观测攻略之如何选购望远镜

FSQ106-赤道式

FSQ106物镜

Meade203-地平式

　　观测攻略之

开普勒折射镜原理图cn

目镜

　　如何选购望远镜

　　北京天文馆 詹想 原载《天文爱好者》2007年5月号

　　我该买什么样的天文望远镜？

　　相信这是每个想买望远镜的同好面临的第一个问题，也是各大天文论坛的相关版面经常能见到的问题。对于这个问题，大家一般都能热心的进行解答，但是常见的解答往往是先问提问者：你准备投资多少钱？你主要希望观测什么目标？是以目视观测为主还是摄影观测为主？不同的观测对象和观测形式应该选择不同的望远镜……等等。

　　必须承认，这是对于这个问题的一个比较科学的解答流程。但是，这种解答方式只适用于提问者本身具备一定的观测基础。其实，更多的提问者只是刚刚入门的同好，他们并不知道自己主要会观测什么目标，也不太清楚会常用哪种观测形式，这样问反而有可能把他们问晕，导致最后买不到合适的器材。并且，对于杂志这样的平面媒体，交互性远远不如网络，也不可能针对每一个读者的需求提出建议，因此我倒是觉得，应该换一个思路来推荐器材。

　　这个思路有一个基本的假设，那就是假定大多数同好在刚入门时对于观测的需求和我类似，观测水平的成长性也和我类似。这样，我就可以根据自己的情况来制定一个适合多数入门同好的器材购买方案。剩下的一些有比较特殊需求的同好再进行单独讨论。

　　以折射镜起步

　　望远镜不外乎三大类——折射式、反射式、折反射式。其中最基础，也是最容易上手的，非折射镜莫属。折射镜的制造成本不是三类中最低的，但它的光路结构是最简单的，也最符合普通人对于望远镜的认识和使用习惯。入门级的折射镜价格便宜，成像清晰锐利，比较明显的缺陷可能只是会有一些色差（什么叫色差我们后面的文章会谈到）。折射镜适用的观测范围非常之大，日常维护却比较省心。这种种优点决定了折射镜是入门级爱好者最适合使用的天文望远镜。

　　在经济条件允许的情况下，我建议大家购买这么一套装备（第一遍看可能很多名词和参数看不懂，没关系，后面我们会详细解释）：

　　1、购买知名品牌的产品。国内品牌在价格上有一些优势，国际品牌在质量上可能会略胜一筹，如果你是第一次购镜手头又不是特别宽裕，还是考虑国内品牌吧。

　　2、主镜口径80mm-102mm，焦距600mm-1000mm。

　　3、支架部分随主镜成套购买，这样最省心。这里所说的支架，除了最下面的三脚架以外，还有连接三脚架和主镜，并使主镜能够自由转动的装置。这个装置又分为两种——普通的地平式支架和赤道仪。

　　4、其余附件一般会包含在主镜和支架的套装里，比较典型的附件包括寻星镜及其支架、90度或45度天顶镜、2至3个焦距不同的目镜、载物盘等，如果有赤道仪，那么还有平衡重锤及其连接金属杆、微调螺杆等部件，另外有些产品还会赠送太阳滤光镜、摄影接口等其他附件。

　　这样，根据你购买的望远镜参数不同和配件不同，总共的花费应该在1500元-3500元之间。明显低于这个价位的望远镜就有些玩具的味道了，而更好的暂时也用不到。

　　两个经典的问题

　　下面进入“名词解释”时间。关于折射镜的基本成像原理如图1所示，其实就是两片凸透镜形成的一个简单光路，其中位于被成像物那端的凸透镜叫做物镜，位于人眼那端的凸透镜叫做目镜。

　　图1. 开普勒折射镜原理图cn.gif

　　接下来，我希望大家想一想：如果你看到别人正在使用一台望远镜，你肯定会询问这台望远镜的有关情况。那么，你脱口而出的第一个问题是什么呢（“这台望远镜多少钱？”这个问题不算在内）？

　　就我所遇到的情况而言，被问得最多的问题是这样的两个——“这台望远镜能看多远？”和“这台望远镜能放大多少倍？”你是不是正好想到了其中一个？-v-

　　但我要告诉你，这两个问题的问法都是错误的，别人一听就知道提问的人肯定是个门外汉。

　　首先说第一个经典问题，我一般会这样反问：“你认为人的肉眼能看多远？”提问者往往会说：“我也不知道。”但我相信他心里肯定认为人的肉眼最多看几公里了不起了。这时我会告诉他：“你看天上的月亮，那是在38万公里以外；你看天上的太阳，那是在1.5亿公里以外；你看到的满天恒星最近的都在几光年以外，而你能看到的最远的天体——”在这里我会停顿一下，让提问者能够重新整理一下思绪，“是著名的仙女座大星系，它远在220万光年之外！人眼尚且如此，你说望远镜能看多远呢？”

　　那么，正确的问法是什么呢？想一想？

　　一个比较正确的问法是：“这台望远镜能看到多暗的天体？”

　　望远镜看到暗天体的能力叫做“光力”，望远镜光力的大小与其口径有关，口径越大光力越强。所谓口径，顾名思义就是这台望远镜进光口的直径，对于折射镜而言就是物镜的直径，用字母D表示。不过，衡量光力大小如果直接用口径的话不够直观，因此我们又定义了一个概念，叫做“极限星等”，简单理解就是这台望远镜在最理想的条件下能看到多暗的星，这样就非常直观了。显然，极限星等也是取决于望远镜口径的，口径越大，极限星等也就越大。

　　下面让我们来进一步理解什么叫做“看到”了一个物体。想必大家都曾经听说过，当年外国的宇航员飞上太空后号称能从太空中看到中国的长城，这很让我们骄傲了一阵子，但后来就有人指出，人的肉眼分辨率有限，不可能在那么远的地方分辨出长城这种宽度只有几米的物体，因此在太空中看不到长城。最近，中科院的一个科研团队正式确认了这一结论。

　　这里有一个“分辨率”的概念。分辨率是指一个观测设备（比如人眼或者望远镜）分清目标细节的能力，当给定一个观测设备以后，它的分辨率就固定了，这时它能不能分辨出一个物体，就取决于这个物体本身的大小和它离观测设备的距离。我们可以这样来直观的理解：你从很远的地方向我走来，一开始我只能看到天边出现了一个人影，慢慢的能分清你的四肢，再近一点才能看清你的五官，等你走到我身边时，我才能看清你眼角的鱼尾纹。而对于天文望远镜，由于它观测的目标都是天体，因此其分辨率被定义为能分清天球上最近的两个点之间的角距离。望远镜的分辨率也是与口径有关，口径越大分辨率越高。

　　那么，能否看到一个物体是不是取决于分辨率呢？人的肉眼在太空中确实无法分辨长城这种宽度的物体，但我们不妨这样假设：如果能够给长城涂上一层强力荧光粉，到了晚上，周围都黑了，但长城还在发出强光，这时人的肉眼在太空是不是也有可能看到长城呢？

　　因此，我们要搞清楚“看到一个物体”和“分辨出一个物体”的区别，前者只需要观测设备能接收并感知到这个物体发出来的光就可以了，这取决于该物体本身的亮度以及其相对于周围环境的反差，而后者才取决于观测设备的分辨率。能看到一个物体而不能分辨出一个物体的一个典型例子就是肉眼能看到恒星，而恒星是点光源，角直径近似无穷小，肉眼是不可能分辨的。所以，关于在太空中肉眼看不到长城的结论是对的，但他们的理由却不太正确。

　　说到这里，相信大家已经意识到，光力和分辨率是望远镜最重要的两个指标——光力决定了你能看到多暗的星，分辨率则决定了你能看清月球上最小的环形山的大小。而这两个指标都和口径有关，因此，口径是望远镜最重要的物理参数。那么，对于第一个经典问题，最准确的问法就是：“这台望远镜的口径多大？”

　　再说第二个经典问题。造成这个问题的原因是很多人以为给定了一台望远镜之后，其放大率就是固定的，殊不知，根据后端的目镜不同，这台望远镜的放大率是可以变化的。放大率取决于望远镜的第二个重要参数——焦距（用字母F表示，有的厂商也可能用f表示），其具体值等于物镜的焦距除以目镜的焦距。物镜的焦距数值一般会标在物镜端或镜筒上（如图2所示），目镜的焦距数值一般会标在目镜侧面（如图3所示），计算起来非常方便。比如，一台焦距800mm的望远镜，使用20mm目镜时放大率是40倍，使用8mm目镜时放大率就是100倍。那么，对于第二个经典问题，正确的问法应该是：“这台望远镜的焦距是多少？”

　　到这里你可能会说：“既然这样，那我可以用焦距很短的目镜来得到更高的放大率，看到更清晰的图像。”其实这个想法也是不太对的。短焦目镜确实可以得到更高的放大率，但一台望远镜并不能一味的追求高放大率。首先，由于口径定了，光力就定了，目标在望远镜中的总亮度也就定了。放大率越高，成的像越大，其单位面积的亮度就会越低，成像就会变得越暗。其次，还是由于口径定了，分辨率就定了，更高的放大率并不能获得更高的分辨率（可以这样理解：两颗靠得很近的星看起来就像一颗，提高放大率以后，它们看起来还是一颗，只不过象变得更大了而已）。再次，过高的放大率会放大大气抖动的影响，增加调焦的难度（关于调焦我们会在后面的文章中详细谈到）。最后，放大率越大视场一般而言会越小。这些因素都并不利于观测。在这里有一个“视场”的概念，简单理解就是我们在目镜里所能看到的天空范围。

　　但是，显而易见的，如果放大率过小，我们又无法充分发挥这台望远镜的性能。那么怎样的放大率能够最大限度的发挥一台望远镜的性能又不至于过分呢？经验告诉我们，这个放大率一般是望远镜口径以毫米为单位时的数值，叫做有效放大率。比如，一台口径80mm的望远镜，其有效放大率就是80倍。当然，根据不同的对象，我们选用的放大率也会不同，对于月球、大行星这种比较亮的天体，选用的放大率比有效放大率更大一些也没什么关系，但对于那些比较暗又有一定大小的星云、星系等，选用的放大率就最好比有效放大率低一些。

　　表1

　　口径（mm） 分辨率（角秒） 极限星等（等）

　　60 2.33 11.0

　　70 2.00 11.3

　　80 1.75 11.6

　　90 1.56 11.9

　　100 1.40 12.1

　　不同口径的望远镜对应的分辨率和极限星等列表

　　望远镜的支架部分

　　对于支架部分，三脚架没什么好说的，关键就是地平式支架和赤道仪要重点谈一谈。

　　地平式支架，也被称为经纬支架，是最简单的一种支架形式。如图4所示，望远镜通过两个轴分别在水平和竖直方向转动，从而达到指向任意方向的目的。这种支架形式操控起来是最方便最直观的，如果两个轴都设置有微调旋钮的话，对于比较精确的定位天体的位置也是很方便的。有一些厂商直接将地平式支架做成了类似摄影用云台的那种形式，一个大手柄同时进行两个轴的锁紧、松开和转动，这样控制起来更加方便，而且其接口还是标准的相机接口，可以和摄影三脚架通用。

　　但是，稍微深入想一想就会发现，因为地球的自转，天体有周日视运动，我们的望远镜指向一个天体后如果保持静止不动，你就会看到这个天体在望远镜视场中向一个方向移动，很快就会移出视场。如果我们想长时间跟踪一个天体的话，最好的办法就是让望远镜和天体同步转动，以抵消地球自转的影响。实现这个想法的最好的装置就是赤道仪。如图5所示就是一台典型的赤道式望远镜，其赤道仪虽然也是由互相垂直的两个轴组成的，但所不同的是这两个轴并不在水平方向和竖直方向，而是一个指向天极（与地球的自转轴平行），一个与之垂直。指向天极的轴叫做赤经轴，望远镜围绕赤经轴转动，即可追踪天体的东升西落。与赤经轴垂直的轴叫做赤纬轴，理论上如果你的赤经轴方向比较精确的指向了北天极，那么当找到一个天体后，赤纬轴就可以锁死了，因为跟踪天体不需要在赤纬方向有任何转动。

　　中高端的赤道仪一般都会配备有电动跟踪装置，一个马达以一定的速率转动，通过传动装置带动赤道仪的赤经轴以天体的周日视运动速度自西向东转动，这样当我们找到一个天体时，只需要打开马达，这个天体就会一直保持在视场的中央。当然，电跟装置需要额外的花费，如果你一时没那么多钱，又主要是目视观测不怎么照相的话，那么电跟装置可以先不配，等时机成熟时再加一套电跟装置或者买一台新的带电跟的更好的赤道仪。

　　说到这里你可能会问：“地平式支架难道就不能跟踪天体的运动了吗？”当然也能，只不过需要水平和竖直两个方向同时转动才能跟踪，这样比较麻烦。比如，在没有电动跟踪的情况下，当一个天体移出了视场较长时间，如果是赤道式望远镜，那么我们只需要持之以恒的转动赤经轴就一定能把这个天体找回来，但地平式的话，我们就无法知道两个轴该各转动多少才能将其找回来，这个时候就只能对照星图重新找一遍。地平式支架也可以做成电动跟踪的，但这就不是一个简单的恒定速率单轴转动了，而需要电脑（可以是支架内置的小电脑也可以是外接的控制电脑）根据当前目标的位置实时计算两个轴分别需要怎样转动。如果要进行长时间跟踪曝光的天体摄影，那么采用赤道仪会非常方便，如果是地平式，就算能电动跟踪，视场里的象也会产生场旋，还需要后端的相机或者CCD进行相应的同步旋转才能抵消，非常麻烦。关于天体摄影的相关问题，我们后面的文章会详细介绍。

　　说了这么多赤道仪的优点，也该说说它的缺点了。首先，赤道仪使用起来上手比较麻烦，因为它和我们平时的一些思维惯性不同，一开始你可能会发现你根本无法将赤道仪指向想指的位置。当然，用熟了以后就好了。第二，同档次的支架系统，赤道仪会比地平式支架贵一些。第三，一般而言，赤道仪会比经纬支架体积大不少，也要笨重不少，这样它的便携性就会差一些。比如有些经纬支架小到可以集成到三脚架顶部，一个三脚架包就都背走了，而再小的赤道仪恐怕也无法和三脚架放到同一个三脚架包里。如果你在自己家里观测还好，要是需要外出去别的地方观测，你就会意识到便携性是多么的重要。第四，如果你极轴对得不准（就是赤道仪赤经轴的指向距离天极有一定的误差），那么你跟踪一个天体时就会发现也需要两个轴都转才能跟踪，只不过赤纬轴需要转的量比较小而已。最后，赤道仪即使能电动跟踪，但要是电机和赤道仪的跟踪精度不够，同样会出现跟踪误差，要用这样的赤道仪进行天体摄影也不会太轻松，而高精度的赤道仪价格则一般非常昂贵。因此，赤道仪虽然好用，但在好用性提升比较有限的情况下牺牲掉一定的经济优势和便携优势究竟值不值得，还需要你根据经济情况和观测目的做出自己的选择。如果非要我给一个建议，那我只能说：“你看好的那一台望远镜套装里的是什么装置就要什么装置吧，这样最省心！”不过，无论是地平支架还是赤道仪，一定要有微调装置才好用（已经实现了完全电动控制的中高端支架系统又另当别论，这种系统往往没有手动的微调装置），这一点购买时务必要问清楚。

　　关于反射式和折反射式望远镜

　　在这里我们只对这两种望远镜的特点进行一个简单说明，以后有机会再详细介绍，其中有些概念看不懂也没关系，知道结论就行了。

　　反射式望远镜是制造成本最低的，但由于光路关系它的目镜在镜筒进光口的那一侧，不太符合普通人对望远镜的使用习惯。入门级的反射镜价格非常便宜，但成像的清晰锐利程度不如同级别的折射镜，虽然没有色差，但一般会有球差和彗差，由于其副镜的存在还需要经常调较光轴，维护起来相对麻烦。不过由于其价格有优势，在手头比较紧的情况下还是可以考虑的。

　　折反射式望远镜集合了折射和反射这两种形式的优点，又比较好的克服了两者的缺点，不过其制造难度更大，价格相对较贵。另外折反射式望远镜的焦距都比较长，观测一些暗淡而面积较大的天体时效果可能不会太好，用于天文摄影的难度也相应较大，不过对于观测和拍摄月球、大行星等亮天体效果却非常好。

　　还有一点值得一提，就是在你的器材和观测水平升级后，原来的折射镜往往可以很容易的作为导星镜继续发挥作用，而反射镜和折反射镜要想作为导星镜，其难度会更大一些。

　　到这里，你基本上已经可以着手调查自己应该买一台什么样的望远镜了。关于望远镜的其他附件我们会在后面的文章中具体介绍，反正你只要购买正规公司的产品这些附件一个都不会少。如果想买望远镜的同好在本文的帮助下购买了自己的第一台望远镜，并且在使用了一段时间后觉得还比较满意的话，那就是笔者莫大的荣幸了。