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昨晚我试着用那台老单反拍银河,结果拍出一堆噪点,于是查了一堆资料,总算搞明白了

说来有点好笑,前几天收拾柜子,翻出了那台吃灰两年的入门单反,套机头,18-55mm,光圈f/3.5-5.6那种,我突然冒出一个念头:这东西,能拍银河系吗?

我知道银河系是什么——就是我们所在的这个星系,直径十万光年,几千亿颗恒星组成的漩涡状大圆盘,但仔细一想,我们拍星空时那些长时间曝光之后出来的绚丽拱形光带,其实不是“银河系”本身,而只是银河系旋臂的一部分在咱们夜空里的投影,我们整个人就活在银河系里面,怎么可能给它拍张全家福呢,这就像坐在客厅里想拍整栋房子的外观——除非你出去。

但换个角度想,这个问题其实藏着两层意思,一层是:我们能拍到银河系的全貌吗?另一层是:我们能拍到夜空里那条壮观的银河光带吗?第二层,答案就完全不一样了。

先说那个痛快的结论:拍不到

迄今为止,人类没有一张银河系的全景照片,一张都没有,原因挺简单的——我们出不去,离开银河系去给它拍照,以现在的技术,想都别想,旅行者1号飞了四十多年,才刚出太阳系的家门口,要飞出银河系?大概需要几亿年。

那网上那些绚丽的银河系全景图是怎么回事?举个例子,《天文学杂志》(The Astronomical Journal)曾刊登过NASA根据斯皮策空间望远镜数据绘制的银河系中心图像,那些其实都是艺术渲染图,或者是根据我们观测到的其他旋涡星系(比如仙女座星系M31)的样子,再结合我们自己从内部测量的恒星距离数据,反推出来的模型,说白了,是“推测”出来的,不是“拍”出来的。

这就好比让你待在卧室里,不准出门,然后画一张整栋楼的外立面图,能画吗?能,靠量尺寸、靠猜、靠参考邻居房子的外观,但要说这就是照片,那肯定不算。

那相机能拍到的“银河”是什么

回到地面,就完全不同了,我们肉眼在特别黑的地方能看到一条淡淡的光带横跨夜空,古希腊人觉得那是女神赫拉的乳汁洒在了天上,所以叫Milky Way,用相机对准那条光带,长曝光十几二十秒,就能拍出令人起鸡皮疙瘩的细节——密密麻麻的恒星、暗色的尘埃带、亮红色的发射星云。

这时候就得搬出实际参数了,我拿我那台老相机试了试,拍出来的东西惨不忍睹,后来对照着夜天光亮度分级法(Bortle Scale)一查,我住的地方光害等级大概是7级,天际线常年泛着橘色的光,在这种环境下,别说银河了,北极星都勉强看见。

我整理了一个简单的对照表,大概能说明相机和银河拍摄的关系:

设备类型 能拍到银河光带吗 关键条件
手机默认模式 几乎不能 需要极暗环境、三脚架
手机专业模式/夜景模式 可以 ISO 1600以上,曝光15-30秒
入门单反+套机镜头 勉强可以 光圈太小,需高ISO,噪点多
全画幅相机+大光圈广角镜头 效果很好 f/2.8或更大光圈,赤道仪可提升画质
天文专用冷冻相机 极佳 配合望远镜,可拍深空细节

这里面有个坑我得说一下。光圈大小比像素重要得多,我那台单反两千四百万像素,听起来不低吧?但套机头广角端最大光圈才f/3.5,进光量少得可怜,只能拉高ISO,拍出来的东西红红绿绿的噪点比星星还多,后来借了朋友的一支14mm f/2.8镜头,同样的机身,同样的参数,片子出来整个天差地别——银河的暗纹居然能看到了,靠近人马座方向的银心位置甚至透出淡淡的暖色。

那些动人心魄的深空照片是怎么来的

这里就得提另一类照片了,你在网上看到的那些马头星云、猎户座大星云、仙女座星系的特写,这些用的不是普通相机,它们接在天文望远镜后面,用的是单色冷冻CCD或CMOS相机,还要配合LRGB滤镜分别拍摄,每个通道曝光几十分钟甚至几小时,再叠加合成。

我有次去郊区一个天文爱好者的院子里参观,他正在拍M31仙女座星系,设备架在那里像一门小炮——主镜是口径100多毫米的APO折射镜,赤道仪慢悠悠地跟踪着,笔记本屏幕上每隔几秒刷新一行曝光数据,他那一套下来,光主镜加赤道仪加冷冻相机,够买一辆小汽车了。

这种相机和咱们手里的可不一样,普通彩色相机传感器前面有拜耳滤镜,每个像素点只能记录一种颜色信息,细节天生有损失,而冷冻相机的传感器是黑白的,需要分别拍红、绿、蓝和亮度通道,但换来的是几乎没有噪点的纯净画面——因为传感器制冷到零下二三十度,热噪被压得死死的。

说到这儿,文献上有个参考:Daniel J. Schroeder在Astronomical Optics里详细讨论过探测器信噪比与制冷温度的关系,简单说就是每降低6到7摄氏度,暗电流噪点大约减半,所以你看那些天文台的大型设备,传感器都泡在液氮里,不是没有道理的。

我自己折腾出来的几条实用路子

如果你也像我一样,手头就一台普通相机甚至只有手机,但还是想拍那条横贯夜空的银河光带,有几个土办法确实管用:

  • 先找对地方。用光污染地图查一下,至少要到蓝色或灰色区域,我第一次开车进山,单程快两个小时,但下车抬头的那一瞬间,值了——银河肉眼看都有立体感。
  • 三脚架是底线。别信什么铁手功,曝光20秒,手再稳也没用,地球在转呢。
  • 用500法则粗算曝光时间。500除以焦距,就是大概不会拖线的秒数,24mm镜头的话,500÷24≈20秒,再长星星就拉丝了。
  • 手动对焦到无穷远。自动对焦在黑暗里基本是瞎子,白天先对着远处对好焦,在镜筒上做个标记,夜里直接拧到位。
  • 拍RAW格式。后期白平衡和曝光能救回很多东西。

我那晚在山里冻得鼻涕直流,脚架支在碎石地上晃晃悠悠,用手机的手动模式试了一张——ISO3200,曝光16秒,对焦无限远,屏幕亮起来的时候,银心位置的尘埃带居然真的出来了,虽然噪点多,但那感觉就像第一次用望远镜看清了月亮环形山,不是什么了不起的作品,但就是激动。

说到底,相机看不见银河系,但能看见我们身处的这个星系的一部分——那条横跨夜空的光带,是我们从内部仰望自己所处的这个巨大旋涡时,唯一能瞥见的侧影,照片拍出来之后才发现,那些暗色的裂缝是尘埃云挡住了后面的星光,亮处是恒星密集的旋臂截面,每一粒噪点下面都可能藏着一颗被噪声掩埋的恒星,相机能捕捉到的,无非就是这点微弱的光。

昨晚我试着用那台老单反拍银河,结果拍出一堆噪点,于是查了一堆资料,总算搞明白了

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