​天文摄影之地内行星：金星

天文摄影之地内行星：金星

大刘的《朝闻道》中，某个原始人仰望星空的时间超过了阈值，便触发了排险者安装的报警系统。面对人类的不解，排险者解释道：“当生命意识到宇宙奥秘的存在时，距它最终解开这个奥秘就只有一步之遥了。”对未知的探索似乎是人类的一种天性，而人类文明也在不断地探索中进步。大刘在小说中之所以选择仰望星空的时间作为预警标准，或许就是因为星空的遥不可及和无穷魅力吧。

早在2020年1月份时，就有了拍摄金星的打算，奈何当时的观测条件并不完美：从地球上看，金星与太阳在天球上的距离太过接近，太阳刚落山，金星就已经运行到地平线附近了。这种情况下，受太阳余晖、地平线附近大气层厚度以及大气污染的影响，当时并不是金星拍摄的理想时间。考虑到2020年3月25日就是金星的东大距，便决定等到东大距前后时再拍摄。令人措手不及的是，疫情来势汹汹，休假时被困在山西老家两个多月，再次回到湖北的工作岗位，已经是3月底了。又赶上多日的阴雨天，第一次正式拍摄金星竟已经推到了2020年4月7日。

天还未全黑，已经来到了阳台，除了安装调试，另一个重要原因就是做热平衡

水冷塔上的金星，其他星星还看不到，金星已经很亮了

地内行星金星的前世今生

众所周知，金星被称为地球的“姊妹星”或“孪生兄弟”，但小伙伴们知道这是为什么吗？原因很简单，二者实在是太像了：金星的半径只比地球小大约300千米，对比地球6400千米的半径，不仔细看根本发觉不了。金星的体积是地球的0.88倍，质量是地球的0.8倍，至少在太阳系内看来，两颗不同的行星具有如此微小的差异是罕见的。由于这些便于观测到和计算出的相似性，早期的人们一度认为金星的表面与地球类似，甚至存在生命！不过随着人类对行星和生命的认识程度不断加深，这一说法受到了严重的冲击，但并未完全消失——金星的表面有着极其浓密的大气层，既阻止了人类的窥探，也为人类保留了一份幻想。直到行星探测器的出现，才彻底终结了人类“金星表面存在生命”的美梦。

可以看出，金星和地球极其相似

事实上早在1956年，天文学家们就通过对金星微波辐射的研究，得出了“金星表面比预想的要热得多”的结论，并在1962年通过雷达波测定了金星的自转方向和周期。雷达波探测发现金星的自转周期实在是太长了，甚至比公转周期还要长！最奇怪的是，金星的自转方向与公转方向相反。这种奇怪的运行方式最直接的影响就是：金星的一天长达116.75个地球日！这几乎给金星表面存在生命的说法判了死刑——如果地球是这种运行状态，那么白天的时候，大地会被烤焦，夜晚的时候，大地会被冰封，还可能存在全球范围内永不停止的大风暴，根本不可能有生命存活。1962年12月14日，水手二号掠过金星，探测到金星表面极高的温度，彻底终结了人类的幻想。

中国古人眼中的金星

关于金星，还有一件十分有意思的事情：由于金星的公转轨道在地球公转轨道内部，所以在地球上看，金星始终在太阳的两端运动，从东到西，再从西到东，不会距离太阳太过遥远。事实上，太阳-地球-金星的最大夹角不超过48.5°，而金星运行到过地球和太阳的直线附近时，又被太阳的强光影响而无法观测。（当角度适宜时，地球上可以看到金星从太阳表面通过，这一现象被称为“金星凌日”，极其罕见）所以金星只会出现在清晨的东方和下午的西方，深夜是无法看到金星的。很久以前，古人或许认为它们是不同的两颗星，因此给清晨出现的那颗星起名为“启明星”，下午出现的那颗星起名为“长庚星”。很明显，这是一种错误的观点，但可以肯定的是，最迟到了宋朝，古人已经知道这两颗星星实际上是同一颗星了。苏轼的《夜泛西湖五绝》中，一句“东方芒角升长庚”就足以说明一切问题了。

地内行星金星的拍摄过程

2020年4月7日，风和日丽。当天下午的天气状况比较理想，于是我便查询了当日的视宁度。查询结果是：天黑之后视宁度能够达到5。虽然在某些天文观测条件比较好的地方，视宁度为5很常见，但在我所处的位置——湖北麻城，视宁度为5时已经值得把自己很重的设备搬出去一趟了。2019年的夏天，我碰到了一次视宁度达到了6的极品天气。那天，我拍摄出了自认为最好的两张行星作品——土星环和木星云带。从那以后我再也没有碰到过视宁度达到6的天气了。所以，看到今天的视宁情况，我毅然决定：趁金星东大距刚过不久，出去拍摄金星！

自认为最好的一张作品——土星环，当然和大佬还有差距

这张木星的细节也很丰富

拍摄用的望远镜是一台9.25英寸口径、焦比为f10的施卡，配一台带goto功能的赤道仪。拍摄设备是一个1/3英寸画幅、231万有效像素的彩色行星摄像头。（相信部分读者已经猜到是什么设备了）这个组合对于业余天文爱好者拍摄行星和月球来说足够用了。

拍摄设备

施卡的特点就是焦比大、焦距长，因此拍摄深空目标时就显得力不从心了。但对于行星这种高亮度、低视直径目标的拍摄却有天然的优势。而天文拍摄中行星拍摄又是比较简单的一类。为了从简单到复杂逐步学习，我选择了施卡作为主镜。而行星的拍摄对赤道仪极轴准确度的要求并没有深空的高，所以只需要粗对极轴就可以很好地完成跟踪和拍摄。此外，施卡有一个小毛病——需要花费较长的时间来适应周围环境的温度，以达到热平衡状态，否则望远镜的成像状态将大打折扣。正因为如此，我在太阳还没有完全落下时就已经上了天台，等天色微暗时我已经调好望远镜的重量平衡、找到北极星并对好了极轴，而热平衡也在这些操作中自然而然地完成了。三星校准后，我终于把望远镜对准了金星。

换上行星摄像头调好焦距后，金星出现在了电脑屏幕上，呈现出一个清晰的半圆形。虽然图像仍有一定的抖动，但是还可以接受。特别有意思的是，虽然金星东大距才过去十几天，但是由于金星的公转速度比地球略快，与地球的距离也越来越近，看到的暗面也越来越大，因此已经可以看出金星的亮面不足一半了，金星已经成为一个不太明显的“月牙”了。这种运行模式很容易理解，某种程度上，金星的月牙形构造与月球阴晴圆缺的原理是一样的。

和拍摄深空天体需要长时间曝光不同，行星的拍摄需要的是“短曝多叠”，即所谓的“单张时间短，多张照片叠加”。因此，业余天文爱好者们拍摄行星最多的方法就是：拍摄一段视频，通过软件直接提取出视频帧进行选择和叠加。天文大佬们拍摄行星时动辄需要几万帧素材，因此对电脑就有了较高的要求。普通笔记本很难胜任，需要加装固态才能充分发挥出摄像头的威力。

金星实在是太亮了。由于浓密大气的反射能力比岩石要强得多，所以同样的距离和反射面积下，金星要比月球亮的多，而金星与太阳相对较近的距离也加剧了这一效应。最直接的影响就是：曝光和增益需要调到很低很低。如图所示，拍摄金星时，我将曝光时间设置为2毫秒，增益为2。这是什么概念呢？拍摄月球和其他行星时，这两个参数一般都是两位数！这么低的参数，金星才堪堪不会过曝。将分辨率调低至640×480以增加帧率，便正式开始了拍摄。

拍摄页面

视频拍摄了大约有3000多帧，然后通过天文入门叠加软件——AS，选取了其中的50%进行叠加，最终得到了成果图如下。

叠加之后图片清晰了很多

可能有小伙伴会问了，这不就是个小月牙吗？并没有什么特殊的啊。不错，事实上如果不加装特殊的滤镜，金星只能拍出这种效果。我们平时通过各种资讯看到有关金星的图片，其实都经过了后期处理，或者大型望远镜乃至行星探测器直接拍得。在可见光波段拍摄金星基本看不到细节。不过，金星高层大气有一些紫外波段的细节，所以业余天文爱好者可以通过给望远镜加装U-V滤镜的方式来获取这部分细节。很可惜，我暂时还没有入手这款滤镜，所以只能“望镜兴叹”了。

不同时间金星的变化

为了更直观地给大家呈现出金星的运动和相位的变化，2020年4月28日，我又一次拍摄了金星。果不其然，金星的变化十分明显。

第二次拍摄的金星，可以看出暗面更大了

和4月7日的照片相比，这次的金星可以看到的部分更少了。上次还可以看到接近二分之一，这次只能看到一个月牙形了。如果仔细对比同一分辨率下的两张图片，还能感觉到金星的视直径变大了一些。事实上最近这段时间，金星与地球的距离越来越近，所以视直径自然就增大了。这种有趣的对比更突显出了行星摄影的魅力，也是很多天文爱好者追求的目标。如果将长年累月的观测拍摄记录积累下来并做好整理，甚至能够成为一份很有科学价值的研究资料。

后记

每次拍摄结束，我最喜欢做的事情就是坐在电脑桌前，把刚出炉的照片放大到整个屏幕，静静地看着照片，想象着太阳、目标行星和地球之间的相对位置。看着那些阴影和细节，想象着天体大小和距离的真实比例，默默地感受着太阳系的宏大和宇宙的浩渺，想象着绝大多数人可能终其一生都没有真正感受过这种直面真实宇宙、体会个人渺小的感觉，内心竟莫名地会有一些无法名状，说不上好坏的情感。

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