星系的照片是怎样拍摄到的?

除了银河系的照片之外,其他星系的照片都是由天文望远镜真实拍摄到的。由于我们处在银河系中,目前还没有能力去银河系外给整个银河系拍张照片。但河外星系远离银河系,我们在银河系中可以观测到河外星系的全貌。

不过,河外星系离我们实在太远了,导致我们很难用肉眼看到它们。虽然可观测宇宙中存在着多达上千亿个星系,但肉眼可见的河外星系也就只有四个,它们只有在非常好的观测条件下才能看到,并且看起来也只是一团暗淡的光斑。因此,想要拍摄到星系的更多细节以及那些肉眼看不见的星系,就必须对它们进行长时间的曝光。曝光时间越久,获得的细节越多,星系看起来也就更清晰。

为了得到一张较好的河外星系照片,连续曝光几十分钟甚至几个小时、几天都有。在业余天文爱好者的拍摄过程中,都是先用照相机连接天文望远镜对着星系曝光几分钟到十几分钟,然后多张照片叠加处理后得到最终的效果。

天文望远镜拍摄到的河外星系

本人使用单反+口径为150毫米的牛顿反射式天文望远镜拍过三角座星系(M33)、仙女座星系(M31)、波德星系(M81)和雪茄星系(M82)。下面以三角座星系为例,来简单说明一下星系照片是如何得到的。

首先,用天文望远镜找到三角座星系。这个星系位于300万光年之外,肉眼可见,但看起来只是非常暗弱的光斑。然后,开启电动跟踪,并且配合导星,始终让天文望远镜对准三角座星系,这样拍出的星点才不会出现拉线的现象。接下来,通过单反对三角座星系进行长曝光,并且拍摄数十张相同曝光时间的照片。下面这张照片是单张曝光3.5分钟的效果:

对这个星系前后总共拍摄了25相同曝光时间的照片,然后挑选出23张,用软件对它们进行叠加,得到如下的图片:

由于叠加出来的是16位照片,人眼无法适应这种线性图片,所以看起来几乎是黑色的。为此,需要用其他软件对这种线性图片进行拉伸,这就是所谓的DDP过程。做过DDP之后,图片就会适合人眼观看,所以很多细节就能呈现出来。最终处理出来的三角座星系图片如下所示:

三角座星系

由于对23张曝光3.5分钟的照片进行叠加,这相当于曝光了80.5分钟。图中可以看到三角星系的一些细节,例如,旋臂以及其中粉红色的恒星形成区域。

下面这张是位于254万光年外的仙女座星系,78张曝光0.75分钟的照片叠加,累计曝光时间58.5分钟:

仙女座星系

当时正值凸月,月球光害的影响非常显著,导致拍摄到的效果大打折扣,仙女座星系的很多细节无法体现出来。

下面这张是位于1200万光年外的雪茄星系(左)和波德星系(右),6张曝光5分钟的照片叠加,累计曝光时间30分钟:

雪茄星系(左)和波德星系(右)

​在实际拍摄过程中,由于照相机和天文望远镜的自身问题,除了对星系进行长曝光拍照之外,还要拍摄一些特殊的照片——暗场、偏置、平场和暗平场,这些都要采用对应的参数进行拍摄。在照片叠加时,需要把这些照片连同星系一起叠加,这样才能尽量消除仪器带来的噪音,从而提升星系的细节。

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