標題: [其他類別] 金星凌日──金星大氣與黑滴現象討論
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發表於 2012-12-11 19:52 
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本文經刊載於《台北星空》雜誌2012年冬季號

人生難得一見的金星凌日已經過去半年,因為自己沒有機會看下一次了,因此筆者用了大概一個月時間把當日拍攝超過180GB的視頻全部重新處理了一次,並重新整理文字,所有照片都比之前有了改善。這種拍攝日子人生沒有幾回,值得花點時間。

金星凌日──金星大氣與黑滴現象討論      劉佳能

筆者在2004年便拍攝過一輯金星凌日照片,當時只是採用一枝3吋折射鏡加數位相機拍攝整個太陽,記錄下凌日的過程,而且香港地理位置所限,直至日落金星凌日還未完結,整體拍攝效果只是一般,當時便想到8年之後要採用大口徑望遠鏡拍攝高解像的金星凌日照片。

事前的籌備工作
2012年的金星凌日發生於香港時間早上6時零8分,結束於午間12時43分,開始時太陽仰角只有5度,考慮到個人不可能攜帶大量儀器外出拍攝,筆者放棄了拍攝金星凌日的全部過程,改為選擇在家中前院拍攝凌日的特寫照片以及金星離開日面的過程。
主力拍攝的望遠鏡是Celestron的C14,輔助拍攝的是C8,濾光片採用Baader濾膜。由於太陽的仰角由大約5度上升至85度,光度差異極大,因此我採用珍珠板分別為C14和C8製作了密度為3.8及5.0的Baader濾膜備用,僅是製作這4塊濾膜已經用了兩天時間。
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拍攝計劃
2004年的金星凌日發生於太陽活動低潮附近,日面差不多沒有黑子,2012年的太陽活躍得多,因此本次金星凌日我的首要目標是捕捉金星經過太陽黑子的畫面,第二目標是拍攝金星離開日面時暗弱的金星大氣層,第三個目標是檢視金星再次接觸太陽邊緣時有否出現黑滴現象。主要採用C14加Imaging Source DMK 41以全口徑拍攝太陽,並採用C8加數位單反拍攝凌日過程。計劃於太陽仰角較低的時候採用密度為3.8的攝影用濾膜,隨後改用密度為5.0的目視用濾膜。大部分視頻拍攝長度以30秒為限。

拍攝過程
當日天氣欠佳,原本可以在凌日進入第二小時開始拍攝,但雲量太多,遲至8時18分才能拍下第一段視頻,而且因為透明度太低,即使C14加上減焦鏡後亮度大為提高,仍需要採用密度為3.8的濾膜拍攝。以下照片採用C14加F6.3減焦鏡拍攝,勉強能夠拍攝到金星和太陽黑子在同一視場。
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採用C14以全口徑拍攝太陽是筆者的首次嘗試。以這套組合夜間拍攝行星月球,一般都可以採用F20以上,但日間拍攝太陽,氣流擾動異常厲害,即使以直接焦點拍攝,焦比只是F11,對焦難度都很大,可是當大氣比較穩定時,要拍攝日面的米粒組織還是比較輕鬆。
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以小口徑望遠鏡拍攝太陽的米粒組織,人們往往會質疑所謂的米粒組織並不真實,只是過分圖像處理下的人造物體,這裡特別附上當日其中一段AVI短片內最清晰的單幀照片作比較,讓人們知道沒有疊加、沒有經過圖像處理的單幀照片是怎個模樣。採用直接焦點拍攝,沒有圖像處理,米粒組織還是可以辨認。
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因為機會難逢,正確說根本沒有機會再來一次了,在金星凌日那數小時內,我不斷嘗試不同的拍攝組合,以下這個是採用C14加無牌子2X巴羅鏡F24拍攝正在凌日的金星。圖像處理時採用人手挑選用作疊合的單幀,只疊合了4幀,在千挑細選下才有這比較好的效果,有了這次經驗我相信日間的視寧度很難採用這個焦比拍攝太陽。
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雖然明知不可行,但我還是嘗試以C14加Televue 2.5X巴羅鏡以F31.5拍攝了凌日的金星,成果僅可作為參照用途。
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有關金星大氣層
要拍攝極其微弱的金星大氣及監視那可能出現的黑滴現象,關鍵都在整個拍攝過程最後約30分鐘,偏偏當日大氣擾動最厲害就是金星凌日結束前約1小時。下圖是分別拍攝於12時33分和12時31分的金星,左圖拍攝時刻意提高了亮度,右圖使用了超重手的圖像處理,突出金星大氣微弱的亮弧,可惜拍攝效果欠佳,金星大氣並不明顯。
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金星大氣層有多厚?
筆者的金星凌日照片在6月發表後,有天文同好提出疑問,說以下這照片金星邊緣位置的米粒組織好像被金星的大氣「放大」了。金星只比地球略小一些,大氣卻比地球濃密很多,大氣壓是地球的90倍。地球的大氣層只是薄薄的一層藍色,金星的大氣層又有多厚?我們能否從凌日中的金星辨認出這層空氣?為了了解一下,我以當日拍攝的照片做了一些比對。
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由於當日主要採用C14直接焦點拍攝過程,並加上減焦鏡拍攝金星經過太陽黑子,筆者找不到時間間距適合而且有足夠清晰度的照片跟這張比對。以下第一張照片採用黑子對齊,套入另外兩張照片的金星,使三個金星並排一起,每個相距22分鐘,你能夠辨認出哪個是原來的金星嗎?答案是最右的一個。
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以下這張採用米粒組織對齊,左面是原來的金星,右面是加入的金星。從這兩張照片觀察,我看不出金星邊緣有甚麼異樣,相信那照片顯示的只是一種光影錯覺。
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黑滴現象在哪裡?
以下是本次金星凌日最後半小時的連環圖,採用C14直接焦點,所有視頻拍攝長度只有30秒,為了減少金星在日面的位移,更全部人手選取最清晰的20秒才疊加。為了捕捉金星大氣,有部分刻意提高了亮度。
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為了探討金星凌日著名的黑滴現象是否存在,當日我特別使用24吋顯示器拍攝,全程監視著日面,過後亦多次逐格檢視關鍵時刻所拍攝的視頻。撇除所有因大氣不穩定做成的模糊影像,不論目視或者視頻裡面我都找不到任何黑滴現象的蹤跡。個人相信,多數人指稱的黑滴現像,成因是小口徑望遠鏡因為解像力不足所做成的錯覺。
下圖是6月6日12時30至31分的視頻截圖,沒有任何黑滴現象。
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除了因為望遠鏡的解像力不足外,我相信部分黑滴現象成因是基於圖像處理不當。以下照片分別拍攝於6月6日12時30分和31分,最上層是原圖,下面兩層採用Photoshop的levels調光了,像黑滴嗎?基於這種處理手法不當產生的黑滴現象,金星會由圓形變了橢圓形,拍攝者需要避免做圖像處理時下手太重。
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因為C14使用全口徑拍攝,DMK攝影機長期受到太陽的高熱照射,雜訊大得非常可怕,效果極差,幸好後來找到幾片孩子的退熱貼,以兩片退熱貼包裹著DMK攝影機,還要每隔半小時更換一次才能完成所有拍攝工作。由凌晨4時開始架起所有儀器,到拍攝完畢已經是下午1時了,過程很刺激、很危險、很累,亦留下了破紀錄的180GB的視頻,我想自己大概沒有機會為下次的金星凌日再辛苦一趟了,再辛苦也是值得的。
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