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玉衡远程天文台建设回顾(比较系统的建台历程)

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Post time: 2015-12-27 21:42:00
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本帖最后由 astrobaby 于 2015-12-27 21:56 编辑

远程天文台年度回顾
刘剑眀
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1. 概观

我在澳大利亚的远程天文台从2011年年底开始运作至今已经一年多了,这或许是一个很好的时间来回顾一下项目的进展,也好总结过去一年所得的经验。总体来说,我认為这项目非常成功,远远超过了我原先的预计。当然,在过程中不免遇到各式各样的问题,但考虑到操作远程天文台的复杂性,它已经比我想像的顺畅。

曾经尝试深空摄影的人都知道,能够成功拍到一张满意的照片并不容易。虽然天体总是在那裡等待著我们,而整个过程似乎也是颇為机械化的,但是过程中很多问题可以出现,也经常会出现。解决好所有这些问题是深空拍摄的一个重要组成部分,也是这个富有挑战性的嗜好的一大乐趣。现在再想想您所有的设备都远在千里之外,要顺利的进行拍摄是一项多麼艰鉅的任务!

我相信,项目的成功,最主要的原因是由於我是在合适的时机开始这个项目。因為只有直到最近,所有相关的硬件和软件,才开始变得成熟,可以在业餘爱好者市场上找得到。如果没有这些组件,要建成一个高度自动化的远程天文台,对普通业餘爱好者来说,是几乎不可能的。我觉得我们生活在这个年代非常幸运,可以通过建立自己的远程天文台,大大延伸深空摄影的可能性。在这里,我会跟大家详细讨论我的远程天文台的各个组成部分,分享我的经验。我希望这些讨论,对有兴趣建立自己的远程天文台的爱好者,能够成為有用的参考。

首先,以下是一些过去一年的摄影统计数据:
总曝光时间:1,613小时
总帧数:9,324
已完成的天体:98
拍摄中的天体:13
平均每日曝光:4.36小时

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2. 天文台选址

我的远程天文台位於澳大利亚、新南威尔士州内,一个叫库纳巴拉布兰(Coonabarabran)的地方。选择一个合适的地点,有很多需要考虑之处,一些重点包括:

纬度 - 不应该过高或过低。过高的纬度意味著你会被主要局限於南天区或北天区的天体。过低的纬度则意味接近极轴的天体将经常徘徊於低空,难以拍摄。我相信纬度在30度左右最佳。我的天文台位於南纬31.28度。

海拔高度 - 通常是尽可能高,但也并非永远都是。显然,位於更高的海拔,头顶的空气会较薄,也应该可以减少受污染空气的影响。然而,周围的地理环境也很重要,有时,甚至比绝对高度更為重要。例如,赛丁泉天文台(Siding Spring Observatory),位於12公里外的一个小山上,海拔高度约一千米,较我的天文台位置高一倍左右。但是,根据我过去的一年的观察,我的天文台明显有更多适合拍摄日子,因為山顶经常被云雾覆盖。

光害 - 很明显,尽可能低。在现实中,很难找得到暗於每平方角秒22等左右的地方。我的天文台在没有月亮的夜晚,通常会达到每平方角秒21.5至22等左右。

晴天率 - 很明显,越高越好。在我看来,一个好的天文台选址,晴天率应该达到年平均50%以上。虽然我还没有看到过一个严格的晴天率定义,但是我的天文台所在地却声称达到年平均65%左右,这是一个相当高的数字。下面将有更多关於这方面的讨论。

视寧度 - 对於高分辨率拍摄及长焦距望远镜的使用,这是非常重要的。一个好的天文台选址,在一个稳定的晚上,视寧度应该可以达到1至2角秒左右。能够达到1角秒以下的选址是非常罕见的。我的天文台在一般的晚上,视寧度约2.5-3.5角秒。在很稳定的晚上,可以达到2角秒左右。这些数字不是很理想,极大地限制了此地高分辨率拍摄的能力。下面将有更多关於这方面的讨论。


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3. 晴天率

从每日平均曝光时数加上其他参数,我们可以估算一个地方的晴天率。

一个地方的晚间长短会随著季节而变化,冬季较长而夏季较短。但是,任何地方的一整年平均值都应该是12小时。然而,在日出日落的约1小时之内,一般天空都还是颇為光亮,不适合深空拍摄。因此,每个晚上平均我们只有约10小时的摄影时间。由於各样的设备问题,我估计约有10%的时间不能拍摄。在拍摄中,还有各方面的间接成本,包括:图像下载、自动对焦、目标导入、导星设置、工作调度等,相当於约30%的消耗。因此,每晚净可用的曝光时间只剩下约6.3小时左右(= 10 * 0.9 * 0.7)。

我的每日净曝光时间為4.36小时,这意味著天文台的晴天率约等於69%(4.36 / 6.3),非常接近网上所声称的65%的数字。当然,这个数字每年可能都会显著不同。

平均每天10小时可用的摄影时间
设备故障的消耗:10%
间接消耗(图像下载、自动对焦、目标导入、导星等):30%
每天净可用摄影时间:6.3小时
平均每天曝光时间:4.36小时
晴天率:69%



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4. 视寧度

正如上面提到,我的天文台的一般视寧度為2.5-3.5角秒,寧静的晚上可达2角秒左右。这些不太理想的数字意味著此地不怎么适合高分辨率拍摄及长焦距望远镜的运用。我目前的仪器是一具口俓180毫米(7英寸)的APO折射望远镜,焦距1,287毫米(f/7.2)。配上一个KAF-8300感光器的照相机(5.4µm像素),每像素的分辨率為0.87角秒,这算是高分辨率摄影范畴内的起点位置。可以预计,在大部分时间里,在发挥上,此仪器组合都会颇為吃力。

在实践中,我可以清楚看到视寧度对图片分辨率的影响。在寧静的晚上,图片会显示更多的细节。而在一些糟糕的晚上,几乎不可能进行任何拍摄。我估计目前使用的分辨率已经接近此地的极限。以更高的分辨率拍摄,应该不会显示更多的细节。

以上的观察,意味这个天文台的分辨率,主要是被视寧度所限制。180毫米口径折射镜的理论分辨能力為0.66角秒,相对於天文台的2角秒分辨率是绰绰有餘的。因此,更大口径的望远镜,在这个天文台上应该不可以拍出更高分辨率的相片。当然,它较高的集光能力,将有助於减少曝光时间。

例如,如果我们使用一具CDK17反射镜,便必须更换一个更大像素的照相机,以降低分辨率。如果使用KAF-16803 9µm像素感光器,分辨率為每像素0.63角秒。根据我过去一年的经验,这已经超出了这个天文台的视寧度所容许的范围。此组合能够完全发挥的晚上将会较為有限。

这些观察让我认识到,很多天文台其实都不一定适合使用大型望远镜拍摄。很多时候,可能一具小到中等口径的折射镜,已经可以充分发挥一个天文台的潜力。当然,较大的望远镜可以减少曝光时间。但对於一个拥有高晴天率的天文台来说,优势便不那么明显。例如,即使我的器材F值只有f/7.2,但我基本上可以在18个月内,涵盖所有适合现时器材组合拍摄的目标天体。

不过,大口径望远镜亦有另外一个不那麼明显的好处:它可以帮助您更彻底地发挥一个地方的视寧度。大家都知道,我们可以透过叠加多张照片,增长总曝光时间,以达到指定的目标讯噪比。透过这技术及増加曝光时间,一具低速(高F值)望远镜可以模拟一具高速(低F值)望远镜的效果。但实际上并不是那麼简单,因為増加曝光时间会较大机会引进较多的模糊效果,从而降低最终图像的分辨率。此外,叠加的过程也会引入额外的噪声(主要是读出噪声),对於非常微弱的讯号是很重要的考虑(后面将有更多讨论)。因此,虽然两张图像可能有相似的讯噪比,但是较长曝光的图像分辨率会较低。当我畳加超过50帧图像的时候,我清楚见证了这一效果。我的困境是:当我增加曝光时间以减少噪音时,我的照片却变得更加模糊。虽然讯噪比提高,图像可以承受更多的锐化,抵消部分影响,但长时间曝光的回报却被侵蚀了。一具较快(低F值)的望远镜可以帮助避免这些问题,因為它只需要较短的曝光时间来达到同一讯噪比的图像。

我还注意到另一个问题。当我尝试在离地平缐40度左右或以下拍摄时,视寧度会变得较差。这似乎是当地环境的限制。以现时我在使用的分辨率,主要的拍摄对象会局限於仰角较高的天体。从另一个角度来说,尤其当分辨率是重要的目标时,我应该尽量可能在中天附近拍摄。

另一个意想不到的观察是,当视寧度很差时,有时会令彩色通道合成变得非常困难。例如,如果我的蓝色及绿色通道是在较好的视寧度下拍摄,而我的红色通道却是在恶劣的视寧度下获取,那麼红色通道的星星会明显较其他顏色通道肥大。彩色通道合成后,所有的星星都会有一个红色的光环围绕。要在图像处理期间修正这些问题是极其困难的。我经常需要重拍一个,甚至所有顏色通道。


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5. 网络通信

对於我们这些已经习惯於快速及可靠的互联网服务的人来说,我们以经把它视為理所当然,没有意识到一个良好的通信网络的重要性。不过事实上,对於一个远程天文台来说,无论是基於操作控制、拍摄、或图像下载,这都非常重要。具有讽刺意味的是,你的天文台地点越是偏远,便越难拥有好的通信网络,而且通常都会非常昂贵。

我的天文台距离最近的小镇约9公里,算是颇為偏僻。幸运的是,电力、供水和电话网络都算齐备。但是,因為它距离电话机楼已经超过5公里,此地并不提供ADSL宽带上网。一般这些地方都要透过卫星通信来上网。事实上位於此地的天文台在过去的几年裡也是用此方法上网。不过,这种上网模式有几个大问题。

首先,它相当昂贵。基本上,数据用量都是每KB来计算的。即使我们购买最高数据用量的计划(这是贵的离谱的),它远远未能提供足够大的数据配额,使我们能够下载每天拍摄的图像。因此,在过去,用户必须把影像文件复製到硬盘,然后每隔数个月将硬盘邮寄到用户家裡。这是昂贵而累赘的。而且从影像拍摄到处理之间有一个很长的时差,如果拍摄过程出现任何问题,要直到几个月后才会被发现,可能重拍的窗口已经关闭了。

其次,卫星通信有很长的滞后时间,可高达数秒鐘,相对几十毫秒的一般宽带反应,有很大的差别。这使得实时远程操作非常困难和令人沮丧。此外,卫星通信也频繁断缐,非常不可靠。因此,在经过初期的巨大挫折后,我开始探索各种可能的选择。

在研究过许多不同的选择后,我们找到一个满意的解决方案,就是使用3G移动数据网络。在澳大利亚,3G网络覆盖不是很全面,每个地方的情况都不一样。在当地现场,基本上完全接收不到移动电话讯号。因為,最近的发射塔离我们有9公里远,而且没有直接的视线接触。在屋主的屋顶上使用了高增益天线后,我们可以接收到微弱的讯号。但是,因為信号非常弱,数据传输速度很慢且不稳定。后来我们决定作一个赌注,在屋顶上约10米高的长桿上安装一个更高性能的天线。幸运的是,我们获得不太差而且稳定的接收,提供可靠及足够的性能。

这个3G网络提供的上/下载速度大约為0.5mbps/2mbps。虽然这不是非常快,它已经足够我们使用,使我们能够在几小时内下载到每天所拍摄的照片。而且较短的网络时滞对实时操作非常有用。可靠性也改善了很多。另一个好处是,现时的通信费用比以前还要低。我想我们是比较幸运的,这个简单的解决方案,带来了颇為理想的效果。否则,会显著降低天文台的可用性和及总体效能。

无奈好景不常,大约两个月前的某一天,我们发现网络突然停止运作!讯号接收似乎正常,但我们再也不能远程访问我们的电脑。最初我们认為,网络运营商已经开始封锁IP端口的使用。经过大量调查和实验,我们发现其原因是,网络运营商已经开始对所有客户端分配私有IP地址。这些私有IP地址无法经过互联网到访。经过一番搜索,我们发现另一家运营商还在继续提供公共IP地址。但不幸的是,他们不提供无限制或高用量数据计划,让我们下载图像。结果最后,我们设置了两个3G网络,一个用於实时操控连接,另一个则用於图像下载。现时每个PC都是双网络,这也製造了无数的问题。经过一番努力,我相信我们现在有一个可行的解决方案,希望网络运营商不再作任何急剧的政策转变。



6. 当地支援

远程天文台是一个复杂的设置,它涉及到很多的硬件和软件组件。无论在初始安装阶段,或在正常操作的情况下,都会出现各式各样的问题。因此,当地的支援是非常重要的。在理想的情况下,当地支援人员应该有丰富的经验,在操作上可以给你很好的建议,帮助你进行设置,并持续提供良好的支援服务。此外,在当地能够找到设备齐全的五金商店及加工车间,可以提供各样的零件器材和定制急需的金属佩件。

我的天文台位於屋主及其家人住所的前院。他自己的天文台及其他几个寄住的天文台也在同一地点。所有这些天文台都是类似的结构,已经运营了好几年。因此,屋主有足够的经验能够為客户提供完善的建议和良好的支持。然而,由於屋主还有日间的正常工作要兼顾,这限制了他的支援服务,只能够在深夜和週末提供。而且屋主也是唯一的一人可以提供支援,没有其他帮手。儘管有这些限制,我觉得他所提供的支援服务在大部份情况下已经相当足够。

天文台附近有一个小镇,裡面只有一间小型的五金商店及一所简单的加工车间。屋主也没有自己的工作室及齐全的工具。这有时是非常不方便的,令紧急维修工作相当困难。不过如果有仔细的规划,情况也还是可以接受的。


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7. 自动导星

进行长时间曝光深空摄影,自动导星是必不可少的。虽然一些最新的赤道仪几乎没有週期性误差,透过复杂的软件,也可以纠正许多不同类型的跟踪误差。但是,自动导星可以提供最简单、最可靠的跟踪校正。例如,仪器的弯曲变形及大气折射,在不同的环境条件下,都会不完全一样,很难绝对準确计算。微小的误差,在长时间曝光下都可能变得重要。

可靠的自动导星并非那麼难设置。对自动导星来说,最常见及最头痛的问题莫过於导星系统与拍摄系统之间的非同步变形。其中一个简单有效的方法,便是使用离轴导星装置(OAG)。它基本上可以完全消除这些问题,使自动导星变得非常可靠,简单易用。有些人喜欢选择轻巧坚固的外置导星镜,希望能够提供足够的刚性。但是,很多时候,他们会发现这样的设置是不可靠的,结果还是要回到离轴导星装置。对於远程天文台,我会强烈建议使用离轴导星装置,以确保在任何时候,都能提供準确及可靠的自动导星。我很高兴我的相机有一个内置的离轴导星端口,使离轴导星设置更加简单方便。事实上,虽然我的拍摄分辨率算是颇高的,我的自动导星设置也能提供近乎完美的表现。

现时,市场上可以找到多款不同价格、不同性能的自动导星相机。不知道是精心设计还是纯粹意外,我发现,StarlightXpress Lodestar无疑是现时市场上最好的自动导星相机。它有许多近乎完美的属性,包括体积小、重量轻、安装选项的多样性、非常灵敏、低噪音、大像素、大面积感光器、很短的后焦距要求、自供电、导星讯号输出等。对於理想的导星相机,每一项都是非常重要的。

例如,娇小的外形会大大减少相机跟其他器材的互相障碍。因為很多时离轴装置所处的空间通常都是非常紧迫的。

大面积且非常灵敏的感光器,几乎可以保证在使用大多数光学系统的时候,在任何天区的视场范围内,都可以找到合适的导星。举例来说,过去的一年里,在我的f/7.2光学系统下,从来没有出现过找不到合适导星的问题。在过去,这曾经是离轴导星装置的一个主要问题。人们习惯透过电子星图及电动旋转器的帮助,来确保可以把一颗合适的导星置於导星相机的感光器之上。不过这样的安排,会使自动化系统变得更為复杂及不可靠。当使用速度较慢的光学系统,我们也可以选择像素合併(binning)模式,因為它是一个CCD感光器(CMOS感光器不能使用这个模式)。

低噪声感光器也有助於确保导星的高品质与高信噪比。Lodestar的其中一个缺点是,它没有快门装置,因此不能做自动暗帧(auto-dark)。在不使用自动暗帧时,导星软件有时可能会误判一个热像素為导星。幸运的是,我们可以準备适当的偏压帧(bias frame)、暗帧、及坏像素地图(bad pixel map),於MaxIm内实施影像全校準及坏像素修补。由於Lodestar没有温度调控装置,校準效果可能不会很理想。儘管如此,这已经足以消除由於热像素所做成的导星问题。在过去的一年裡,我从来没有遇到假导星的问题。

总体而言,我觉得Lodestar是一款很好的自动导星相机,我强烈推荐它用於几乎所有的自动导星系统。


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8. 导星追踪

我发现,在正确设置了离轴导星装置、适当的仪器平衡、及一台高精度的赤道仪后,你可以预期,在大多数的时间内,基本上可以实施近乎完美的导星追踪。我的意思是,即使在200至400%的放大倍率下,在屏幕上检视影像的星点,都是近乎完美的。在过去的一年裡,我可以说我90%以上的原始影像都是这样的。

在上面的章节,我们已经讨论过离轴导星装置。在后面的章节中,我们将讨论赤道仪及平衡的问题。在这裡,让我们来讨论一些其他跟导星追踪相关的问题。

虽然我最喜欢的手动导星软件是PHD Guiding,但是我的远程天文台一定要使用MaxIm,因為这是ACP指定的拍摄及导星软件。只有通过两者的合作,才能实现天文台的自动化。MaxIm的自动导星组件有许多设定,一些较重要的,将在下面讨论。

自动导星的曝光时间,我设定為2-10秒(大部分时间是2秒)。在过去的几年裡,根据我自己的经验,我发现2秒的曝光时间,在大多数情况下是一个最佳的设定。我不建议使用低於1秒的曝光时间,因為两方面的原因。首先,导星可能会受视寧度影响,產生太多不必要的抖动。其次,大多数赤道仪都不能适应太快、太多的修正指令。它可能会反应不过来。或者更糟糕的是,可能会引起振盪或不正常的抖动。太长的曝光时间,可能会影响追踪精度,特别是对於有大而急促的週期性误差的赤道仪。对於一个良好的赤道仪,有时,较长曝光时间会是更理想的设定。

对於追踪修正的侵略性(aggressiveness)设定,我在两轴上都设定為7,这样可以理顺一些太快速的修正动作。我会啟用赤经轴的防粘(anti-stiction)功能,设定為3週期,以防止赤经轴修正的突然逆转。两轴的最小运动(min motion)被设定為0.02,即是说它们的最小修正运动為0.3弧秒。这样可以防止太小的修正指令会被发送到赤道仪,从而引致不良的反应。两轴的最大运动(max motion)被设定為0.5,换算為7.5弧秒的最大修正运动。这样可以防止因突发性大气湍流或其他原因造成的错误修正动作,被发送到赤道仪。

我尝试过啟用导星抖动(dithering)功能,但几个月后便停止了使用。因為我发现,在抖动之后,有时它需要很长的时间从新稳定下来,尤其是当赤经轴被牵涉在内。这是因為,如果抖动引发了赤经轴的逆转,那便要花费很长的时间才能逆转齿轮间的虚位。更糟的是,如果追踪误差是在相返方向,那麼误差又将开始慢慢累积,直到赤经轴被再次逆转為止。这将耗费显著的拍摄时间,有时更可能会导致影像出现较大的跟踪误差。

代替抖动功能,我选择设置定时自动对焦,每30分鐘一次。由於我的每帧曝光时间是10分鐘,即是说,系统每隔3帧将进行一次自动对焦。这意味著只有连续三帧照片会是精确重叠。当叠合大量照片时,它们会產生有效的抖动效果,因為在每次自动对焦后,赤道仪一般不会精确移动至天区的同一位置。


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9. 自动对焦

直至没多久之前,天文望远镜对焦(至少在业餘世界)一直是一项非常具有挑战性的任务,更遑论以自动方式去执行它。它通常涉及连续微调望远镜的调焦器,直至星点產生光度最高读数、或最窄的FWHM读数為止。有时,它更偏向於一门艺术,而不是科学,特别是当视寧度不是很稳定的时候。

2001年,史蒂夫•布雷迪(Steve Brady)和拉里•韦伯(Larry Weber)发明了一套对焦方法,為望远镜对焦提供了一套简单、準确、可靠的方法。而且这套方法非常适合於自动化。同时,他们还开发了著名的免费软件,FocusMax,实现望远镜对焦自动化。当配备了适当的电子调焦系统,该软件可以在广泛的环境条件下,以及很短的时间内实现精确的自动对焦。

我的望远镜设置了RoboFocus的电子调焦系统,配合FocusMax和ACP作自动对焦,效果非常理想。正如前面所提到,我已设定软件每30分鐘进行一次自动对焦。我觉得这是一个适当的设定,以确保由温度变化所引起的焦点转移,在大多数情况下都处於可容忍的范围之内。而另一方面,亦未有浪费过多的拍摄时间。不幸的是,ACP的标準拍摄窗口都是以一小时為单位,我需要作出轻微修改,令系统可以做到每30分鐘自动对焦一次。

自动对焦操作时,ACP会把望远镜指向正西方向约80度仰角的特定位置。然后,从目录查找位於附近的一颗约6等星作自动对焦。它还会确保这并非一组多星系统。望远镜会指向这颗星星,开始自动对焦。对焦完成后,望远镜会回到原来位置,并继续拍摄。整个过程是完全自动化的,包括所有的迴转操作,大约需要3分鐘便能完成。

虽然这过程通常都是非常準确和可靠,但它也并非百份百万无一失。有时,当视寧度极其恶劣的时候,它可能会失败,或提供不準确的结果。有时也有可能由於星目录的错误而採用了一组双星作对焦,準确度会在一定程度上受到影响。在这种情况下,自动对焦被限制在每30分鐘(而不是一小时)一次,可以将损失降低到3张照片,是一个较佳的设定。

在累积了实际使用经验后,我现时设定用红色滤镜作自动对焦,而不用透明滤镜。因為我发现在我的光学系统下使用透明滤镜作自动对焦,曝光时间会不足一秒鐘。这些图像在恶劣的视寧度条件下,会產生严重扭曲,导致不準确的结果。而採用红色滤镜,曝光时间会在1秒左右,比较不受视寧度的影响,往往可达致更可靠的结果。当使用其他滤镜拍摄时,ACP会根据一组自定义的焦点补偿值来计算每款滤镜的最佳焦点位置。实践证明,这方法可达致令人满意的效果。

RoboFocus拥有一个温度感应器,配合一个尚在测试中版本的FocusMax软件,可以支持温度补偿,不过在现阶段我选择不採用它。这主要有两方面的原因。首先,目前版本的温度补偿是实时动态执行的。每当温度变化大於一个自定义的数值时,对焦系统便会立即作出修正。这可能发生在拍摄当中。这样的修正动作有机会引起震动或图像移位,影响正拍摄中的影像。较理想的情况是,所有的对焦修正都只发生在每帧照片之间的非曝光时段。这将需要FocusMax和拍摄软件之间的紧密合作。截至今天,这种一体化尚未能实现。

其次,我认為,若大量的照片仅依赖一个单一的自动对焦操作,风险太大。正如上面所提到,自动对焦可能会失败或在有些情况下变得不準确。我不希望这样的故障会影响到一整晚的照片。因此我认為,定时自动对焦的代价合理,值得付出。



10. 赤道仪

对於长时间曝光天文摄影,一台高性能的赤道仪是最关键的。它必须能够承受相适应的载荷和準确地跟踪天体因地球自转而產生的运动。要求达到的精度是非常高的,因此,一个眾所周知的建议是,赤道仪没有太好,只有更好。赤道仪的最大载荷也是越高越好。因為,一个背著相对较轻载荷的赤道仪,肯定会比一个背著接近极限载荷的赤道仪,有更佳的表现。

此外,考虑到在未来可能的仪器升级,我选择了现时巿面上可以用合理价钱买得到的最大型赤道仪,Astro-Physics 3600GTO。这是一台巨大的赤道仪,可以轻鬆负载超过130公斤的器材。它的精度也很高,而且拥有许多适合远程操作的功能。下面我将讨论其中的一些功能,及简述我如何使用它们。

这款赤道仪的週期误差小於5弧秒(峰至峰值)。我自己的测量值略高於此。但当啟用PEC后,峰至峰值PE会下降為小於1弧秒。对於天文拍摄来说,这是相当令人满意的。加上準确的对极(误差少於1角分),赤道仪的追踪误差非常小而且很平滑。这使得自动导星非常简便、準确,也解释了我的照片上的星点一般都近乎完美。

最初,赤道仪的追踪结果并不十分理想。在不同的天区会得到不同的结果。我最初怀疑是部份电线拖了赤道仪的后腿。后来才发现,这是由於系统未达精确平衡所致。

跟流行的派拉蒙(Paramount)不同,3600GTO採用了离合器。这设置有它的优点及缺点。其中一个主要优点,是离合器并非绝对固定。因此,当运行中的赤道仪遇上障碍物时,离合器可以滑动,从而避免严重的损害。另一个优点是,离合器提供摩擦阻力,这使得它较不容易因风而引致振动。另一个次要的优点是,它不需要脱离蜗杆齿轮,便可以进行仪器平衡。

但是,一个较大缺点是,由於有显著的摩擦阻力,比较难“感觉”系统的精确平衡。当系统未达精确平衡时,追踪精度会受到影响。Astro-Physics建议我用一个电子秤(钓鉤型)来帮助系统平衡的操作。方法是,当实施系统平衡时,以电子秤来拉动平衡桿。通过阅读上、下方向所需的拉力,可以实现非常精确的系统平衡。系统精确平衡后,在所有天区,追踪都会变得非常準确及一致。

购置3600GTO时,我选择為RA轴添加了一套精密的编码器(precision encoder)。这设备可以基本消除系统的週期性误差。不幸的是,它从来没有正常工作过。直到今天,我们仍然无法找出失灵的原因。我仍在与製造商跟进此事,希望有一天可以解决这问题。儘管这样,在进行一般深空拍摄时,赤道仪的表现算是十分理想。对於正常的拍摄,零PE不是必需的。不过对於特殊操作,如测光摄影或巡天摄影等,此功能可能会很有用。

3600GTO也提供了一些对於远程操作非常重要的功能。其中最重要的莫过於基準定位(homing)功能。在3600GTO上,这是一组机械开关,它们可以帮助赤道仪找到一个固定的基準位置。这个功能是非常重要的,因為当赤道仪并非使用绝对编码器(absolute encoders)操作时,在较為罕见的情况下,可能会丢失天空定位(与天空失去同步)。当发生这种情况时,要通过远程操作来使它从新跟天空同步,很多时都是极為困难的。派拉蒙有準确的基準定位功能,这是為什麼很多人都推荐它作远程操作的最重要原因之一。 3600GTO的基準定位虽然不是很精确,但用它来帮助从新跟天空同歩,已经很足够。此功能我已经试用过很多次,它确实做得还算不错。

3600GTO还设有一组限位开关(limit switches)。通过这些开关,用户可以定义赤纬轴的极限位置。我发现,在操作时,我的设置可以安全越过子午线约一小时左右。当赤道仪尝试越过这些极限位置时,导入动作及自动追踪会立即停止,防止设备因撞击立柱而受到损坏。派拉蒙赤道仪则设有固定的极限,赤道仪在任何情况下都不可以越过子午线。Astro-Physics赤道仪能够越过子午线的设计是一个很好的功能,它能够几乎完全消除了在中天附近拍摄的死角区域。限位开关是很好的保障措施,它可以防止因软件故障或操作上的失误,而对设备构成损坏风险。

3600GTO的两轴都是中空的,直径几乎达10里米。有足够空间可以容纳大量的电缆和连接器等穿越。这样就避免了晃来晃去的电缆可能会意外地缠上赤道仪,造成损毁。跟派拉蒙不同的是,3600GTO的两轴是完全中空的。因此,不会发生电缆有机会与中心轴裹紧的情况。



11. APO折射望远镜

在过去的一年裡,TEC 180毫米APO折射镜一直是我用於拍摄的望远镜。此镜其实并非我特意為远程天文台而购置的,只是它刚好在那个时候到手。於是,我决定尝试用它作拍摄,看看是否合适。根据过去一年的经验,我觉得它跟这个天文台是一个很好的匹配。它的表现非常出色,在许多方面超出了我原来的预期。

此镜焦距1287毫米,有效光圈约f/7.2,算不上快。因此,当对大多数天体进行拍摄时,我必须累积超过10小时的曝光。然而,由於我的天文台是完全自动化的,而且当地晴天率也相当高,因此,拍摄效率颇為理想。目前,我已经收集了约120个目标天体的影像。我估计,我应该能够在15-18个月内,覆盖所有现仪器组合适合拍摄的目标天体。然后,我可以更换器材,以不同的观点与视角拍摄更多新的目标。因此,我觉得对於我的天文台来说,现时这光圈也算足够,不算太慢。

正如前面提到的,我相信现时我的拍摄分辨率主要受限於当地的视寧度,而并非望远镜的口径。升级至更大的望远镜,可能不会带来更高分辨率的图像。在这裡,更大望远镜的主要优点,是较高的集光能力。但由於当地晴天率高,这点变得不那麼重要。当然,如前所述,高集光力也有助於更有效发挥当地视寧度限制下的潜力。不过总的来说,我倾向於认為这台望远镜已经让我相当充分地发挥这个天文台的潜力了。

当前在使用中的相机,内置KAF-8300感光器,5.4µm像素。每像素的视角為0.87角秒。对角视场约60角分。此分辨率已经基本上达到了当地视寧度所容许的极限。因此往后,我应该会换上一个较大像素、较大视场的相机。例如,KAI-11000感光器。它拥有9µm的像素,每像素视角為1.44角秒。将提供约116角分的对角视场。这将為我往后的1至2年提供一个不同的视角。

我觉得使用APO折射镜拍摄,是一种乐趣,有许多优点。首先,它非常简单,并不需要太多的维护。基本上没有光学校準或镜组移位等问题。对比度非常高,也没有中央阻碍物。因此,折射镜跟反射镜相比,在相同的口径下,通常可以获得更清洁及更清晰的图像。在对比最终所得图像的基础上,我相信7英寸APO折射望远镜的拍摄性能,可以相当於12-14英寸反射镜。

在比较折射镜和反射镜时,很多人都把注意力集中在分辨率上。尤其是反射镜的中央阻碍物所造成的影嚮。不过,我相信除此之外,有更多的因素值得我们去探讨。对於目视派的天文爱好者,这两款望远镜的一个最明显的区别是,折射镜能够產生更高对比度的图像。我相信这对於拍摄也是非常重要的。考虑两个图像(一个由折射镜所拍摄,另一个由反射镜所拍摄),假设它们都具有相同的讯噪比(S / N ratio)。 因此,在影像中较明亮的区域,两者的讯噪比应该是相当的。然而,在较暗的区域,情况便可能有点不一样。较低对比度的反射镜图像意味著,较暗的部位被附近的溢光所污染,会变得没那麼暗。这便好像光污染一样,在暗位引入了白噪声。因此,折射镜图像的较暗区域,其讯噪比应该会高於反射镜图像的同一区域。有些人错误地认為,我们可以在图像处理过程中,简单地通过提高对比度去弥补这些缺陷。每一个有经验的天文摄影者都知道,这是行不通的。因為,在这个过程中,噪声会被放大。始终,讯噪比是最重要的因素,它决定了你能够从图像中拉出多少细节出来。我相信这解释了為什麼APO折射镜的拍摄性能,可以相当於一具较大的反射镜。

我喜欢折射镜的另一个特点是,图像的星点很圆、很清洁、很少衍生物。很多时候,当我仔细检视一幅反射镜所拍摄的照片时,除了突出的衍射星芒外,我发现大多数星点都出现各式各样的扭曲。除了影响图像分辨率,他们有时也是相当难看的,显著地影响了图像的艺术价值。我认為,这主要是光学系统尚未精确校準所致。

折射镜筒由於是密封的,它会较少受灰尘、湿气、及氧化作用所影响。由於只有一个表面暴露於空气中,它更容易清洁。我的折射镜并没有防尘盖。在过去的一年裡,我也只把它清理过一次。但是,看上去它并不显得太脏,而且还能够提供合理的性能。由於折射镜筒是密封的,它基本上避免了反射镜经常出现的镜筒内热对流问题。防结露措施,在折射镜上也能够非常简单的实施。由於一具小的折射镜,在性能上已相当於一具较大的反射镜,镜片的散热问题也会相对小一些。

话虽如此,跟同样大小的反射镜相比,折射镜会昂贵得多。而且光圈也一般较慢,只能达到f/7左右。 特别是,超过8英寸(20公分)口径的APO折射镜,其价格真正可以达到天文数字!


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12。 LRGB摄影

為了增加拍摄效率,在大多数情况下我都採用了LRGB叠影技术。此方法是利用较高效率的L通道,以最短拍摄时问获取较高的图像细节。以高讯噪比的L通道及较低讯噪比的RGB通道合成影像,我们可以得到一幅高质量的彩色图像。相比纯RGB影像,可以显著减少总拍摄时间。我觉得这项技术对大多数对象都是很有效的。

对於所有LRGB通道,我都是以每帧10分鐘来拍摄。我觉得对於现时的仪器组合,这是一个比较适中的设定,可以平衡效率及单帧失败风险。除少数例外,大部分拍摄目标在10分鐘内都不会达到像素饱和。对大多数目标,我会尝试為每个顏色通道累积两小时的曝光,而L通道则会累积4-8小时的数据。

我发现,每个顏色通道,是有需要拍摄约12帧的,以便我的图像处理流程能够產生一个较好的彩色图像。然而,对於某些较暗的天体,有时会需要额外的RGB曝光。有时由於月光或薄云的影响,会导至部份影像不能使用。在极端情况下,我甚至要重拍多次才能获得较为满意的结果。 為了达到最佳效果,我一般只会在月亮处於地平线以下才拍摄L通道。对於彩色通道,月亮需要距离目标超过45度才进行拍摄,以尽量灭低月光的干扰。在这方面,ACP可以给与很好的支援,以确保上述原则在任何时候都会被遵守。此外,ACP还可以让我设定最低的拍摄仰角,或最大的天顶时差距离。这些都可以帮助我為每个目标规划最佳的拍摄窗口。

在所有情况下,我的CCD相机冷冻温度都被设定為-15℃。我的CCD相机冷冻系统,可以支持CCD冷却至室温以下约38度左右。我的天文台,即使在温暖的夏夜,室外温度也很少会超过20℃。因此,在大多数晚上保持在-15℃的CCD温度是没有困难的。这样的安排,大大简化了操作和处理的工作流程。况且,在-15℃的条件下,KAF-8300感光器的噪讯已经非常低,追求更低的操作温度将不会带来显著的收益。

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13。窄带摄影

我的相机有一个5位的滤镜轮。因此,除了LRGB,我只有空问安装HΑ窄带滤镜。我没有进行太多的窄带拍摄,因為在黑暗的天空下,LRGB摄影相对更為有效。这些有限的窄带图片,大多为每帧曝光20分鐘。最初,我也尝试过每帧曝光30分鐘,不过由於早期阶段的一些操作问题,失败率较高。所以后来改為每帧曝光20分鐘。

我发现,在我现时的设置下,窄带摄影是相对低效的。首先,望远镜焦比高达F/7.2,加上细小的相机像素,曝光效率实在太低。其次,我的HΑ滤镜带宽仅3NM,在无光害条件下,图片天空背景显得异常黑暗。计算表明,甚至在每帧30分鐘曝光下,我的图片背景讯噪主要为读出讯噪。因此,即使在叠加大量原始图片后,较微弱的讯号也不容易被显露出来。

在实践中,我尝试过叠加近100张原始图片,总曝光时间超过30小时。但结果未能令人满意,图像的细节增益很少。有些人认為,在黑暗的天空下,带宽3NM的滤镜过於狭窄,採用带宽较宽的滤镜更为明智。我不同意这样的说法。因為只要带内透光率高,而且并非在使用超高速焦比系统下,带宽较窄的滤镜应该一定会產生更高讯噪比的图像,这才是最重要的。

我的结论是,我的当前的设置不太适用於窄带摄影,特别是在如此黑暗的天空下。对於无光害的地方,我们需要更快的光学系统,及更大的相机像素,才可以进行有效率的窄带拍摄。

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14。光学系统内反射

当一颗非常明亮的星星出现在拍摄视场之内或附近时,光学系统镜片之间的内部反射可以引致严重的光斑,对深空拍摄造成极大的滋扰。眾所周知,这些问题对於某些滤镜会较为明显。有些滤镜则声称已基本上消除了这一问题。我使用的ASTRODON滤镜属於后者。在实践中,在大多数情况下,内反射都没有造成问题。不过,我也遇到过好几例严重的内反射个案,有时情况甚至糟糕至不能接受。例如,当我尝试拍摄狮子座I星系时,附近的轩辕星引发了极端耀斑,完全摧毁了图像至不可用的地步。类似的情况也出现於试图在天蝎座心宿二附近区域的拍摄中。 平心而论,内反射问题也不一定完全源於滤镜,因為其他光学表面也会產生反射。然而,基於现代滤镜的设计而拥有一面闪亮的镜面,至少会极大地促进这些问题的出现。对於这个问题,我们可做的实在不多,唯有尽量避免在极端明亮的星星附近拍摄。

15。平场拍摄

所有天文摄影爱好者都知道,使用平场来纠正感光器及光学系统的缺陷,是非常重要的。不过,拍一辑好的平场图片并不是那麼容易。首先,在拍平场时,整个光学链必须舆深空拍摄时的状态完全相同。其次,平场照明必须非常均匀。第二个条件特别难实现。 拍摄平场的方法有很多。有些使用人造光源诸如自製光箱或LED平板。有些利用黎明或黄昏时的天空。有些甚至使用白色T恤作为散射器。对於远程天文台来说,也许最简便的方法便是利用黎明及黄昏的天空作为光源。 可幸的是,ACP支援利用黎明或黄昏时份的天空,以高度自动化的方式拍摄极高质量的平场。适当设置后,甚至每天拍一辑平场也变成一件简单的差事。它的工作方式大致如下:

1)        在黎明或黄昏前,ACP会把望远镜移动至天空中的最佳平场拍摄位置,以尽量减少视场内的不均匀。
2)        它会测量现时天空的亮度,并持续监察。
3)        当天空亮度达至最佳的数值(即是当ADU数值达至预定范围内。通常是刚刚超过一半的饱和度)时,它便会开始拍摄平场。
4)        在随后的拍摄,它会不断调整曝光时间以保持最佳的ADU数值。
5)        完成一片滤镜后,它会切换到另一片较敏感的滤镜(黄昏时份)或较不敏感的滤镜(黎明时份),直至完成所有滤镜或当天空变得不再适合平场拍摄为止。

使用上面的方法,我一般可以在2-3天之内集齐一辑极高质量的平场。採用ACP的自动化天文台,实在没有任何藉口不製作出色的平场。 我一般只会在黎明时份拍摄平场。因為拍摄平场前的黄昏天空实在太亮,无法作自动对焦,光学系统会出现一点失焦的情况。此外,光学系统的温度一般在黄昏时份还是不太稳定。因此,黎明时份的平场,会更準确,更可靠。


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16。暗帧及偏压帧

在每天黎明时份,天文台关机前,ACP也可以自动进行暗帧及偏压帧拍摄。一般在数天内便可以累积一辑高质量的暗帧及偏压帧。因此,拍摄或更新暗帧及偏压帧变得非常容易。

17。圆顶操作

我的天狼星圆顶是透过MAXDOME控制器自动化的。圆顶及自动化系统都是经过实战验证的成熟设计。圆顶具有两个机械部件:圆顶旋转系统和一个两件头的快门。圆顶会自动旋转,使快门在任何时间都会準确跟踪望远镜的指向。快门可以根据天气条件,自动打开或关闭。系统兼容ASCOM标準,并能与ACP及云量监察器无缝集成。总的来说,我觉得这是一套设计优秀及可靠的系统。

不过,在安装及使用方面,有几个值得注意的地方。在最初的几个月,我发现圆顶的旋转并不是很顺畅,偶尔还会发出一些颇大的杂声。几个月后的某一天,它更完全拒绝旋转。经过全面的排查后,我发现,这是因為圆顶的地台不够平整,导致圆顶变形,未能作工整的圆形旋转。透过垫高一些墙壁及其他调整,减低了圆顶的变形。经过这些调整后,圆顶可以顺畅平稳地转动。自此之后快一年了,也没有再出现过类似问题。

不知道是由於安装或设计缺陷,当圆顶旋转到某些位置时,快门有时会脱离开关感应器。当圆顶在此情况下试图打开快门,会出现错误状态,并拒绝打开。可幸的是,这一般都不会构成问题。因為在正常的关闭过程中,我总会把圆顶旋转回本位。我怀疑此问题的成因,也是由於地台不平而导致部件变形所致。

以上的教训是,在安装圆顶前,必须特别注意地台的平整。另一方面,旋转电池的充电器也失效过一次,造成旋转电池缺电。这个问题比较容易解决,只须更换电池充电器。
18。立柱、天文台地基

我的天文台採用了一个两件头的地台设计。圆顶是固定在一块薄薄(厚约10公分)的混凝土板块,而中间立柱的底座是圆柱体的混凝土块,直径约0.8米,深约1米。立柱的底座与混凝土板块之间以弹性的泡沫材料隔离。设计的主要目标是尽量减少由於混凝土板块的运动或振动而诱发立柱振动。混凝土板块的振动可以是由於在上面行走活动的观察员。或更重要的是,受风力所晃动的圆顶。事实证明,这种设计非常有效。在过去的一年裡,甚至在颇大风的条件下,我没有发现任何因振动而受影响的照片。

立柱是通过4支直径16毫米的螺丝桿安装在混凝土底座上。螺丝桿下端一直延伸至混凝土底座里约1米深。立柱本身是一根300毫米直径的钢管,约1.1米高。立柱的顶部和底部都焊接了25毫米厚的实心钢板。底部钢板设有四片150毫米高的强化鰭,增强了立柱的刚性。立柱内部还填充了乾砂,进一步提高强度,减少振动。包括立柱在内的整个地台结构,重量估计应该接近1.2吨,提供了一个非常坚实的基础。过去一年的实战证眀这是一个非常有效的平台。

在决定立柱的高度时,有几方面的考虑需要顾及。在理想的情况下,立柱应该有足够的高度,让望远镜能够在没有视缐障碍下观测地平线以上的任何天区。但是,这意味著立柱会非常高,显著降低设备的顶部空间。对於较大或较长的望远镜,可能会导至上部空间不足的问题。因此,我决定降低立柱高度,让望远镜只提供地平线以上约15度的无障碍视野。我的考虑是:1)低於15度仰角的摄影条件非常差,一般不适合正常拍摄; 2)天文台附近的树木已经对低仰角天区造成一定的阻挡。因此,低於15度仰角的拍摄在个别方向已经不可能实现。

虽然上面的设计满足了我原先的预期,在绝大多数情况下也没有问题,但我发现对於某些特殊天体,例如彗星,确实有低仰角拍摄的要求。在这些情况下,以上的设计会带来不少的限制。特别是当彗星接近太阳时,他们通常都非常接近地平线。15度的仰角限制,严重压缩了这类对象的拍摄窗口。若果给我从新设计,我相信8-10度的最低仰角视野,应该是一个较好的选择,以满足拍摄低空目标的要求。
19。天气监测器

天气设备的主要目的,是对云、雨、风和光的监测。当天气状态变得不安全,如阴天、下雨、刮大风或环境光缐很强时,我们应该中止当前的拍摄工作,关机及关闭天文台。在业餘市场上,有两款流行的设备:博尔特伍德(BOLTWOOD) 云量监测器,及AAG云量监测器。它们所提供的功能是类似的。我选择了AAG 云量监测器,因為它较便宜。在跟另一用户共享的专用天气服务器上,我们也安装了博尔特伍德云量监测器。在使用了这两款设备约一年后,我更喜欢AAG装置。主要原因是因為我觉得AAG设备更灵活,有更多的用户控制。 AAG的风速检测也似乎更加灵敏和準确。

两款设备都是透过天空温度感应器来进行云量检测的。然而,如何将一个特定的天空温度,转化为云量,很多时候是一个半科学的过程,因為有太多的因素在起作用。博尔特伍德设备的转化模型是基本上固定的出厂配置,因此会不时產生错误信号。其结果可能是假警报,导致拍摄过早中断,或甚至完全不啟动拍摄程序。

AAG设备使用了一个颇为复杂的转化模型,用户可以微调模型参数。更重要的是,用户可以实时调整临界值。虽然AAG的公式可能不比博尔特伍德的更準确,但是我们可以随意微调,使它在某一环境下得到满意的结果。现在,我已放弃了改变模型参数。每个晚上,我只简单地调整临界值,使其检测值与全天域相机所显示的真实天空条件相匹配就可以了。我觉得这是非常简单有效的操作。一般每晚调整一次或数次便能够產生很好的效果。

另外,我也安装了一个独立的雨水探测器,以进一步保障我的天文台。然而,我发现它过於敏感,有时可能会在露水较厳重的时候引发假警报。使用了数个月后,我决定放弃这个设备。因为AAG云量监测器已被证明是非常可靠的。
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20。远程电源开关

我使用了DIGITAL LOGGER的网络电源开关,让我能透过互联网对各种设备进行远程开关。这是一个非常有用的功能。例如你的控制电脑当机,你需要从新启动,那么你必定要有方法进行远程电源开关。此外,在拍摄结束后,您也最好能够关闭大部份仪器的电源,如CCD摄像头、露点加热器等,以减低能耗及仪器的损耗。我使用了两个网络电源开关,在过去的一年里都非常可靠。

除了能够透过登录网页来实时控制电源开关外,它也支持程式控制。加上适当的工具软件如CURL等,您便可以通过指令文档来操作电源开关,以及跟ACP无缝整合。我觉得DIGITAL LOGGER的网络电源开关可靠、功能强大,非常容易使用,极具成本效益。
21。 UPS电源浪涌保护

经由雷电所引发的电源浪涌,对於设置在户外的设备,是一个非常现实的威胁。因為这样的电涌会產生极高的电压和电流,对设备造成灾难性损害。为了尽量减低风险,我安装了数层的浪涌保护。但是,我对这些措施的有效性并没有太大的信心,因為我相信大多数在零售店可以购买到的所谓电涌保护器,它们的功能都是营销炒作而已。

经过数月的正常运作后,我的电脑电源突然出现故障。虽然我没有确切的证据,我怀疑它可能是受电源浪涌所损坏,因為它是每天24小时不停地运作。接受了另一位同好的意见,我决定安装一台UPS,以提供更好的保护。这位同好是在UPS业界的高级管理人员,他告诉我,某些类型的UPS的确可以提供非常有效的电源浪涌保护。在他的建议下,我买了SOCOMEC的一款双转换UPS。自此之后,我便没有遇到过任何可以归因於电源浪涌的设备故障。因此,我认為这样的UPS设备的确可以提供有效的电源浪涌保护。

22。主控电脑,WINDOWS

主控电脑是远程天文台的心臟和大脑。它控制天文台内所有的设备,让你可以远程操作天文台的一切。在一所完全自动化的天文台里,主控电脑会一年365天,每天24小时,马不停蹄地操作。因此,主控电脑必须拥有非常可靠及稳定的硬件和软件环境。

可幸的是,现今大多数的台式电脑都是非常可靠的,而且可以在非空调环境下连续不停地运作。然而,在炎热的夏季,远程天文台内的温度可能会变得非常酷热。因此,我採取了一切可能的措施,以减少功率消耗并提高可靠性。首先,我选择了一个加大码的电源,一个加大码的电脑机箱,及一个加大码的散热风扇。

其次,我使用了主板上的内置显示卡,而不用外加显示卡,以大幅降低功耗。第三,我用了固态硬盘(SSD)作為系统盘。亦连接了一个外置的USB硬盘提供额外的存储空间。这些都有助於降低主机内部温度。 SSD也增加了系统的可靠性,提高了整体性能,特别是大幅降低了电脑的啟动时间。

在炎热的夏季里,我一直密切注视著室外环境及电脑主板的温度。在酷热的日子裡,室外温度可以达到40℃。我惊讶的发现,主板的温度只较室外温度高出数度左右,而CPU温度也只较主板高数度左右。在监测的过程中,即使在最炎热的下午,我从来没有遇到过CPU温度远高於50℃的水平。在过去的一年中,除了之前提到过的电源故障以外,主控电脑基本保持完美操作。我有信心,我目前的设置,是远程天文台的一个有效的解决方案。

现时我使用的是WINDOWS 7 64位操作系统。起初,我有一些担心,我可能会遇到一些驱动程式的兼容问题。因為WINDOWS XP应该是较为成熟的,并已被普遍用於天文设备及软件环境上。因此,在决定使用WINDOWS 7之前,我进行了全面的调研,以确保不会有意想不到的问题。我很高兴我做出了正确的选择,因為WINDOWS 7被证明是没有问题和非常可靠的。在我看来,它甚至比WINDOWS XP更加可靠。
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23。望远镜镜头盖

基本上,所有的折射望远镜都附带有镜头盖,在望远镜閒置时用以保护物镜。这是一个非常简单但有效的装置。然而,要能自动地把远程天文台的望远镜盖盖上,并不是一件容易的任务。在业余市场上,ALNITAK的FLIP-FLAT產品是现成的解决方案,这个LED面板也可以用来拍摄平场。但它相当昂贵,而且并不支援150MM口径以上的望远镜。当然,我们也可以製作一个DIY的装置,不过它会增加整个系统的复杂性。

我决定不使用望远镜盖,以保持系统的简单和易操作性。在閒置时,我会把望远镜停放在水平位置,尽量减少灰尘在物镜面的积聚。考虑到当地的高晴天率,即使设置了望远镜盖,望远镜也将会有三分之一的时间在使用中。因此,灰尘在物镜面的积聚也并不能完全避免。

在经过一年多的实战后,我可以说,望远镜物镜肯定会受益於一年一度的清洗。但它并不是想像中的那样可怕。我相信,天文台并非处於一个尘土飞扬的地区有很大帮助。另外,我发现镜头遮光罩里的蜘蛛网,可能较灰尘对图像的质量影响更大。我的镜头遮光罩已经完全被蜘蛛网填满!当检查图像本身时,我觉得影像质量有所下降是颇为明显的。但是整体上,对於大多数拍摄对象来说,还是很可以接受的。

24。露点加热器

露水在镜面上凝结,对於深空摄影,是一项严重的滋扰。因此,露点加热器是远程观测站的必备装置,亦是一件非常有效的防露工具。我选择了一个成熟的KENDRICK品牌露点加热器。这个装置有一个高阶工作模式,可以让加热线圈下的温度,保持在室温之上的一个预设水平。这样可以让加热器随著室温的变化而调整输出功率。我已经试过这种模式多次,但我对它的可靠性有一定保留。我决定用较简单的固定功率模式来进行操作。我觉得这是非常有效和可靠的。在过去的一年里,露水完全没有对拍摄工作构成任何问题。

对於加热线圈围绕在折射镜的最佳位置,有许多不同的意见。有人说应该把它围绕在折射镜的遮光罩外。有人说应该直接围绕在折射镜的物镜座外。也有人说,应该围绕在折射镜物镜座附近的较后位置。我认同最后的方案,主要因為我相信,这将最大程度上减少空气湍流的產生。
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25。全天域相机

正如前面提到的,通过气象设备的监控数据,我们可以得知当前的天气条件,以确定是否适合拍摄。儘管这些设备相当先进,他们并非绝对可靠。没有什麼比直观的天空影像,更直接及可靠地告诉我们现时的天气状况。在我看来,一具全天域相机是所有远程观测站所必备的。事实上,我需要使用这些直观影像来调整我的气象设备参数,以确保它们能够提供可靠的信息。

我选择了SBIG的ALLSKY CAMERA,因為它是一款经过长时间验证的成熟產品。他附带的软件有许多很不错的功能,直接支援远程天文台的操作。除了偶尔当机这一问题(需要重啟天气伺服器)有待跟进外,它的整体表现非常出色。
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26。网络摄像机

类似於全天域相机,有时天文台内的即时摄像对操作是很有帮助的。透过即时影像,我们可以确认究竟发生了什麼事。网络摄像机配一个广角镜头可能是这方面的最便捷工具。起初,我安装了一具有运动云台的摄像头。使用上有点不方便,而且两个月后它便已经失效。之后我换上一个非常简单的摄像头配一个广角镜。对於我简单的要求,它一直提供可靠的服务。

现在,几乎所有的网络摄像机都内置红外灯,照亮变暗时的环景。但是,几乎所有内置红外灯都不设用户控制,它们都是检测环境光,自动开关。因此,红外灯将会永远在晚上开启。如果这些红外辐射没有被天文相机的滤镜所屏闭,它可能会影响拍摄。不过考虑到这些红外辐射都只是透过环境照明来发挥作用,它们的影响应该相当有限。而且我们也可以在不使用时关闭网络摄像机的电源。在实践中,我没有发现网络摄像机对拍摄造成任何干扰。
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27。远程桌面软件

虽然在大部分时间中,天文台都处於ACP及ACP SCHEDULER的控制之下,在有些情况下,还是有直接人手干预的需要。例如需要更改设定或解决问题的时候。这时,我们需要利用远程桌面软件,对天文台电脑进行实时操控。市场上有许多远程桌面软件,我相信大部份都可以胜任。我选择了RADMIN,主要是因為该地的其他用户都使用这套软件。因此,我们应该能够更好地分享我们的经验。

事实证明RADMIN非常胜任这项任务,在远程对话时所消耗的带宽相对较少。不过RADMIN的其中一个缺点是,它不提供IOS及ANDROID客户端。外游时,我无法从我的智能手机或IPAD作远程操控。因此,我在天文台电脑中还安装了TIGHTVNC。市场上有数个VNC客户端可用於智能手机及IPAD,其中,我发现VNC VIEWER最好用,拥有最直观的用户界面。当我外出旅游时,我可以利用智能手机或IPAD,通过VNC VIEWER,很容易地远程操控天文台电脑,执行大多数任务。


28。 ACP

以上的讨论,我们都集中在天文台的各个组成部分。但是,要实现一个观测站的自动化操作,我们需要一套集成控制软件,把各个部份连结在一起,并确保他们能够相互完成各自的任务。直到大约十年前,业余爱好者市场上并未提供这样的软件,他们大多只出现於专业天文台的昂贵定制项目。有幸地,通过一些有心软件开发人员,现在业余爱好者市场上已经出现了数个颇為成熟的產品,令业餘远程观测能够真正实现自动化。令人惊讶的是,这些软件甚至可以媲美大型专业观测站的专项解决方案。

DC-3 DREAMS 的ACP是其中备受注目的远程天文台软件。在很多人眼中,它是当今市场上最好的选择。在过去的一年里,我当然亦是他们其中一个非常满意的客户。事实上,ACP给我留下非常深刻的印象,我有时甚至很惊讶於它的功能及表现。我认為,ACP应该是大多数远程观测站最关键的部件之一。客观地说,我相信如果没有这样的软件,将只能存在极少量的业餘远程观测站。或者至少,这些观测站将只能以一些非常原始的方式运行。

ACP是通过ASCOM驱动程式来控制大多数天文台组件的。只要组件提供ASCOM驱动程式,很有可能它便可以集成到ACP之下。然而,ACP也有一些强制性的组件要求:MAXIM作拍摄及自动导星; FOCUSMAX作自动对焦。一旦设置妥当,ACP便会控制所有天文台组件自动拍摄。这包括:啟动天文台,打开圆顶,自动导入,高精度的导入较正,寻找合适的星星自动对焦,定期或在有需要时再自动对焦,寻找合适的星星自动导星,拍摄及存储影像,关闭圆顶及其他天文设备。此外,它也可以在适当的时候自动拍摄平场,暗帧和偏压帧。

总的来说,它把拍摄的大部份操作细节都从用户眼中隐藏起来。用户只需告诉ACP需要拍摄的目标及相应参数(天空坐标,滤镜,单帧曝光时间,总曝光时间等),通过一些简单的程序指令,ACP便可以完成整晚的拍摄工作。更重要的是,当天气转坏时,ACP会自动中止拍摄,并关闭天文台,以防止设备受到损坏。

以我在野外的拍摄经验,我完全理解拍摄程序的复杂性。因此,我非常惊讶於ACP所提供的高可靠性。我认为ACP真的非常出色,我会毫不犹豫地推荐这款软件给任何有兴趣建立远程天文台的人士。

29。 ACP SCHEDULER

当我正沉醉於ACP的方便使用中,我在想,究竟ACP SCHEDULER还可以怎样帮助天文台的自动化呢?直至我开始使用了ACP SCHEDULER,我才眀白我错过了什麼。 ACP SCHEDULER真的令人爱不释手。一旦你开始使用它,便没有回头路!它能够在多个方面增强拍摄效率。与单独使用ACP的情况相比,我相信整体效率可以提升20%以上。

在单独使用ACP时,每个晚上,用户会决定他要做什麼。通过编写一组简单的指令,告诉ACP当晚的拍摄程序。ACP将严格按照指令进行拍摄。第二天早上,用户将检收数据。如果在半夜里天气变坏,拍摄会被中止,天文台会被关闭。用户将失去当晚余下的时间。

使用了ACP SCHEDULER,进程会进一步自动化。用户只需决定他在未来数个月的拍摄目标。这些目标及相关的参数会被存储在数据库中。每个晚上的任何一刻,ACP SCHEDULER会选择最合适的目标来进行拍摄,然后指示ACP去执行。 ACP SCHEDULER还全权负责天文台的适时啟动和关闭,包括在天气转坏时中止拍摄及关闭天文台。更重要的是,如果天气再次转晴,ACP SCHEDULER会自动启动天文台恢復拍摄。因此,我们能够利用所有晴天时段进行拍摄,没有晴天时段会被浪费掉!

此外,当ACP SCHEDULER选择拍摄对象时,它会考虑用户预设的各种制约因素(如最小月亮距离,最低仰角,最大中天时距等)和偏好(如最接近西面或中天的目标)。以此优化目标的选择。

因此,理论上,如果一切运行顺利,ACP SCHEDULER是可以在无用户干预下连续运行数月或更长时间。这可以真正称得上是一个完全自动化的天文台。在实践中,各种硬件或软件的问题都可能不时出现,需要人手处理。但总体而言,在过去的一年中,ACP SCHEDULER一直都稳定可靠,表现良好。由於它能够大大提高工作效率及自动化水平,我会强烈建议所有远程天文台都使用ACP SCHEDULER这套软件。



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这些文章很好,

是的,难得的经验
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很好的经验分享,赞~
深空照片素材库:https://yun.baidu.com/s/1nS1T2d4YssctJGSP3n4ccA ,提取码:jedt
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