尖峰对决 | 太阳的闪光光谱

摘要: 还在HDR?新的玩法来啦~

09-12 21:04 首页 中国国家天文


剑走偏锋,不一样的日全食

话说虽然过了两周,但美国日全食盛况的热点并没有随时间而消退,反而随着摄影师们不断的出片和日全食摄影大赛的倒计时,持续发热。9月7日,APOD刊登了天体物理博士秦雨静拍摄的日全食光谱摄影作品。人们纷纷惊呼,真是剑走偏锋的神作!


太阳的闪光光谱

摄影 / 秦雨静


在俄勒冈州马德拉斯的晴朗天空下,这幅彩色日食合成影像呈现了转瞬即逝的色球光谱(太阳的闪光光谱)。在8月21日用长焦镜头和衍射光栅拍摄的三幅曝光影像叠合制作成了这幅影像。影像最左侧呈现了日全食起始和结束阶段时,环拱在月盘剪影周围的太阳钻石环景象。而影像右侧则是受到衍射光栅分光的光谱,太阳光球层的光谱是那两道连续的光痕。然而,个别日食影像也出现了沿着纤薄、转瞬即逝的太阳色球层光弧内原子辐射的各个光波长。其中,最明亮或最强的色球层辐射都来源于氢原子。红色的氢α辐射位于影像最右侧,蓝色和紫色的氢辐射线位于影像左侧。在它们之间,最明亮的黄色辐射是由氦原子发出的,氦是最先发现于太阳闪光光谱中的元素。


故事并非如此简单,早在日全食结束当天,国内著名的天文摄影师贾昊就在朋友圈里分享了一段同行同伴拍摄的日全食闪光光谱的视频,并且评论,真是666到飞了!几乎是同一天,北大附中天文教师刘杨所带领的中学生日全食摄影团队也由两名学生发布了日全食闪光光谱的拍摄结果。而在上周,某著名天文摄影师也向日全食摄影大赛提交了高质量的光谱图,具体名姓就不透露了,等到月底大赛揭晓,相信会给大家一个惊喜。


识别图中二维码 进入大赛主页


还有一周2017年日全食主题摄影大赛就要截止征稿啦~去看了日全食的小伙伴,2017年9月15日(北京时间)之前,千万不要忘记投来你的作品哦~

我们的邮箱是cnastronomy@nao.cas.cn


那么问题来了,为何四队摄影师都会选择闪光光谱这个题材,闪光光谱又是什么呢?为何秦雨静从中脱颖而出呢?日全食大赛筹备组、《中国国家天文》编辑部对他们进行了简单的采访。



什么是闪光光谱?

当贝丽珠出现的一刹那,人们惊叹的是照片中的钻石环,而科学摄影师知道,这是拍摄太阳闪光光谱唯一的机会,因为此时光谱仪中会出现一系列明亮的发射线,那是太阳色球的贡献,从中可以探知太阳元素的秘密。闪光光谱那也曾是天文学届的一颗钻石,因为氦元素的发现,最早就是在太阳闪光光谱中找到的一条明亮黄线(HeI D3),也因此之故,氦元素取了太阳的名字,拉丁语Helium。


拍摄 / William Chin


其实如果分辨率足够,曝光正确,我们得到的远不止这些,还有H-alpha、beta、gamma线,近紫外的Ca HK线,还有钠线铁线镍线钛线等等,如果设备足够好,还有机会拍摄到日冕的红线和绿线两条发射,其中所含纳的信息远不止一张日全食照片那么简单。


在以往,闪光光谱的拍摄是专业领域的事情。在我国,早在1941年中山大学就拍摄了日全食的闪光光谱,而在1980年,由北京天文台、紫金山天文台、南京天仪厂、北京师范大学、北京天文馆组成的联合观测组获取了高分辨率的闪光光谱,其中谱线数量达到一千多条。但对于业余天文摄影家来说,拍摄难度就有些高了,在上世纪中期,一些国外的业余天文学家手册中提到,这种拍摄相对比较专业,业余拍摄难以涉足,但在不久之后,越来越多的摄影师开始尝试这个题材。



秦雨静的故事:

这次追日食很早就在我的计划之中,然而拍摄太阳色球层光谱则是暑假期间才开始准备的。闪光光谱在上世纪初是研究太阳结构和性质的方法,这次的拍摄可以说是在向这些先驱们致敬。


拍摄闪光光谱时,需要在相机镜头或望远镜上加装透射光栅或棱镜作为色散元件,将不同波长或色彩的光投射到传感器的不同位置处。准备以此作为题材时,我搜寻过爱好者们拍摄的类似的照片。许多爱好者使用闪耀光栅滤镜,然而这种方法零级的太阳像与光谱之间相对的曝光深度难以控制,同时两者之间存在一段较宽的黑暗的区间(例如 https://apod.nasa.gov/apod/ap131115.html)。为凸显光谱中的细节,并考虑到构图的需要,我尝试以长焦镜头(Canon EF 400/5.6)在全食阶段对太阳直接成像,而光谱则来自于镜头一侧加装的 45° 倾斜的反射光栅(150 l/mm,闪耀角 2.2° @ 500 nm)。一级光谱被镜头前的一片 45° 椭圆镜反射到镜头成像的光路中,而零级像与其他级的光谱则处于照片的视野之外。直接成像的太阳与光谱之间的相对位置,则可以通过若干枚螺丝精确调整。为保证太阳和光谱都能曝光准确,我以光栅和反射镜的效率及索尼 A7r2 的谱响应曲线做过简单估算,并在直接成像的光路前加装中性灰滤镜(B+W 86 mm ND 0.6 / 4x)。装置除部分金属件,均为 3d 打印组装而成,可以整体旋进镜头前的滤镜螺纹口上。这样的设计难免因为杂散光和 45° 椭圆镜的遮挡而降低对比度,但在构图和曝光方面的控制则更为自由。



我于 19 日晚间从 Tucson 乘机抵达俄勒冈州的 Portland。当地机场便遇到许多穿着天文相关 T 恤,拖着一堆器材的爱好者。与同行的好友会合后,次日我们一起驾车前往 Cascade 山脉东侧的 Madras。观测地 Solartown 是一片农田中开拓出的汽车营地,聚集着全美及世界各地的爱好者。我在偏食阶段把仪器组装调试好,在取掉滤镜后的片刻抓紧修正曝光补偿,然后在食既和生光前后开足马力连拍抓到这一片刻。因为有过两次追日食的经验,而且这次的拍摄计划仅此一项,当时并未因为兴奋或者紧张而出什么失误。虽然因为薄云和烟霾,当天的可见度稍差一些,但拍摄本身比较顺利。观测地聚集数万爱好者,附近还有一处机场,因此见到许多富有创意或者疯狂的玩法。值得一提的是,Madras 西侧的杰斐逊山(Mt Jefferson)会提前片刻进入月影,全食前目睹西侧的山峰逐渐暗下去,也是有趣的经历。


返程在离开 Madras 时虽然遇到两小时多的堵车,但轻松不少。照片则是返回 Tucson 之后才处理的。因为日食是动态的过程,太阳和月影间存在相对运动,直接叠加食既、食甚和生光的三张照片,月影和光谱必然会有错位。挑选过三张较好的原片后,我分别以月影和光谱中的日珥对准叠,再将叠加的两张照片合成为最终的版本。



秦雨静

亚利桑那大学天文系在读博士生,研究方向为星系结构,动力学和星族演化。96,97 年在观测过两次次大彗星和一次日偏食后为天文爱好者。古典音乐和传统摄影技术的发烧友。




北大附中的故事:

与秦雨静不同的是,北大附中观测队采用的是物端棱镜来拍摄光谱,他们在老师的指导下选用了小口径的适马70-210mm变焦镜头来接驳物端棱镜(棱镜最初是浩淼兄弟进行流星光谱拍摄所用的),并在拍摄之前进行了两个白天的实战演习。在拍摄中,他们采用两台200mm相机进行同时拍摄,一台拍摄光谱,另一台拍摄太阳白光图像,成功获取了光谱图像。在拍摄完毕后,北大附中天文教师刘杨与国内著名天文摄影师戴建峰对学生的照片进行了指导,最终成图,展现了日全食前后的光谱变化。


北大附中 魏泓基 赵梓涵


北大附中 魏泓基 赵梓涵


不过说到这次没有被APOD选中,刘杨老师认为确比起其他几位摄影的光谱作品还是有差距,除了仪器设备上的差距,还有很大一部分是经验上的。不过这对于中学生天文爱好者来说已经是一次不错的尝试。在拍摄后,他们还进行了简单的谱线证认。



再战江湖

果然日全食摄影的角逐早已不是日冕HDR的天下了。从此番日全食摄影大赛的投稿作品中就可以看出不少创新元素已经开始被各路摄影师尝试。还有些人开始加强学习,毕竟没有一点天文基础,想做天文科学摄影还真不那么容易。据说,有些人已经开始开发新的日全食拍摄思路了,可是啥时候才能落实呢?相约2019年见吧!


闪光光 ?ω?

撰文 张超  编辑 怀尘


中国国家天文

Chinese National Astronomy

微信号:chineseastronomy


《中国国家天文》杂志由国家天文台主办。

本刊面向广大公众,关注天文与人文相结合,

提供科学性文化性艺术性、收藏价值兼备的天文学内容及文化生活。

中国国家天文愿与你一同守望宇宙星辰。

新媒体投稿:cinastronomy@163.com   

纸刊订阅请洽:1591082531


首页 - 中国国家天文 的更多文章: