天文望遠鏡的選擇
市面上有那麼多不同型號設計的望遠鏡及經緯儀,究竟如何選擇合用的組合14對大部份的業余天文愛好者而言,價錢或是最大的考慮。但「廉價」之選,也有很多選擇。即使讀者是極少數像筆者那樣幸福,有多台大小設計不一的望遠鏡可用,亦要就觀測目標、環境及天氣狀況而選擇合適的望遠鏡15。
一般而言,望遠鏡口徑愈大愈好。這除了上述的集光能力外,還有解像能力的考慮。一台望遠鏡的解像能力受多個因素影響,包括大氣穩定度、望遠鏡光學質素及口徑等。即使一台望遠鏡光學完美,其解像力亦受口徑所限。這是因為入射光進入鏡筒時有繞射 (diffraction) 現象,導至星光出現相互干涉,即使是一點的光源亦投影出明暗相間的同心圓影像。理論上,這做成的解像限制以弧秒計算是 5.7 除以望遠鏡口徑 (英悴)。例如說,八臣率徑的望遠鏡理論分析能力 (resolving power) 約為 5.7/8,即 0.7 秒。若兩顆星分隔少于此數,二光點在這台望遠鏡的成像將重迭。望遠鏡口徑愈大,分析力愈高。若分析力不夠高,卻強行用高倍放大影像,後果當然是模糊一片。所以分析力愈高,可用的放大倍數亦愈大了。一台望遠鏡的最高可用放大倍數,約為口徑 (英悴) 乘以六十。八背懶徑的望遠鏡,若把影像放大到四百多倍,影像質素便很差了。
不過,以上的討論只考慮望遠鏡本身的限制,而實際使用上,往往大氣及環境的影響更大。由于大氣常有氣流擾動,星光會閃爍及跳動,本來是一個光點的影像便會分散成為一個圓盤。這個圓盤的大小隨著地點、時間而改變。天文學家以像清晰度 (seeing) 來描述大氣的穩定程度,而它往往才是限制觀測分析能力的最重要因素。事實上,世界上像清晰度優于一弧秒的地方很少,而香港典型的像清晰度只有二至三秒。所以無論望遠鏡口徑多大,可用的放大倍數很難高于二、三百倍。所以一般使用而言,若望遠鏡口徑達六 以上,分析力已不會再有明顯差別。再者,只有光學質素完美的系統才能達到理論分析力。真正望遠鏡質素當然很參差,而口徑愈大就愈易有瑕疵,嚴重降低影像質素。反射及折反射式都因主鏡前有副鏡等阻擋入射光,增加光線的散射及繞射,令影像的對比及清晰度都不及折射鏡16。
望遠鏡的物鏡焦距,亦影響觀測效果。焦距長短直接控制放大倍數及視野角度。長焦距 (f/10 或以上) 方便高倍,但視野狹窄,而短焦距則適合廣角觀測。前者切合行星觀賞,而後者長于深空及星野觀測。折反式望遠鏡焦距一般比較長 (f/10 左右),近年流行的馬甦托 - 卡塞格林式 (Maksutov-Cassegrain,圖二十七) 折反鏡往往達 f/15 左右。據稱行星觀測效果比美 APO 折射鏡。短焦鏡則多為牛頓式或折射式,如 f/4-5 等 (圖二十八)。當然,我們亦可以用巴洛鏡及縮焦鏡增減有效焦距。但一般而言,每增加一件透鏡,影像質素便愈差。
圖二十七: 六 f/12 尹壚葸 - 卡塞格林式折反射望遠鏡 -「傻女」。
圖二十八: 四墼 f/5.4 APO 尻射望遠鏡 -「小小白」及德式赤道儀。
另一個重要考慮是使用時的方便程度。望遠鏡口徑愈大。體積及重量均會愈大,對支撐系統的要求亦愈高。十誥懺上的望遠鏡已難一個人抬得動。要很辛苦才能安裝的望遠鏡,一定是使用最少的。它分析力多高,也沒有意義。而且主鏡愈大,冷卻時間愈長17,即是說晚上安裝好望遠鏡後可能要等候很久才能開始觀測。可能付出大量金錢,只換來一件常設「家具」。反不及口徑小、焦距短、輕便的望遠鏡了。
筆者和友人曾經比較一台六 f/7 APO 折射 (「小天」,圖二十九) 和十瘦 f/6 反射望遠鏡 (「深藍」,圖二十五)。數字上,「深藍」的影像比「小天」亮三倍,分析力差不多高一倍,將兩者作比較好像不公平,但結果卻是「小天」大勝!在觀測行星時,「小天」明顯地較為優勝。令人驚訝的是,當放大到五百倍時,「小天」的影像仍保持清晰穩定,如土星的恩格縫 (Encke gap) 都清楚可見。這明顯已超越上述一般的可用放大倍數極限。相反十誥尻反雖然口徑大了,但到五百倍放大時影像質素已很差。行星較光亮,故未能突顯大口徑望遠鏡的優勢。但即使是一些星雲,如獵戶座大星雲等,折射鏡的成像亦較好,細致度遠勝折反鏡。「小天」的表現,由十倍至五百倍放大都令人滿意,影像外圍既能保持清晰,扭曲也甚少,所以在低倍廣角觀測時亦大勝「深藍」。
圖二十九: 六握 f/7 APO 折射望遠鏡 -「小天」,及德式赤道儀。
不能不提另一類常用的望遠鏡 - 雙筒鏡 (圖三十)。雙筒鏡是折射式短焦設計,一般口徑不大,通常以放大倍數及口徑標記。例如最常見的 8x50 雙筒鏡,放大倍數為八,兩塊主透鏡口徑均為五十毫米。雙筒鏡的優點是輕便、視野廣闊、以及可以雙眼同時觀看影像,感覺自然好得多。缺點是只適合目視觀測、不能改變放大倍數、及口徑較小。很多廣闊壯麗的星體,如彗星、疏散星團、銀河等,都適宜以雙筒望遠鏡觀賞18。一些天文愛好者就喜歡用大型雙筒望遠鏡作大範圍星野掃瞄。一些著名的彗星,如百武彗星,就是靠這方法發現的。選擇雙筒望遠鏡切忌以為放大倍數及口徑愈大愈好。一般使用時以人手承托,口徑愈大,望遠鏡便愈重,輕微震動在所難免,高放大倍數更使影像飄浮不定。流行的 8x50 已是很好的配搭。當然讀者亦可用腳架承托,那便可以用大口徑雙筒鏡 (圖三十一),但攜帶的方便性便要大打折扣了。類似雙筒鏡功能的,還可以考慮一些質優小口徑望遠鏡。例如近年非常流行的七十毫米口徑 f/6.4 小折射鏡 (圖三十二),小巧精致,視野廣闊,長度和一本書差不多,若要長焦作行星觀測,可考慮小型馬甦托克 - 卡塞格林式 (圖三十三)。這些小型望遠鏡只需用輕便的照相機腳架支撐,即使一個人去野外觀星,攜帶亦沒有問題。所費幾千元,實是極佳實用選擇。
圖三十: 9x63 雙筒望遠鏡。
圖三十一: 筆者至愛的雙筒望遠鏡 -「阿銀」,可選擇 12x100 或 30x100。
圖三十二: 筆者至愛的輕便型望遠鏡,口徑七十毫米 f/6.4 折射鏡。
圖三十三: 小型馬甦托克 - 卡塞格林折反式九十毫米 f/13.8 望遠鏡。
在選擇望遠鏡時,亦應考慮以下兩點。首先當然是影像的光學質素。這可作一簡易測試︰對準一顆不太暗不太光的恆星,對好焦後留意有沒有色差及像差、光點是否圓實幼細等,並觀察目鏡邊緣星像的扭曲是否嚴重。接著把焦距改變,星光點便會分散為很多同心的光暗圓環,稱為繞射環 (diffraction rings)。注意這些繞射環是否對稱及分隔均勻,光學系統問題19可從繞射環的形態得知 (圖三十四)。做這個測試時亦應從聚焦點開始,左右扭動聚焦器作比較,看繞射環的大小是否對稱。其次是望遠鏡聚焦器 (focuser) 的質素。若有興趣天文攝影,這就更加重要。現時流行的電荷耦合器 (CCD camera,圖三十五)20 一般都比較重,對經緯儀及聚焦器要求甚高。我建議最好選用兩淹口徑或以上的聚焦器。平價的望遠鏡可能鏡質不錯,但因為其它附件太差而不能勝任拍攝工作。
圖三十四: 六 鏡之繞射環,自左起︰完美的,有彗形像差,球面像差,及散光的情形。
圖三十五: 天文用冷凍式 CCD 及自動濾鏡輪。
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