怎么用赤道仪拍星空（星野摄影教程42）
怎么用赤道仪拍星空（星野摄影教程42）驱动系统图1展示了笔者与天文设备，主镜下方即艾顿CEM60重型赤道仪，赤道仪本体重12.3kg，最大载重27kg，重锤9.1kg，除此之外，还承载了主镜上方的导星镜和导星相机、主镜后方的平场镜与单反相机。整套设备加配件，近50kg，因此，每次出摊去野外观测都是一场历练。正式的赤道仪中，轻型的载重量在5到8公斤不等，虽属轻量级，有的稳定性与精确度是非常高的。中型赤道仪载重量一般在8到16公斤，大型赤道仪载重量在20公斤以上。载重量越大的赤道仪越能进行多样化的观测或摄影，但也越不易移动。星野摄影与目视观测不同的是，购买赤道仪时，不只要依据望远镜重量决定赤道仪承载量，还要预留若干空间以供外加的仪器使用。譬如，若望远镜为6公斤重且只做目视观测，我们可以买承载量为6或8公斤的轻型赤道仪。但在做摄影时，赤道仪承载的不止有望远镜，还会有云台板、导星镜、相机、转接环等配件，其重量很可能会达到10公斤。为此
从本节开始，直至第44节，将讲解赤道仪的相关知识。做天文观测不一定要有赤道仪，但做星野摄影则几乎一定要有赤道仪（注1）。用于星野摄影（再重申，本教程的星野摄影包含传统意义上的星野摄影即使用相机镜头的广域摄影，和使用天文望远镜直焦的深空摄影，主要指后者）的赤道仪可以很昂贵且庞大，也可以极小巧而廉价，完全视你的拍摄内容与需求而定。供广角镜头的星座摄影用的赤道仪，甚至可以只用两片木板及其它简单零件来自制（注2）。不过，自制赤道仪非我能力所及，本章将只针对市面上出售的赤道仪做简单的讨论，我将把重点放在如何选择适合星野摄影的赤道仪上。此外，鉴于市面上的叉式赤道仪往往与镜筒密不可分，没太大的选择余地，因此讨论主要针对德式赤道仪。以下讨论赤道仪的基本要求：
载重
选择赤道仪，第一个要看的是厂商宣称的载重量（注3），如果赤道仪不足以承载我们的仪器，那一切都是枉然。市面上最小型的赤道仪本体可以跟儿童饭盒一样大，本体重量可以不到1公斤。这种超轻型赤道仪装在相机脚架上、经过简易极轴校准后，就可以接自由云台与相机，用广角或标准镜头拍摄简单的星座照片。这类赤道仪的追踪精度与极轴校准精度都不会太高，但因为当今星野摄影的单幅曝光时间也不长（2到5分钟不等），而且长期的追踪误差很容易在影像叠合阶段去除，所以它们也有一定的用处。
前述简易型赤道仪在市场上发展地非常迅速，不时会有新产品出现。它们的优点是极为轻便，适合旅游与远征使用，也适合让已有相机的初学者玩一玩、试试水温、看自己是否对天文摄影真的感兴趣。不过，一旦决定认真投入天文摄影，一部“更像样”一点的赤道仪仍然是必要的。
正式的赤道仪中，轻型的载重量在5到8公斤不等，虽属轻量级，有的稳定性与精确度是非常高的。中型赤道仪载重量一般在8到16公斤，大型赤道仪载重量在20公斤以上。载重量越大的赤道仪越能进行多样化的观测或摄影，但也越不易移动。
星野摄影与目视观测不同的是，购买赤道仪时，不只要依据望远镜重量决定赤道仪承载量，还要预留若干空间以供外加的仪器使用。譬如，若望远镜为6公斤重且只做目视观测，我们可以买承载量为6或8公斤的轻型赤道仪。但在做摄影时，赤道仪承载的不止有望远镜，还会有云台板、导星镜、相机、转接环等配件，其重量很可能会达到10公斤。为此，承载量为12公斤、甚至16公斤级的赤道仪是必须的。
图1
图1展示了笔者与天文设备，主镜下方即艾顿CEM60重型赤道仪，赤道仪本体重12.3kg，最大载重27kg，重锤9.1kg，除此之外，还承载了主镜上方的导星镜和导星相机、主镜后方的平场镜与单反相机。整套设备加配件，近50kg，因此，每次出摊去野外观测都是一场历练。
驱动系统
天文摄影用的赤道仪有两个关键配件是绝对不能少的：马达（电机）与极轴望远镜（简称极轴镜或极望）。为了能达到精确的追踪，摄影用赤道仪一定要有强韧且精确的马达来驱动，中大型赤道仪的马达多数为内置，不用我们伤脑筋，我们唯一要做的就是打听不同产品的评价而已。小型赤道仪马达有时会是选配件，市面上一部分的小型赤道仪可选配单轴马达（即只有赤经轴有马达，又称单轴电跟）或双轴马达（赤经与赤纬都有）。如果只打算进行焦距在200mm以下的星野摄影，选择单轴马达以节省预算无妨。但若拍摄焦距在400mm以上，那么在进行高精度追踪时，赤纬轴的马达修正将是必要的，此时应选购配有双轴马达的赤道仪。
目前市面上绝大多数的业余级赤道仪在马达上配备了蜗杆与齿盘构成的减速系统，使减速后的赤道仪达到一恒星日转一圈的缓慢运动，以追踪星体。另一种减速机制是谐波减速器（Harmonic Drive，原理上与之相同的是Strain Wave Gear），它与蜗杆系统比起来，好处是扭距极大，可以不需要重锤平衡望远镜的重量、赤道仪本体也可以相当轻，非常有利于移动观测。此外，谐波减速器的齿轮间隙非常小（有的厂商号称没有齿轮间隙），所以导星反应会较灵敏，也因此系统刚性会比较高，抗风能力较佳。谐波减速器赤道仪的缺点则是周期误差非常大、而且昂贵。
配备谐波减速器的赤道仪近年来开始出现在市场上，目前多由韩国厂商生产。个人认为现在的谐波减速器赤道仪已进入成熟期。大型赤道仪因为所搭配使用的望远镜较大、焦距较长，所以拍摄时无论如何都还是要导星，这样周期误差大就不再是问题。但如果小型赤道仪的周期误差太大，甚至导致用85mm甚至50mm的镜头拍摄都还需要导星，这就完全违背轻量化与小型化的目的。我想或许未来还需要几年的发展，周期误差与价格才能更进一步降低。
极轴望远镜
极轴镜是供我们将赤道仪极轴（也就是赤经轴）调整成与地球自转轴平行用的，其作用包括观测北极星，以及根据观测的日期与时间推算北极星与北天极之间的相对方位。但有些极轴镜并不通过北极星，而是通过北斗七星与仙后座，其原理是类似的。日系赤道仪的极轴镜大多是固定内置式，在精确度以及保养难易度方面皆胜过外接式极轴镜（较常在美系赤道仪上看到）。此外，好的极轴镜也要辅以好的赤道仪水平仪以及易于操作的脚架高低调整，这些在采购赤道仪时，都应列入考察范围。
图2 光学极轴镜
图3 极轴镜北极星表盘软件，根据该软件结合极轴镜校准极轴。红色十字叉为当前北极星位置，中心为北天极。
我个人认为在移动式观测中，好的极轴镜是非常重要的。市面上有很多赤道仪，其各项性能看起来都很好，就是配备的极轴镜不怎么样（或根本没配备），这些赤道仪我始终没有勇气尝试。好的极轴镜可将极轴定位在2角分以内，这足以供焦距1000mm以下的导星摄影。要达到这种精度，倍率10倍以上的极轴镜往往是必需的，我认为6倍的倍率是我可以接受的最低极限。但是，如果我们要进行极严格的长焦距（譬如2000mm以上）导星摄影，再好的极轴镜都可能不够。或者，一些美式赤道仪一开始就不附有极轴镜。此时就要以所谓的“漂移法”来精确校正极轴。
近年来，极轴镜的一个重大进展是，有厂商开发出所谓的电子极轴镜，譬如QHYCCD公司生产的PoleMaster，或艾顿公司的iPolar。这样的产品无需内置于赤道仪，但需要配合电脑使用，可以在几分钟内取得相当好的极轴校准精度。有不少同好发现，电子极轴镜的极轴校准精度并不会胜于最好的传统光学极轴镜（譬如高桥的高端赤道仪内置的极轴镜）。但对于没有内置极轴镜或内置极轴镜极为简陋的赤道仪来说，或者是在南半球面对我们较不熟悉的南天极时，电子极轴镜可以说是非常有效的帮手。
图4 电子极轴镜
赤道仪符合以上基本要求之后，我们便可以在下一节讨论一个对于摄影极其重要的性能指标——追踪精度。
注1：我在第27节中提过宾得推出的O-GPS1产品可以自动指挥相机的防抖机构，让感光元件追着焦平面上的星星跑。使用这个产品与宾得的相机，只要配合一般的脚架，就可以使用300mm以下的镜头、做5分钟以内的长时间曝光而不使星点拉线。累积几张5分钟曝光的影像后，还可以进一步通过影像处理把它们叠合起来，得到相当于更长时间曝光的作品。我认为这是个划时代的产品，让我们可以不需要赤道仪就能做星野摄影，值得只有宾得相机而没有赤道仪的摄影爱好者用来试试天文摄影。不过，以上的做法也有其限制，显而易见的是，即使通过叠合也无法做比30分钟长太多的摄影，因为目标会慢慢飘出视野。较不被注意的问题是，就算感光元件大体而言可以追着在焦平面上移动的天体，镜头的光学变形也会使画面中心与周边所需的移动量不一致，导致画面周边的星点变形、拉线。因此，要拍出最高等级的星野摄影作品，还是需要使用赤道仪。
注2：有些同好采用这种简易自制赤道仪在没有马达驱动下，手动追踪进行广角摄影，令我佩服不已。这说明了，只要有心，预算与器材根本不该构成天文摄影的障碍。
注3：值得注意的是，赤道仪真正的负荷除了与搭载物体的重量有关，也与搭载物到旋转轴的距离有关。譬如，同样是15kg的镜筒，口径25cm的反射镜与口径15cm的折射镜，前者对赤道仪的负荷会较大，因其重心位置会离赤经轴更远。目前许多日系厂商所宣称的搭载重量，是以距离赤经轴25cm的位置来计算。现阶段也有些厂商标注赤道仪所能负荷的力矩，而非重量，这种做法更为科学。
