天文攝影中的中央遮擋：它真正讓你付出什麼代價

引言

如果你不是使用折射望遠鏡進行天文攝影，你很可能使用的是反射式設計，例如牛頓式、施密特-卡塞格林式或馬克蘇托夫-卡塞格林式。所有這些設計都有一個共同特徵：位於口徑上的副鏡會造成所謂的中央遮擋。

在典型的牛頓式望遠鏡中，副鏡支架和副鏡本身與主鏡大約成45度角，將影像反射回下方的相機。副鏡在主鏡上投射出陰影，這個陰影就是中央遮擋。它佔據了望遠鏡主要集光區域的一定直徑和表面面積。

普遍看法認為，中央遮擋只對目視天文觀測有影響，會造成對比度下降，而攝影者不應擔心。實際上，中央遮擋有三個主要影響，超越了對比度，在為深空攝影選擇反射式望遠鏡之前，值得了解這些影響。

什麼是中央遮擋？

中央遮擋是副鏡支架在反射望遠鏡主鏡上投射的陰影。直視望遠鏡，你可以看到後方的主鏡，以及佔據部分口徑的中央遮擋。

不同設計的遮擋大小差異很大。有些望遠鏡的中央遮擋非常大。例如，Sharpstar SCA 310的口徑為310 mm，中央遮擋直徑為184 mm。這個遮擋比許多小型牛頓望遠鏡的整個口徑還要大。另一款受歡迎的攝影望遠鏡RASA 8，口徑為203 mm，中央遮擋為93 mm。

中央遮擋的第一個影響是望遠鏡的最大理論解像度。確切影響難以用簡單公式量化，對道斯極限的影響也不完全清楚。實際上，對大多數天文攝影者來說，解像度的損失可能不足以令人擔憂，尤其是即使是一台普通的牛頓望遠鏡，在口徑上仍然勝過市面上大多數折射望遠鏡。

第二個影響是對窄頻濾鏡效能的影響，這更為顯著且更容易量化。第三個影響是集光效率，這影響望遠鏡的有效速度。

對窄頻濾鏡的影響

窄頻濾鏡對入射光線的角度非常敏感。當光線以恰好90度角到達濾鏡表面時，效能最佳，這意味著光線來自光學系統的中心。中央遮擋完全阻擋了這些中心光線，因此所有剩餘光線都以非垂直角度到達。

這對目標波長的透射率有可測量的影響。使用窄頻濾鏡計算器，你可以清楚看到影響。對於配備3 nm硫-II濾鏡、峰值透射率為90%的Sharpstar SCA 310，計算顯示，即使沒有中央遮擋，快速光學系統已經將整個口徑的總透射率降低至約75%。加上184 mm的中央遮擋，透射率立即下降近10%。

使用更寬的帶通濾鏡時，這種影響會小得多。使用7 nm濾鏡時，SCA 310帶有中央遮擋的透射率約為90%，基本上沒有問題。實際要點是，具有大中央遮擋的望遠鏡限制了你的窄頻濾鏡選擇。3 nm帶通濾鏡可能不適合這款望遠鏡，尤其是較低品質的濾鏡。

具有更好折射率和峰值透射率的高品質濾鏡表現要好得多。使用高級濾鏡時，有無中央遮擋的差異很小。重點仍然是中央遮擋限制了你的濾鏡選擇。

RASA 8顯示出更戲劇性的效果。使用7 nm濾鏡且沒有中央遮擋時，整個口徑的透射率僅為52%，因為光學系統非常快，光線以陡峭角度到達。加上93 mm的中央遮擋，透射率降至42%，損失了10%。

望遠鏡的實際速度

中央遮擋的第三個影響是集光效率。遮擋投射的陰影意味著主鏡的一部分從未被使用，減少了每秒每像素收集的光子數量。這意味著即使焦比非常快，大的中央遮擋也會降低望遠鏡的有效速度。

為了量化這一點，你可以將反射式望遠鏡的有效表面面積與等效折射望遠鏡口徑進行比較。對於Sharpstar SCA 310，主鏡直徑為310 mm，表面面積為π乘以155的平方。減去中央遮擋的表面面積（半徑為92 mm），剩餘的有效表面面積相當於直徑約250 mm的折射望遠鏡。

這意味著SCA 310，其紙面焦比為F3.8，在集光能力上相當於焦比為F4.7的折射望遠鏡。用攝影術語來說，這就是F制光圈和T制光圈之間的差異，其中T代表透射率，考慮了所有表面的光線損失。

加上約95%的實際鏡面反射率損失，T制光圈約為5.2。如果你再加上透射率為66%的低品質窄頻濾鏡，T制光圈增加到約7.9。即使沒有不合適的濾鏡，望遠鏡也不像紙面上看起來那麼快。

RASA 8表現較好。其203 mm口徑搭配93 mm中央遮擋，相當於口徑約180 mm的折射望遠鏡。那款假設的折射望遠鏡焦比為F2.2，而RASA 8的紙面焦比為F2。影響不如SCA 310那麼戲劇性，但仍然可測量。

這對你下一支望遠鏡的意義

在比較天文攝影望遠鏡時，如果望遠鏡有中央遮擋，僅憑焦比並不能可靠地指示速度。有效集光能力因遮擋而降低，實際速度最好用T制光圈來描述。

對於窄頻攝影，大的中央遮擋限制了你的濾鏡選擇。寬帶通濾鏡如7 nm更安全，而3 nm濾鏡可能讓你損失大量透射率，尤其是使用較低品質的濾鏡時。具有更好折射率的高級濾鏡可以緩解問題，但不能消除它。

中央遮擋不會出現在最終影像中，因為它失焦了。陰影擴散到整個感光元件，使影像稍微變暗，而不是顯示可見的暗形狀。這種微妙的亮度降低正是遮擋帶來的每秒每像素光子損失。

結論

中央遮擋不僅僅是目視觀測者的對比度問題。它影響窄頻濾鏡效能，降低有效集光能力，並改變望遠鏡的實際速度。了解這些影響有助於你為攝影目標選擇合適的望遠鏡和濾鏡。

對於Sharpstar SCA 310，巨大的184 mm中央遮擋意味著在集光能力上，這款望遠鏡實際上相當於250 mm折射望遠鏡，在考慮濾鏡之前T制光圈約為5.2。RASA 8更接近其紙面速度，相當於F2.2的180 mm折射望遠鏡。

如果你計劃拍攝窄頻，請密切注意中央遮擋的大小並相應選擇濾鏡。如果你想要最快的系統，沒有中央遮擋的折射望遠鏡在透射效率上總是具有優勢。