天文望远镜简单科普&新人入坑（劝退）建议

一网湖水沧

写于2021.9.30：入坑三年后，再看这篇文章有诸多不妥之处，现修改并增加了一些内容，感谢指出文章中错误与不足的朋友，以下为分割线：
<hr/>    目前被推送到这篇文章的你，可能被天体的奥妙所吸引，想要拥有一支望远镜探索漫天繁星的奥秘，那么，请你看看这张图片：



（图片由几位天文爱好者制作，非原创，知乎自动水印）

    该图的右侧一列，在天气较好的情况下可用千元级别的望远镜看到。 想得到左侧的效果，至少需要近万元的器材和熟练的后期技术。一上来就在某一爱好上投入千元可能是许多萌新的极限，当然，随手掏出上万元的土豪也不妨听咱继续劝退。我想说的是，多数人花钱买镜之后，图的右侧，就是你在晴朗的市区夜晚能看到的极限。
还没有被劝退？不错，那就接着往下看吧：本文对望远镜及入坑做一点科普，针对预算较低，对望远镜不太了解的群体，阅读约需5分钟。
<hr/>一：你需要知道的望远镜基本知识

    如果你看到市面上那种一两百的天文望远镜，号称能放大1万倍，望远10万公里，它们基本 都 是 垃 圾。望远镜的主要参数有两个：物镜口径和焦距。如（80/900）表示口径80mm，焦距900mm。口径决定了望远镜的集光能力，可以说是最主要的参数。一般望远镜由物镜和目镜组成，通过切换不同的目镜，来得到不同的放大倍率：
    望远镜的放大倍率=物镜焦距/目镜焦距。这个放大倍率指物体对于眼睛视角被放大的倍率。比如400mm焦距，配合25mm目镜，能达到16倍放大倍率，即一个物体的两端相对于眼睛的张角变为原来的16倍。这个倍率能看到什么东西呢？可以看到月球较大的环形山、一些星云、星团。行星的话在这个倍率下都只是一个小圆面，没有细节。要隐约看到木星条纹，50倍的倍率可以做到，同样的倍率也可以隐约看到土星光环。那么使用更短焦距的目镜，是不是能看到更大更棒的图像呢？
    很可惜，望远镜的放大倍率不是无限的。受光的衍射影响，即使理想状况下，物镜也不能将光汇聚成一个无限小的点，而是一个叫做艾里斑的明暗相间的小圆环：



艾里斑及其强度分布，红线标注为爱里斑的中心到一级暗纹的距离（图源百度）

    当观察的两个物点过于靠近时，它们的艾里斑会重叠在一起，就可能分辨不出是两个物点的像，因此望远镜存在一个分辨极限：



瑞利判据：恰好分辨两个物点（图源百度）

    那么什么时候能恰好分辨两个艾里斑呢？我们认为当一个爱里斑的中心与另一个爱里斑的第一级暗环重合时，刚好能被分辨。这个判别方法被称为瑞利判据。这里我就不抛公式折磨大家啦，直接说结论：物镜的口径越大，焦距越短，一个爱里斑的中心到其第一级暗环的半径越小。因此物镜的口径决定了望远镜的分辨能力。所以读到这里你也清楚了，为什么那些号称能放大1万倍，望远10万公里的望远镜都是垃圾了吧～因为这是商家的虚假宣传罢了。有的爱好者总结了一个经验估计法：2 x 物镜口径(单位：mm)  可以作为望远镜极限倍数的参考，只是参考，不能当作公式来用。
Tips：新手需要避免的一个坑：     如果你曾用普通的望远镜观察过月亮，可能会发现月亮的边缘有一圈细细的泛着红蓝色的光边，这就是色差。老人们总会告诫新手：不要选购短焦普消（普消色差望远镜）。为什么呢？来看看这张光路图：



单透镜raytrace

(a)是一块普通透镜汇聚光线的光路图，(b)是橘色框部分放大后的光路，(c)是这束光成像的光斑。
    可以看到，原本的白光被解成了不同颜色的光；并且光线在成像平面上并不是一个圆点，这样的现象称为像差。色差是像差的一种，此外还有球差、慧差等。其中的原理涉及到一些光学知识，有机会再详述。 若口径不变，对于单个透镜，焦距越短，像差越大。人们为了消除像差，想了许多办法：
     折射望远镜通过组合多片不同折射率的透镜来一定程度上消除色差，目前市场上低端折射镜通常组合两片透镜作为物镜，称为普消色差望远镜。然而短焦普消消除色差的情况并不理想，因此一定要避开。高端折射镜采用超低色散玻璃(ED)，通过多组透镜将色差消除到难以察觉的地步，称为复消色差望远镜(apo)。apo优良的光学性能成为不少爱好者的首选望远镜。



（普消色差与复消色差折射望远镜光路图）

    望远镜除了人们熟知的折射式望远镜外，还有反射式望远镜、折反式望远镜。在1668年牛顿发明反射式望远镜后，它获得了巨大的发展，目前科研界主要依赖反射式望远镜，反射式望远镜的使用需要相关知识和一定操作、维护能力。但其中的牛顿反射式望远镜（牛反）绝对是物美价廉的选择之一。可以看看@氕氘氚Star的视频：av60099496，它介绍了望远镜的种类。



（被调侃为万能的信达小黑+eq3d赤道仪，一款素质不错的牛反，知乎自动水印）

    反射镜理论上没有色差，抛物面反射镜基本可以避免球差，虽然会存在慧差问题，但可以通过修正镜解决。     就千元左右的预算来说，在某宝通常只能买到普消色差望远镜（带支架）和球面反射望远镜（带支架）。那么怎么确定选择的标准呢？你需要知道焦比的概念。焦比=焦距/口径。如（80/800）的望远镜焦比=10。人们通常认为焦比大于10就是长焦望远镜，近年来随着制造精度的提升，把7～10之间的焦比称为中长焦望远镜，焦比小于6称为短焦望远镜。     对于要求高的小伙伴，建议购买焦比大于7的普消色差望远镜或球面反射镜。需要澄清的是，焦比不是评价望远镜好坏的参数，焦比是一个物理与摄影上的概念，焦比小的高端望远镜同等条件下长焦望远镜曝光效率高。
    目镜的选择同样是一门学问。天文目镜规格通常为1.25英寸及2英寸目镜。目前市面上常见有H、K、PL和更高级的目镜。H（惠更斯）目镜是旧世纪淘汰品，接口只有0.965英寸，是玩具望远镜的标配。K（凯涅尔）目镜是便宜望远镜的原配， 效果很一般。再往上的PL（普罗素）目镜，市面上60-100左右一只，算是一种性价比不错的选择，接口为1.25英寸，种类繁多。更加高级的目镜本文暂不讨论（因为我没有钱体验QAQ）。
二、望远镜的“下半身”

   对于新手而言，可能很少关注望远镜的支架，但其实望远镜的支架与望远镜同等重要；专业的观测设备里，望远镜支架的价格绝对不菲。
望远镜的支架主要分两种：经纬仪和赤道仪。
    先说说经纬仪，摄影用的三脚架就是一种常见的经纬仪。经纬仪具有两条互相垂直的转轴，以调校望远镜的方位角及水平高度。
    常见的几百元望远镜常常配的就是普通三脚架，它的优点：携带方便，操作简单。但它的缺点也：缺少微动装置，调整起来会晃到你怀疑人生（稳定下来后好些，但这样细细的腿一阵风就能抖成狗）。有一种微动式的三脚架，常见于一些小口径反射镜，特点是有一颗螺丝可以精细调节上下方向。



（左：摄影三脚架  右：简单微动经纬仪）

    通常适合天文观测的经纬仪是两个方向可以细微调节，操作简单，很适合目视或者路边天文给大众使用～更高级一些的经纬仪带有自动寻星(goto)功能，可以定位并追踪天体。如下图这款单臂经纬仪：


不过经纬仪不能克服场旋问题，什么是场旋呢？看下方的图就知道啦：图中模拟了一天中月亮的变化，可以看到月亮绕视场中心旋转。这对于目视来说无所谓，但对于需要长曝光的深空摄影来说是致命的缺点。



采用星图软件模拟了一天中月亮的变化

    赤道仪能克服经纬仪场选的缺点，它的转轴(赤经轴)与地球自转轴平行，在调整好的情况下，只要转动一个方向就能追踪星体。赤道仪的操作比经纬仪复杂一些，但对于进行天文摄影的小伙伴，赤道仪是必不可少的。赤道仪的原理可以观看以下视频：
    不少人的入门望远镜80eq，80DX这两款望远镜，分别配有eq1、eq2赤道仪。这两款属于赤道仪中的玩具，可以用来熟悉赤道仪的工作原理，用来进行拍摄则很困难。信达厂商的eq3d赤道仪算是能够进行拍摄的入门级赤道仪，可以看看 @闭关中的酱油颜 的视频， 这个视频总结了目前常见的一些赤道仪型号。

三、我想……

观测行星月面：焦距长、大口径的望远镜能满足你的要求，这种情况下大口径牛反可以说是最具性价比的选择之一，此外卡塞格林望远镜大家族也可以作为考虑对象。观测行星月面对于跟踪系统的要求较低，带goto的经纬仪也是不错的选择。
观测星云星系：很遗憾，人眼看到的星云基本是没有颜色的，因为它们发出的光太暗淡了。如果一定要肉眼观测星云，一定要看看你的环境是否足够好。
摄影：对于行星摄影，通过行星相机累计数千上万帧图像并叠加锐化，能够极大的提升图像细节，深空摄影可以通过相机积累更多的曝光，观测到暗弱的天体。想要入坑天文摄影，看这篇文章是不够的。建议首先加入网络群或本地爱好者组织，积攒一定后期处理的经验，听从有经验的爱好者的推荐购买设备。

四、别小看了双筒望远镜

    双筒望远镜也算天文望远镜吗？当然算，双筒望远镜的魅力只有用了才知道，有经验的爱好者通常都会持有一只双筒望远镜。双筒望远镜口径越大，越适合观星，其中7x50的双筒望远镜（放大7倍，口径50mm）在爱好者群体中持有量很高。考虑到便携性，8x42的双筒望远镜也是不错的选择。
    得益于双筒望远镜大规模的市场，只用200～300的价格就能买到一只物美价廉的双筒望远镜（请注意这是可以接受的最低价格，100多的双筒一般不怎么好用）如果你的预算不足，双筒望远镜也是走进夜空的最佳选择之一。双筒望远镜的优点是简单易用、视角广、便携性好。非常适合熟悉望远镜、认识星座、熟悉天空，再笨重的7x50的双筒望远镜也轻于一只长焦折射镜。双筒望远镜绝对是你不可错过的体验。 （注意放大率超过10倍的双筒望远镜就不适合手持了，需要三脚架哦。）



（我的入门镜：一只小双筒）

五、我没有钱QAQ

    如果是这样，请一定保持对于天文的热情，并用最优异的成像系统—眼镜来熟悉这片星空。即使你没有器材，但热爱星空的你比其他人都更接近宇宙。很多不错的天文类书籍值得一读，它们会指导你成为熟练的观星者。不少人推荐《夜观星空》这本书，它确实有趣而易读。



（猎户座， 2019年初手机拍摄）

<hr/>许多萌新的入坑→出坑之路：冲动买镜→不会组装→找不到天体→达不到幻想的效果→没有迷妹→放着吃灰→嫌占地方→二手出掉。希望你即使暂时放下了梦想，也能在某个璀璨的星夜下拾起。
（本文完）
（by：wnova转载请注明出处）

精力束台经

还未入坑，成功劝退……

教们边束千

“即使你没有器材，但热爱星空的你比其他人都更接近宇宙。”
“希望你即使暂时放下了梦想，也能在某个璀璨的星夜下拾起。”
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刘可563

最后的总结太真实了。

幸福就在身边0

真实