流星和流星雨的照相和视频观测

第三节　流星和流星雨的照相和视频观测

天体摄影是天文爱好者最感兴趣的活动之一。因为除了流星雨的照片有极高的欣赏价值之外，最大的优点是能客观地绘出它们的准确方位和星等。而且只要配合适当的相关记录，流星雨照片还可以有助于天文学家以高精度去计算流星体带的轨道，更可以记录流星的颜色、出没位置、光度，等等。好的流星雨照片将是天文学家研究流星体十分宝贵的资料。此外，摄影观测可以记录比目视观测更多的流星。尽管对于目视观测者来说，非常强的流星雨非常令人兴奋，但这种情形更适合于作照相和摄像观测。摄像机是用不带感情色彩的电子来记录图像的，无论是一个小时出现一颗流星还是一秒钟出现一颗流星对摄像机来说毫无区别。

一、流星雨的照相观测

1.照相方法和器材

天文爱好者拍摄流星或流星雨多采用直接照相，一般有两种方法。一是固定拍摄方法，即将相机固定在三脚架上，将快门置于“B”或“T”位置上，完成拍摄的整个过程中相机始终固定不动，一定时间（如5分钟）拍一次；另一种是跟踪拍摄，即将相机固定在望远镜的跟踪装置上，在相机与星空一同做周日视运动的情况下进行拍摄。

拍摄前，应先估算出照相观测的极限星等m_p，即了解照相机能够拍摄下来的最暗的星是几等星。可按如下经验公式计算：

m_p=4+5lgD+2.5lgt

式中：D是望远镜的物镜口径或相机的口径，以厘米为单位；t为照相露光时间，以分钟为单位。这里没有考虑天气条件及应用特殊灵敏底片等情况。

如果在相机前加一旋转的快门，则可以拍摄到断断续续的流星划迹，已知快门旋转的速度就可以计算出流星的运动速度（图6.3.1）。

注意拍摄火流星的余迹，这需要露光1～6小时。火流星的巡天照相观测也是很有趣的活动。

图6.3.1　旋转快门的效果

所用照相器材有：

照相机：选择好一架广角照相机，视场越大越好，如20°～40°对它的极限星等要有所了解。

胶卷（或底片）：采用黑白胶卷，感光灵敏度要达到ISO400，ISO1600或ISO3200，以适于在弱光的场合下拍摄。选黑白胶卷是为了方便地根据底片特性曲线由黑度化成强度，确定所观测到的流星的星等。彩色底片可用作科普宣传，而不宜作星等的测量和归算。对火流星照相要根据当天夜晚的条件，如月光、城市灯光的情况选择底片。由于火流星较亮，一般可选中等灵敏度的胶片（如感光度为ISO400）。

三脚架和快门线：要有稳固的三脚架与控制灵活的快门线，这是拍出好片子至关重要的因素。可在三脚架下加重物来增强其稳定性。拍摄前，一定要检查快门与快门线，使其无论是在寒冷的冬夜还是潮湿多雾的凌晨，都能开关自如。

2.资料处理

照相后要用显影液、定影液认真冲洗底片，冲洗后要晾干。如果要测定流星的星等，则必须要进行定标处理。可选择观测底片上流星周围的一些已知星等的亮恒星（选7～15颗）作为定标的标准星，或另拍一张昴星团或北极星序的底片作为标准；再利用显微光度计或PDS底片量度仪测出每颗星的底片密度（黑度），即可作出底片特性曲线。根据所作出的底片特性曲线，便可由流星像的底片密度查出流星的照相星等。

如果欲将照片寄往国际流星组织（IMO），应在照片的背面写上如下内容：

观测者姓名：国家，地址，E-mail（电子信箱），电话，传真

观测地点：地理经度、纬度及海拔高度

观测时间：流星雨出现后开始露光时间与结束露光的时间（世界时）

流星雨的辐射点（或偶发流星出项的）坐标：

照相视场中心位置：

流星星等与个数估计：几等星的流星有多少个

流星的速度估计：如很慢，慢，一般，快，很快

照相机的情况：口径，焦距，光圈

胶卷（底片）的情况：类型，感光度ISO，冲洗液（如用D-76冲洗），定影时间等

3.观测注意事项

照相机镜头方向：不要把照相机的镜头对向辐射点，应使它与辐射点夹一定的角度，即将相机指向流星雨辐射点周围30°～40°位置处，因为这是流星最可能经过的地方。

曝光时间：要根据底片的灵敏度确定露光时间，如感光度ISO1600、曝光6分钟，便可能有数颗流星被拍摄在一张底片上。

底片冲洗：拍摄流星时一定要在同一卷底片上拍下定标片，然后再冲洗底片，以便测出流星的照相星等。无论是自己冲洗还是送出去冲洗，一定要将底片全部洗出，不要将边裁去，以免遗漏有用的信息。

二、流星和流星雨的视频观测

现代观测流星雨的最新技术是使用视频记录系统，它有很大的优越性，可以记录下通过望远镜观测的视觉效果，而且有更高的精度，便于确定流星、流星雨发生的时间、位置、亮度、速度、运动轨线长度等重要参量，并容易得到流星的光变曲线。尽管与照相摄影相比，视频记录系统对流星的定位精度还不够高，但由于它的极限星等高，可以比照相机拍摄到更暗的流星，其灵敏度可增强几十倍以上。它的缺点是价格昂贵。

视频记录系统主要由三部分组成：一个强光力的照相机镜头、一个像增强器和一部摄像机。

照相机镜头强光力是指尽可能要广角、视场大，以拍摄到更暗、更多的流星。对于广角视频系统，相机镜头的视场要求大于40°，极限星等在5～7等之间。对于一个标准的视频系统，视场要求在10°，极限星等在7～9等之间。如果把像增强器接在望远镜的后面，可以得到一个望远镜视频系统。在这种系统中视场小于10°，极限星等暗于9等。

像增强器是利用磁场聚焦或电场聚焦使暗弱的星增强光亮，要求增益大于1万，还须有一个直径大于20毫米的荧光屏，其噪音要尽可能小。

摄像机要选择灵敏度高的类型。现代生产的CCD摄像机是最优良的设备，但其价格昂贵；国产的CCD摄像机也可选用。如果能在图像上叠加上时钟的像，记录下时间，分析资料会更确切。

视频观测记录和资料处理。首先在视频磁带中找寻流星的记录，这虽很费时间但又是必须做的工作，可以用计算机专用的软件来完成。第二步是用计算机得到流星的图形及测量流星的亮度。此外，要计算出流星的方位和速度，并把计算结果存入资料盘。

三、照相和视频观测的目的与意义

1.流星活动曲线

摄像观测主要是测定流星体的活动并计算流星群的流量。广角摄像机和肉眼一样有较大的视场和一定的极限星等，可以记录大量的亮流星。从亮流星与较暗流星的比率我们可以推出流星群内不同大小粒子的混合比。而且因为与目视观测的相似性，广角摄像观测结果是用来校准1966年的目视观测数据的首选。

一般的摄像机和电视摄像机的视场较小，但能记录下较暗的流星，由此得到的数据可以将广角摄像系统获得的流星流量曲线拓展到产生暗流星的较小的流星体的范围内。这样我们就能发现流星雨是否在一定的星等截止或肉眼看不到的流星数目是否持续以指数增长。

最后，采用一组不同镜头的摄像系统可以在15个星等的亮度范围内研究流星活动——从-7等的火流星到最暗的7等的流星。建议同一地点的摄像观测者应合理安排观测以获得对不同大小粒子产生的流星体的资料及更多的流星信息。

如果没有摄像机，照相观测也可以为强流星雨活动的流星群流量的估算提供数据。遇到强流星雨，在活动高峰期应露光5分钟，高峰前或后应增加露光时间到10分钟或20分钟，整个观测过程中应用同一卷胶卷。

2.流星群轨道

观测流星雨另一个目的是通过流星雨的轨迹来测定流星群的轨道。为此最好采用照相观测，尽管摄像观测可以按星等大小顺序记录更多的流星，但精确度肯定比不上照相观测。这主要是因为照相底片上的感光物质的空间分辨率比图像增强器的荧光屏高10倍。观测强的流星群活动可以获得足够数目的流星照片，从而算出最佳的流星群轨道。

3.其他一些目的

通过摄像和照相观测，可以获得大量亮流星的资料，从而开展一些特定的研究。高分辨率的流星光谱非常少见，主要是捕捉足够亮的流星的机会极小。用高精度的光栅，探测器的极限星等要比流星成像时低3个星等。所以，要想得到流星光谱，在缺少强流星雨活动的时候，需要几小时（摄像观测）甚至几千小时（照相观测）地守在仪器旁边。即使在英仙座流星雨期间，平均最长露光时间也在几十分钟到几十小时之间。在高于一般流星雨好几个星等的流星暴期间，才有机会在一个观测夜里得到几条高质量的流星光谱，从而可能将单个流星体的光谱与大量的统计样本的差异作出评估。

摄像观测和照相观测的另外一个特别的目的是记录下久现流星余迹。流星雨主要是由来自于彗星的高速流星群引起的，这将会产生大量的久现流星余迹，有时会在几十分钟内可见。流星体的数目越大，记录下亮的久现流星余迹和其被高层大气扭曲的机会就越多。摄像机可以记录下流星余迹所有细微的变化，而通过长时间的露光，照相设备可以记录下目视和摄像观测已不可见时余迹的发展过程。如果你有一个光栅或棱镜，但没有摄像机，应该考虑将它们装在照相机上，在非常亮的火流星出现并留下一条持续几十秒的余迹时进行拍摄。流星余迹的光谱极其稀少。

在流星雨的观测中，摄像机和照相机或许可以给你带来终身难忘的纪念品（图6.3.2）。所以请珍惜每一次机会，使你能成为幸运者！

图6.3.2　　2001年狮子座流星雨