、月球、大行星不會有什麼問題。
如果要拿它來做天文攝影,你就需要對它進行改造,增加一個簡單的電跟蹤裝置。這個論壇裡多有介紹,一般可以用風扇的定時器改造,配以小馬達和調速電路,可以很方便的調整跟蹤速度。有了這個可以自動跟蹤的平臺,用來觀測就方便多了,拿來做行星、星野或深空天體攝影就成為了可能。

看看改造的EQ-1赤道儀,增加了電跟蹤裝置,非常簡單的

用好手中的廉價天文器材

接著,再來說說那些廉價的天文望遠鏡。同好中比較多的低檔天文望遠鏡主要有兩大類,一類是小口徑的牛頓式反射望遠鏡(例如,76700/900、 114900/1000等),另一類是小口徑的普通消色差折射望遠鏡(例如:60420、60700、70900、80480、80600、80900等等)。這兩類天文望遠鏡價格相對較低(尤其是小口徑牛反),是入門級的常用配置,同好中擁有的數量也比較大。一般目視觀測的方法比較簡單,不過由於這類望遠鏡的口徑小,放大倍率有限,目視觀測的效果並不是十分理想,因此這裡主要討論一下用這些廉價的器材進行攝影觀測的方法。
對於小型的天文望遠鏡,目視觀測的效果受到口徑和焦距的限制,提升觀測效果最好的方法莫過於攝影觀測。例如我使用76/900的牛頓式反射望遠鏡目視觀測,在使用H4mm目鏡最大倍率下觀測木星也只是一個很小的圓面,可以看見兩條雲帶,大紅斑只是隱約可見。如果用投影放大來拍攝木星,就可以看到非常清晰的雲帶條紋和大紅斑。另外,還可以通過每隔一定的時間拍攝一張來觀測木星的自轉,這個用目視是觀測不到的(下圖)
攝像頭ToUcam 840K+76900牛頓反射望遠鏡+K10目鏡放大投影拍攝多幀照片合成的動畫

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對於小口徑牛頓試反射望遠鏡,這類天文望遠鏡的物鏡大多是球面鏡,由於鏡面小、焦距長,非常接近拋物面。因此這類反射鏡的球差並不是很明顯,再加上反射物鏡沒有色差,非常適合用大倍律觀測、拍攝月面和行星。對於月面的拍攝,可以使用普通數碼相機(DC)在目鏡後拍攝。現在有一種萬能攝影支架(150元左右)非常適合完成這樣的工作。當然你也可以DIY,根據自己相機的情況製作轉接環。我使用不同直徑的PVC管來製作。當然,也可以使用網絡攝像頭(比如ToUcam 840k)直焦拍攝(去掉望遠鏡的目鏡和攝像頭的鏡頭直接使用物鏡來拍攝),不過由於攝像頭的CCD面積太小,一幀照片不能夠涵蓋整個月面,需要拍攝多張來拼接,後處理會比較煩瑣,但是拍出來的效果會比數碼相機好。

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這是用DC+76900牛頓試反射望遠鏡+K25目鏡後拍攝的月面

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這是攝像頭ToUcam 840K+76900牛頓反射望遠鏡直焦拍攝的和拼接的月面

使用這類牛反來拍攝行星,對天文愛好者來說是一個挑戰。首先要選擇正確的方法,用DC直接在目鏡後拍攝,效果不會很理想,因為在較大的倍率下星象會顯得非常暗淡,使得照片的噪聲明顯增加。
DC目鏡後拍攝的木星和土星

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理想的方法是使用攝像頭進行投影放大,拍攝一段視頻(可以是巴洛鏡投影、也可以是目鏡投影),然後用疊加軟件處理,獲得清晰的照片。巴洛鏡投影很類似於直焦拍攝,放大倍率是一定的(對於選定了巴洛鏡),目鏡投影可以通過調整攝像頭CCD到目鏡的距離來調整放大倍率。建議使用PL或K目鏡,我用的是K10目鏡,這樣可以避免使用太長的投影管,同時保證足夠的倍率和星象的亮度。
這是安裝在自制投影管上的ToUcam 840K和K10目鏡,投影管的中段可以伸縮

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拍攝過程中要保證赤道儀能夠跟蹤星象的移動,其實這個對跟蹤的要求並不像深空攝影那樣高,只要在整個拍攝過程中星像不移出CCD的視場就可以了。後處理的時候可以用疊加軟件來對齊星像。
ToUcam 840K+76900牛頓反射望遠鏡+K10目鏡放大投影拍攝的木星與土星

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對於這種廉價的牛反,要拍攝出清晰的行星照片並不是一件容易的事情。由於這種望遠鏡的做工一般都比較差,因此有很多細節上的問題必須要注意到。例如我的小牛反在使用過程中就發現調焦座和調焦筒配合不好,間隙過大,插入目鏡後光軸會發生偏離,使得拍出的照片在某個方向上產生嚴重的慧差和色差。針對這個問題,嘗試把調焦筒,目鏡和攝像頭旋轉到不同的方位,結果發現當調焦筒位於正上方時光軸的偏離最小。於是以後拍攝都採用這個位置,拍攝到了滿意的行星照片。另外很重要的一點就是準確對焦。由於受到口徑的限制,在大倍率下拍攝行星,視場中的行星的圖像會比較暗淡,準確對焦就會變得非常困難,要想準確對焦最好的辦法就是多拍攝幾段在不同對焦狀況下的視頻,處理後看看那個最清晰,再比對這時拍攝的實際畫面,以此為調焦的標準。事實上,要想準確的對焦,很多情況下是要憑感覺的,拍得越多,感覺就越準確。


正在拍攝的木星的76900牛頓反射望遠鏡

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那麼這類牛反是否也可以拿來作深空天體的攝影觀測呢?理論上說應該是可以的。不過由於這類牛反的焦距相對較長,口徑又相對較小,視場會比較小,因此不能涵蓋一些視場較大的深空天體。另外由於較大的焦比,需要更長的曝光時間,對跟蹤的要求更高,因此不適宜拿來做深空天體攝影。
下面就來說說小口徑的普通消色差折射望遠鏡,這一類型的望遠鏡一般使用的是雙分離物鏡或雙膠合物鏡,消色差的效果很一般,目視觀測可能不太明顯,但是攝影觀測的時候影響會非常大。不過小型折射望遠鏡使用起來會比較方便,通過使用一些附件(例如巴洛鏡)可以滿足不同觀測的需求。而且還便於攜帶外出觀測,因此也是入門級器材中比較常用的配置。


使用這類折射望遠鏡做月面和行星的攝影觀測,基本同小牛反的方法差不多。只是對於焦距較短的小折射鏡拍攝行星時,應該使用巴洛鏡或目鏡投影拍攝,這樣可以獲得比較大的倍率。如果單純是作為目視觀測行星,建議使用巴洛鏡來延長焦距,獲得更大的倍率。
ToUcam 840K+maxvision60420折射望遠鏡拍攝和拼接的月面

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ToUcam 840K+天狼80600折射望遠鏡+K10目鏡放大投影拍攝的土星

這類折射鏡最大的優勢是用來觀測和拍攝深空天體。較小的焦比可以獲得大的視場和使用較短的曝光時間,同時觀測深空天體需要有好的觀測環境,這類小折射具有良好的便攜性,是外出觀測攝影的好選擇。下面就來聊一聊用這類低檔次的折射鏡拍攝深空天體的一些心得,其實我也是在學習和摸索中,下面的意見也僅供同好們參考,對於錯誤的地方還請各位指出。
拍攝深空天體,是攝影觀測深空天體的一個重要手段。由於很多深空天體是由大量的星際塵埃和氣體構成(例如反射星雲、發射星雲和一些星系),使用小型天文望遠鏡目視觀測只能看到其中的亮星或星系的核心部分。只有利用攝影手段,通過長時間曝光,才有可能看到闇弱的星際塵埃和氣體。很多同好都會擔心,這種簡陋的器材可以用來拍攝深空天體嗎?事實證明,只要通過一些簡單的改造和採用的適當的方法是完全可以的。當然,對這樣的器材拍出來的照片不應該有不切實際的過高的期望。
要做深空天體攝影,首先有幾個問題是需要解決的。一是跟蹤和導星。對於廉價器材一般都不會配有電跟蹤和自動導星裝置,前面已經說了DIY赤道儀的電跟蹤。有了這個簡單的電跟蹤是不夠的,因為這種簡單的赤道儀蝸輪-蝸桿的精度是非常低的,在整個跟蹤過程中不可能做到勻速運轉,那麼就必須要使用手動導星來改善跟蹤的狀況(即通過手動微調跟蹤電機的速度)。要導星,就要配置導星望遠鏡。我曾經試過用8X24的尋星鏡來改制導星鏡,呵呵,那是多麼的簡陋。(下圖,藍色的那個小鏡子)

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改造過的EQ-1和maxvision 60420折射望遠鏡+小尋星鏡改裝的導星鏡

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這是用上面的器材拍攝M31和M42

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這是用上面的器材拍攝M31和M42

但居然也能用,只是導星的時候非常辛苦,而且精度遠遠達不到要求,建議可以用一些廉價的折射望遠鏡來做導星鏡,比如50600、60420等等,這些廉價的鏡子一般也就200元左右。至於是盯著目鏡來導星還是盯著電腦屏幕來導星,這個可以根據自己的條件來選擇。如果是盯著目鏡導星,那你需要一個導星目鏡。如果是盯著電腦屏幕來導星,那你需要有一臺筆記本電腦,一個網絡攝像頭(建議使用ToUcam 840k)、安裝K3CCD Tools。由於使用攝像頭有一個轉換倍率的問題,因此實際導星的焦距會相當長(是導星望遠鏡焦距的數倍),直接把攝像頭去掉鏡頭,插在導星鏡的調焦筒內就可以滿足導星的精度了。

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ToUcam 840K安裝在導星鏡後

市售導星目鏡的價格也是相當可觀的,不過可以自制一個簡單的亮視野照明導星系統。使用以一隻短焦目鏡,在目鏡的前端用頭髮絲拉兩條十字線,在導星鏡的前端裝一隻紅色的發光二極管。導星的時候,點亮物鏡前端的發光二極管,調整到適當的亮度,在目鏡端就可以看到紅色的視場中有兩條十字線。
其次,需要解決的問題是相機和望遠鏡的接口。如果是數字單鏡頭反光照相機(DSLR),可以使用轉接環,把望遠鏡連接在機身上,其實就是把望遠鏡作為相機的長焦鏡頭使用,這種拍攝方式一般可以獲得較好的效果。普通DC不可隨意拆卸鏡頭,因此只能使用無焦點法拍攝,即目鏡後拍攝。這實是無奈之舉,由於要通過目鏡,因此這種方式拍攝的照片大多會有明顯的色差和慧差。比較好的解決方法是使用小的光圈,但這樣就要延長曝光時間,對導星的要求就更高了。因此在實際拍攝的時候要權衡利弊。目鏡建議選擇PL一類的廣角目鏡,不要使用短焦目鏡,我曾經使用過PL40和K25。可以選擇前面所述的萬能攝影支架,也可以DIY(我的是用PVC管DIY的)。不過最重要的是要保證相機鏡頭的光軸同望遠鏡的光軸要重合。

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給nikon coolpix5400製作的轉接環

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再次,是要改造一個雲臺板來承載拍攝用的天文望遠鏡和導星鏡。最好是用較厚的鋁合金板製作,沒有條件也可以用較厚的膠合板來製作。具體和赤道儀的連接可以根據赤道儀的實際情況來製作。另外就是要給導星鏡裝一個經緯支架,最好是可以微調的經緯儀,球型經緯支架一般的攝影器材商店都有出售,價格也不貴。不過還要考慮赤道儀的承載能力,我是用原來小天望的簡單經緯支架改裝的,比較輕便,不過使用起來比較煩瑣,找星麻煩些。

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雲臺板上的經緯支架

當你把這些都安裝在了赤道儀上後,你會發現原來的重錘已經不足以保持赤道儀的平衡了。最簡單的辦法就是在重錘上掛一個重量合適的盛水的可樂瓶子,更好的方法就是把跟蹤用的蓄電池掛在重錘上作配重。記住,一定要保證赤道儀的平衡,否則你的跟蹤電機可能會轉不動。

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“可樂瓶”配重

看看改造後的EQ-1赤道儀,增加了赤經電跟蹤和赤緯電動微調,安裝了簡易的雲臺板。

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設備改造完畢,你就需要等待一個良好的觀測時機--晴朗的夜晚。選一個合適的觀測環境,最好是可以看到北極星的位置(當然,看不到也沒關係,我們可以用漂移法來校準極軸)。架好赤道儀,對準極軸。注意在對極軸的時候最好把正式拍攝所要安裝的全部器材(包括相機)都裝上,因為在裝上相機的時候由於載荷的變化,極軸可能會發生偏移。調整望遠鏡對準拍攝目標,再調整導星鏡對準引導星,建議引導星不要離目標天體太遠。打開電跟蹤,調整跟蹤速度,保持引導星始終穩定在視場中。然後打開相機,如果使用的是DC,需要適當調整變焦,使拍攝的目標在視場中的大小合適。注意,相機要設置在全手動模式,對焦模式使用手動,並設置到無窮遠,選擇儘量高的ISO可以縮短曝光時間。然後調整調焦筒的對焦手輪,注意相機LCD中的星點變化,反覆調整,以看到最多的暗星點為準。如果拍攝的是非常暗淡的天體,你就需要先把望遠鏡對準一個比較亮的天體,對焦完成後再轉回目標天體。如果使用的是數字單反相機,建議在拍攝前選一個明亮的目標(比如月亮)調整望遠鏡的調焦手輪,把焦距對準,然後在調焦筒上做好標記,以後使用的時候可以先調整到標記位置,然後前後試拍幾張就可以很快地找到最佳的焦點了。選擇好合適的快門速度,開啟延時拍攝功能(當然最好有快門線或遙控器,單反相機最好開啟反光板預升),這樣可以避免按下快門時相機的抖動對拍攝的影響。按下快門後要緊盯著導星視場中的引導星,當星點發生飄移的時候要適當調整跟蹤電機的速度(調速控制器的微調旋鈕),保證在整個曝光時間內星點不會有太大的飄移。手動導星是個熟能生巧的活兒,多練、多試就會得心應手了。用這種簡單的赤道儀拍攝深空天體,如果極軸對得好,一般跟蹤180秒,在500-800mm焦距下拍攝(35mm畫幅,組合焦距),可以做到星點很小的拖線。


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拍攝用的器材組合:DC+天狼80600折射望遠鏡+EQ-1赤道儀+60420導星鏡+自制亮視野照明導星裝置

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這是用上面的組合拍攝的M31、M42、火焰與馬頭星雲

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這是用上面的組合拍攝的M31、M42、火焰與馬頭星雲

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這是用上面的組合拍攝的M31、M42、火焰與馬頭星雲

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同樣是用這套組合拍攝的彗星17P

如果我們把DC換成數字單反相機,比如一部廉價的Canon EOS 300D機身,效果會有很明顯的提升。

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這是用Canon EOS 300D拍攝的M31、M42、M45和彗星17P

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這是用Canon EOS 300D拍攝的M31、M42、M45和彗星17P

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這是用Canon EOS 300D拍攝的M31、M42、M45和彗星17P

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這是用Canon EOS 300D拍攝的M31、M42、M45和彗星17P

還是要再次說明,對使用這樣的器材拍攝的深空天體照片不應該抱有不切實際的幻想,尤其是使用DC拍攝。首先望遠鏡的先天不足再加上目鏡後拍攝的方式,決定了你拍出的照片中必然會有明顯的色差和慧差;其次,普通DC的CCD動態範圍也是很有限的,在拍攝闇弱天體時不會有象數碼單反那樣良好的反差;再次,使用簡陋的赤道儀進行導星也是件不容易的事情,很難保證你拍出的每張照片都有良好的導星效果。雖然如此,我們還是用這樣簡單的器材拍攝並觀測到了一些深空天體,看到了闇弱的星際塵埃和氣體。這也就是我們要達到的目的。


另外,我們還可以把望遠鏡拆掉,直接裝上DC或單反相機。用來跟蹤拍攝星野,比如銀河和星座。這個對導星的要求比用望遠鏡拍攝深空天體要低的多。

用好手中的廉價天文器材

這是用上面說的那套組合,去掉80600折射望遠鏡直接把DC裝在赤道儀上,用相機鏡頭拍攝的銀河、星座。

用好手中的廉價天文器材

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用好手中的廉價天文器材

上面說了很多器材應用方面的心得,其實除了器材,更重要的是觀測環境。對於居住於大城市中的天文愛好者(我就是),最好的觀測目標是太陽、月球、部分大行星(金、木、火、土),因為觀測和拍攝行星一般使用較大的倍率,天空背景被壓暗,不會受到城市燈光的明顯影響。另外可以觀測和拍攝一些比較明亮的深空天體(M31、M42、M45等)和一些星團、雙星等。對於較暗淡的發射星雲、反射星雲和星系,由於城市燈光的影響,不會有理想的效果。彗星除非亮度大且地平高度較高的以外,也很難被觀測到。所以要想看到更多的東西,還是要“上山下鄉”,上面看到的很多深空和星野照片大都是在鄉下拍攝的。
其實,不管您手中的器材是高檔貨還是廉價貨,只要用得好就是好器材,相反,再好的器材放在一邊從來不用,那它很快也會變成“垃圾”。俗話說“沒有最好的器材,只有最合適的器材”。寫這篇文章的目的,決不是要大家都去購買廉價器材,而是鼓勵廣大入門級的天文愛好者和手中只有普通器材的同好們用好現有的器材。不論你手中使用的是高檔設備還是廉價的器材,都可以拿來享受天文觀測的樂趣。只有經常的使用這些器材,才能逐步提高駕馭器材和天文觀測的能力,你才能看到更多的美麗的天體。只有在觀測活動中才能享受到天文的樂趣,器材只是一個工具,作為一名天文愛好者沒有必要也不應該把注意力只放在器材上(那就成了器材發燒友)。尤其是對於入門級的天文愛好者,應該把更多的精力放在學習天文只知識上,加深對星空的認識。很多“菜鳥”級的同好經常會出現拿著望遠鏡找不到目標的情形,這從一個側面反應出的是天文知識的匱乏。在星座還沒有認識幾個的情況下,請不要輕易的說手中的器材是“垃圾”,經常看不到目標的不是望遠鏡而是觀測者本身。即便沒有任何器材,在良好的環境下用肉眼也可以進行天文觀測。


最後,有一點還是要提醒入門的天文愛好者,天文器材的性能價格比是隨著檔次的升高而下降的。可能你增加一倍的投資而無法收穫一倍的回報,對於高檔器材尤其明顯。另外,器材只是決定了你可以看到和拍攝到什麼樣的天體,至於能不能做到更多是取決於你的觀測經驗、攝影技術和觀測環境。同時,高檔器材對使用者也有著更高的要求,否則效果甚至不如廉價器材。一個簡單的例子,很多入門級的攝影愛好者總會覺得用數碼單反相機拍出來的片子甚至不如小DC。其實原因很簡單,消費級的DC把攝影過程中很多工作都包攬了,拍攝者只需要取景和按快門;而單反相機則把拍攝的所有工作都交給了拍攝者。
以上寫了這麼多,只是個人的一點心得。可能其中有很多錯誤的認識,還請各位善意的指正。


轉自牛人作品:weiguo1688


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