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深空照片观赏指北

Tseraph 2019-08-11 16:39:11

天文圈总是在你快忘了还有这一圈的时候突然丢个大新闻出来砸你一脸。什么找到了宜居星球、发现引力波、拍到黑洞啦之类的。接着各种营销号就开始贴一些他们也不知道是啥的天文照片蹭热度。当吃瓜观众刷到这类照片的时候，第一感觉一般是，卧槽，好漂亮！然后...可能就没有然后了...也许会有人很感兴趣，但不知道怎么去进一步了解。这回我们就来聊一聊，当我们看一张天文照片的时候，我到底在瞅个啥？

天体的名字与编号

piu 刷到一张照片

马头星云 IC 434，作者：Deep Sky West (Lloyd)

第一反应：卧槽，好漂亮！然后...就没有然...等一下！先看看这拍了个啥？看名字，噢是马头星云，也难怪叫这个名字，特征忒明显了。

但并不是每个深空天体都有名字，像马头这种造型独特的比较好起名儿。但是还有大量形状差不多的，比如下图这哥儿仨，他们的名字叫棒旋星系、棒旋星系和棒旋星系...

天文学家们词穷之后发现还是给深空天体编号最简单，给孩子起名叫赵C的父母应该有过类似的经历。

所以不管深空天体有没有名字，它们通常有个编号。编号的开头可能是一个或几个字母，再加上数字编号。字母代表目录的名称，比如M（Messier 梅西耶星表，共110个天体）、NGC（New General Catalogue 星云和星团新总表，共7840个天体）、IC（Index Catalogue 星云星团新总表续编，共5000余个天体）等等，足以涵盖比较容易观测到的大部分深空天体。马头星云的编号为IC 434；棒旋星系哥仨也都拥有各自的编号。

假如你刷到一张图，但没有任何信息，可以尝试去跟星表比对，说不定就能找到。

梅西耶星表

知道了深空天体的名字和编号我们就能通过检索去进一步了解它。搜索马头星云，可以了解到原来它就位于我们冬天经常能见到的猎户座当中，跟著名的猎户座大星云M42是邻居，距离地球约1500光年。

猎户座

猎户座深度特写，作者：Deep Sky West (Lloyd)

你可能注意到了在马头的左下方还包含几个小目标，它们也都拥有各自的编号。

最大的家伙NGC 2024是火焰星云，跟马头一样同属于发射星云，IC 432跟NGC 2023则属于反射星云。那发射和反射星云又是啥意思？感兴趣可以再继续检索了解，本文非科普文，这里就不展开讲了。

为什么同一个深空天体的照片看起来却不太一样？

如果你深空照片看的多了，渐渐会发现一个奇怪的现象。拍的明明是一个目标（比如M1 蟹状星云），但照片看起来确五花八门的。

是星云一直在变化吗？不是。

人的一生，甚至整个人类历史，如果放在宇宙的尺度来看就如弹指一挥般短暂。虽然深空天体是动态变化的，但是在我们看来，它们就好像是慢慢慢慢慢慢...乘一个亿动作状态。我们很难从较短的观测区间中看出深空天体的变化。完全看不出吗？也不是，比如下图由爱好者连续数年拍摄的M1 蟹状星云：

做成动图后可以很明显的看到蟹状星云正在不断膨胀。只是如果不特意去比对，像这样尺度的变化在我们看来很难察觉。也就是说，如果拍摄目标是同一个天体，你拍的跟我拍的跟NASA拍的应该一毛一样才对。但为啥不是这样？

首先先放一个最悬殊的对比，哈勃空间望远镜VS普通爱好者：

ARP 273玫瑰星系，哈勃VS爱好者（作者：bilgebay）

相信你很容易就能分辨出哪张是哈勃哪张是爱好者拍的，不过判断依据并不是大小。当我把右图放大到和左图一样大后，你依然可以很容易做出判断。

原因就在于分辨率不同，爱好者那张照片使用C11+0.63减焦+Atik 460EX拍摄，分辨率约是0.53"/pixel。哈勃这张ARP 273使用的拍摄系统分辨率的具体数值我不太确定，但肯定远高于爱好者，可能在0.1"/pixel（数值越小越高）。这使得哈勃的照片看起来要清晰的多。（另外别总说NASA P图了，人家星系本来就长那个样子）

那么假如我们的爱好者是个土豪，把自己器材配的跟哈勃一模一样是不是也能达到一样的效果呢？答案是否定的。

地面望远镜深受大气视宁度的制约，无法充分发挥器材性能。北京视宁最好的时候也就在1角秒左右，观测环境较优的智利平均视宁也就在0.5-0.6角秒，这就是环境极限，再牛的设备也无法突破。想不被影响唯有上天一条路，把望远镜放在大气层之上就可以充分发挥拍系统的性能了。

大气视宁度对天文摄影的影响

清晰与否只是造成照片之间效果不同的其中一个因素，拍摄与处理方式不同也会产生不同的效果。这里放一个非常有用的视频，可以帮助你理解两种常见的摄影方式：宽带与窄带摄影，以及它们的各自对颜色的处理。

科学家如何给星空上色

我们来看哈勃在不同时期拍摄同一个目标的三种效果。

哈勃拍摄的创生之柱照片

首先左1是哈勃在1995年拍摄的，可以看到它是一张典型的窄带摄影照片（扩展阅读，哈勃首张创生之柱照片的拍摄与处理：http://bolide.lamost.org/articles/article184.htm）。时隔20年后，2015年哈勃再次拍摄了创生之柱，采用的还是窄带摄影方式，但显然15年那张照片的效果更细腻，这可能跟设备的升级有一定关系，同时在后期颜色调整上也有优化，令最终成片的效果出现了差异。而最右边那张蓝色照片的拍摄方式就更加专业了，它是创生之柱的红外线波段照片，通过后期赋予颜色的方式将创生之柱红外线波段数据可视化，看起来相比前两张也要更加的不同。

那么假如用更贴近日常摄影方式的宽带摄影拍摄创生之柱是什么样呢？大约长这个样子。

作者：冬时

满眼除了红还是红。这是因为创生之柱所在的鹰状星云属于发射星云，发射星云发光是其中占主导地位的氢受到激发之后会发出波长为656nm光，而这种光是红色的。相比前面哈勃的窄带与红外波段拍摄方法，宽带摄影的效果更加贴近我们人类肉眼理论上所能看到的效果。

哈勃采用不同的摄影方法并不是为了好看（虽然确实更好看一点），主要还是出于科研目的。星云由宇宙中不同的气体/尘埃相互作用而形成，发射星云的构成也不光是氢，但它占了主导，在宽带摄影的照片中的表现太过强势，overcome了其他元素，不利于对星云构成的研究。窄带摄影好比给特定元素发的光加上了显影剂，使其一目了然。

我们以爱好者拍摄的NGC 7635气泡星云的窄带与宽带照片做个对比。

左作者：pfile；右作者：Péter Feltóti

抛开颜色的因素来看，很明显左边窄带的气泡星云要比右边看起来更整洁，星云结构清晰，星点少且亮度被压制的很好。这是因为窄带滤镜过滤掉了非目标波段的光所致。颜色上，左图的后期处理中会把所拍摄的3个波段的窄带数据按照硫=红、氢=绿、氧=蓝的方式赋予颜色，再经过一些调整就变成了现在的效果，可以更直观更分明的观察星云的构成。好看算是附赠的吧。

很多爱好者都尝试过窄带拍摄，因为它比较容易实现（就是多买3片滤镜的事儿，感兴趣可以看看我上一篇日志），并且这种摄影方式可以很有效地对抗光害。对于观赏照片的人来说，区分窄带照片很容易。首先要知道只有发射星云适合拍摄窄带，然后如果这个发射星云的照片看起来不是以红为主且颜色花里胡哨，那么八成就是窄带照片。

随便搜一下发射星云的照片，比如IC 1396 象鼻星云，可以看到大量窄带片子

由于哈勃的照片太有名了，而公众对照片背后的摄影方式并没有做过深入了解。以至于很多人认为那就是宇宙的真实颜色。并且经常能看到电影里出现的太空背景都是浓浓的窄带色系。这种大家就看着玩玩就好了，不要真的以为飞到宇宙中会像掉进调色盘里一样。

复联3中的宇宙背景

当然，也不要因为有窄带照片的存在就对所有深空照片中的颜色都持怀疑态度。刚才说过只有发射星云适合拍窄带（有部分发射星云原本就很好看，窄带的片子也会比较少，如文章开头的那张马头星云照片，就不是窄带）。其他目标例如反射星云和所有的星系还是以正常方式拍摄的照片居多。

左：M78 奥特曼的故乡，典型的反射星云（作者：Deep Sky West (Lloyd)）右：M20 三叶星云上半部反射下半部发射

即便是拍摄方式相同，变量还是很多。拍摄者的拍摄环境不同、使用器材不同、处理方法不同等等这些因素叠加在一起，就会使照片看起来不一样。但是经过了多轮对比，大家应该对什么东西可以变什么东西不能变有了初步的感觉。一条最基本的底线就是，拍出来什么就是什么。无论是宽带摄影还是窄带，都没有对拍摄的原始数据做过改动，变化的仅是处理方式。无论怎么处理，深空天体的构造、细节、背景星点等基本结构是不会变的。如果把没拍到的画蛇添足，那不是摄影，是画画。在这条底线之上如何在后期中增加表现力就是偏艺术的方面了，也是深空摄影好玩的地方。

有人说既然哈勃拍的效果那么好，那爱好者还拍个屁啊，再怎么努力也没哈勃拍的好啊。我觉得就算天上有个无敌的存在，也并不妨碍爱好者通过自己的方式展现宇宙的美。毕竟深空摄影不是一场竞赛，而是我们观测宇宙的一种方式。哈勃照片是专业的人+专业的拍摄方式+专业的后期处理的成果，作为标尺是个很好的指引并防止弄虚作假（如果某某拍的照片中出现了哈勃都没拍到的东西，那玩意儿只能存在于他自个宇宙里而不是我们的宇宙）。在艺术表现上就没有那么绝对的优势了，爱好者可以扬长避短，凭借多变的风格和新奇的思路，也能拍出足够好看的照片。

关于审美的讨论

一千个人一千个哈姆雷特，那就不得不讨论审美的问题。每个人都有自己的审美倾向，我也是。所以下文所阐述的仅仅是我个人的一些观点，比较主观。抛砖引玉，欢迎有不同想法的爱好者来分享自己的观点。

基础标准

一张好看的深空作品，首先要达到一些基础的标准。说白了如果这些没做到的话，会非常影响整张作品的美感。我自己总结下来主要包括这么几点：照片的平整性、星点的大小和圆度、曝光的深度、合适的色彩。

照片的平整性

对于初学者来说，照片的平整性（主要指背景亮度）可能是最难达到的一点。不仅要明白如何规避光害、如何在后期中扣减天光，还要学会拍平场去抵消拍摄系统感光的不均匀。

反例：

这两张就是比较典型的照片不平整：左图受光害的影响，离光污染源的距离不同使得照片从左到右亮度渐变；右图则是平场没拍好的一个案例，以拍摄目标为中心四周有一圈暗角，这是拍摄系统感光不均匀导致的。此外对于M42中心的高光比问题两张照片也都处理的不好，星云核心部分处于一片白的过曝状态。

优秀案例：

作者：Jean-Baptiste Auroux

可以看到整张照片的背景亮度非常的平整，充分的曝光使得M42四周的暗云气也得到了表现，所以整张照片看起来其实一点都不【平】，反而非常立体。同时对于星云核心的高光压制做的非常好。堪称完美的一幅作品。

星点的大小和圆度

星点的大小反映的是拍摄时对焦的准确性，而圆度则反映的是拍摄时跟踪的稳定性。这两者对于照片的表现影响也非常大。

虚焦案例：

虚焦的案例还是用这张光害M42吧，可以把它的星点大小跟优秀案例做比对，明显要大人家一圈，造成的影响不光是星点肥硕不美观，星云细节的清晰程度也大打折扣。

星点不圆（拉线）案例：

每次说到拉线都可以把我入门时候拍的这张M27拉出来批判一番~跟踪不稳定对整张照片有致命的影响，星点拉线，星云细节也是糊的，基本没法看。

曝光的深度

深空摄影通常需要累积较长的曝光时间，这也是深空摄影和星野摄影差别较大的一个方面。长时间曝光可以带来两个好处：

一是增加信噪比。这个很好理解，因为曝光时间越长，“真实信号”，也就是我们真正想拍的目标的信号，占比越高，热噪声等杂乱的我们不想要的信号占比就越低。

二是可以展现更多的东西。以风车星系M101为例：

网上大部分M101照片是左图（曝光时间约8.8小时）这样的，星系看起来不是那么圆，但M101真的只长介个样吗？如果你保持耐心继续累积曝光时间，首先M101左侧的三条暗悬臂会逐渐显露出来，然后星系四周也越来越丰富，在几十个小时的曝光量下M101整个肥成了一只球~露出了本来面貌。

还没完呢~长曝光不光令目标本体会变得丰富，还能让你在星空背景上发现意外的收获。我们平时见到的大部分星空照片中，在明亮的天文目标（比如银河、月亮、M42那样明亮的星云等）以外的部分，除了星点就是整片整片灰黑的宇宙背景，像一张干净的大黑布。但实际上宇宙很少有绝对“干净”的区域。宇宙中弥漫着大量暗尘埃，也就是所谓的IFN “Integrated Flux Nebula”，中文称为共耀星云，顾名思义就是通过反射其他天体照射过来的光而发光的尘埃云。我们来看看M101的四周：

上图为爱好者用90口径APO+单反拍摄约14个小时得到的M101照片，星空背景看起来还是比较干净的，左侧、右上和右下能看到三个小星系。当我们把曝光量增加到大几十个小时的级别（前提是在没什么光害的环境）：

整个星空都开始变得热闹起来，背景上浮现出一片一片朦胧的薄纱，它们就是所谓的IFN。同时一个个的萌萌小星系也冒了出来：

整张照片变得既丰富又有趣，这就是曝光充足的威力。

合适的色彩

色彩的表现本来是偏艺术层面的差异，没有绝对的正误之分，但前提应该大致方向上是合适的。这里我们针对宽带摄影和窄带摄像的色彩分开来讨论。

宽带摄影，即LRGB或RGB方式拍摄的照片，在后期过程中都有很重要的一步叫做色彩校准（color calibration）。校准的标准是让不含拍摄目标信息的宇宙背景呈中性（R、G、B数值相等），同时让背景星点中原本颜色为白色的恒星呈中性（恒星的颜色取决于它的表面温度，基本是固定，可以用作为色彩校正的参考）。

先来一组比较极端的对比：

M45 昴星团

左图比较极端的把整张片子都拉成了蓝色，虽然M45是一个偏蓝的目标，但是从右图可以看出在云气稀薄的星际背景还是呈中性灰的状态。此外颜色是否准确还能从星点颜色的表现上得以体现，左图的星点基本一个颜色。而右图则丰富的多。

接下来再看一组不那么强烈的对比：

M31 仙女座大星系

如果颜色调整到差不多的情况下，再想变得更加准确就需要一点经验了。就好比上面这组对比，如果盖住右边只看左边，你可能并不觉得这张图有什么问题。放在一起你就会发现，左图偏黄了。这也是色平衡的难点，在后期刚做完色彩校准可能你得到的结果就是左图，虽然经过了校准，但它实际上还是不准的，因为影响白平衡的因素太多了，比如天光的影响、感光元件在各波段效率不同的影响等等，都不是简单的色彩校准能够直接纠正的。需要大量的经验，找准方向再做进一步调整。在色彩平衡完美的情况下，整张片子的美感也将得到显著提升。

至于窄带摄影，窄带照片的颜色就没有准确与否一说了，你可以通过调整搭配出多种变化的组合：