天文摄影中的中央遮挡：它真正让你损失多少

引言

如果你不是使用折射望远镜进行天文摄影，那么你很可能使用的是基于反射镜的设计，例如牛顿式、施密特-卡塞格林式或马克苏托夫-卡塞格林式。所有这些设计都有一个共同特点：一个位于孔径上的副镜，形成了所谓的中央遮挡。

在典型的牛顿式望远镜中，副镜支架和副镜本身与主镜大约成45度角，将图像反射回下方的相机。这个副镜在主镜上投下阴影，这个阴影就是中央遮挡。它占据了望远镜主要集光区域的一定直径和表面积。

普遍的观点是，中央遮挡只对目视天文有影响，会导致对比度下降，而拍摄者不必担心。实际上，中央遮挡有三个主要影响，超出了对比度范畴，在您决定使用反射式望远镜进行深空拍摄之前，值得了解这些影响。

什么是中央遮挡？

中央遮挡是副镜支架在反射望远镜主镜上投下的阴影。直视望远镜内部，您可以看到后面的主镜，以及占据部分孔径的中央遮挡。

不同设计之间，遮挡的尺寸差异很大。有些望远镜的中央遮挡非常大。例如，Sharpstar SCA 310的孔径为310 mm，中央遮挡直径为184 mm。这个遮挡比许多小型牛顿式望远镜的整个孔径还要大。另一款流行的拍摄望远镜RASA 8，孔径为203 mm，中央遮挡为93 mm。

中央遮挡的第一个影响是望远镜的最大理论分辨率。确切的影响很难用简单的公式量化，对道斯极限的影响也不完全清楚。实际上，对于大多数天文摄影师来说，分辨率损失可能不值得担心，尤其是即使是一台普通的牛顿式望远镜，在孔径方面仍然胜过市面上的大多数折射望远镜。

第二个影响是对窄带滤镜性能的影响，这更显著且更容易量化。第三个影响是集光效率，这会影响望远镜的有效速度。

对窄带滤镜的影响

窄带滤镜对入射光线的角度非常敏感。当光线以恰好90度角到达滤镜表面时，性能最佳，这意味着光线来自光学系统的中心。中央遮挡完全阻挡了这些中心光线，因此所有剩余光线都以非垂直角度到达。

这对目标波长的透射率有可测量的影响。使用窄带滤镜计算器，您可以清楚地看到影响。对于配备3 nm硫-2滤镜、峰值透射率为90%的Sharpstar SCA 310，计算显示，即使没有中央遮挡，快速光学系统已经将整个孔径的总透射率降低到约75%。加上184 mm的中央遮挡，透射率立即下降近10%。

使用更宽的带通滤镜时，这种影响要小得多。使用7 nm滤镜时，带有中央遮挡的SCA 310透射率约为90%，基本上没有问题。实际要点是，具有大中央遮挡的望远镜限制了您对窄带滤镜的选择。3 nm带通滤镜可能不适合这款望远镜，尤其是质量较低的滤镜。

具有更好折射率和峰值透射率的高质量滤镜表现要好得多。使用优质滤镜，有中央遮挡和没有中央遮挡之间的差异很小。但重点仍然是，中央遮挡限制了您的滤镜选择。

RASA 8显示出更显著的效果。使用7 nm滤镜且没有中央遮挡时，整个孔径的透射率仅为52%，因为光学系统非常快，光线以陡峭的角度到达。加上93 mm的中央遮挡，透射率降至42%，损失了10%。

望远镜的真实速度

中央遮挡的第三个影响是集光效率。遮挡投下的阴影意味着主镜的一部分从未被使用，减少了每秒每像素收集的光子数量。这意味着，即使焦比非常快，大的中央遮挡也会降低望远镜的有效速度。

为了量化这一点，您可以将反射式望远镜的有效表面积与等效的折射望远镜孔径进行比较。对于Sharpstar SCA 310，主镜直径为310 mm，表面积为π乘以155的平方。减去中央遮挡的表面积（半径为92 mm），剩余的有效表面积相当于直径约250 mm的折射望远镜。

这意味着SCA 310，其纸面焦比为F3.8，在集光能力上相当于焦比为F4.7的折射望远镜。用摄影术语来说，这是F制光圈和T制光圈之间的区别，其中T代表透射率，考虑了所有表面的光损失。

加上约95%的实际镜面反射率损失，T制光圈约为5.2。如果您再加上一个透射率为66%的低质量窄带滤镜，T制光圈增加到约7.9。即使没有不合适的滤镜，这款望远镜也不像纸面上看起来那么快。

RASA 8表现更好。其203 mm孔径搭配93 mm中央遮挡，相当于孔径约180 mm的折射望远镜。那个假设的折射望远镜焦比应为F2.2，而RASA 8纸面为F2。影响不如SCA 310那么显著，但仍然可测量。

这对你的下一台望远镜意味着什么

在比较用于天文摄影的望远镜时，如果望远镜有中央遮挡，仅凭焦比并不能可靠地指示速度。有效集光能力被遮挡降低，真实速度最好用T制光圈来描述。

对于窄带拍摄，大的中央遮挡限制了您的滤镜选择。7 nm等宽带通滤镜更安全，而3 nm滤镜可能会让您损失大量透射率，尤其是使用较低质量的滤镜时。具有更好折射率的优质滤镜可以缓解问题，但不能消除问题。

中央遮挡不会出现在最终图像中，因为它不在焦点上。阴影扩散到整个传感器，使图像略微变暗，而不是显示可见的暗形状。这种微妙的亮度降低正是遮挡带来的每秒每像素光子损失。

结论

中央遮挡不仅仅是目视观测者的对比度问题。它影响窄带滤镜性能，降低有效集光能力，并改变望远镜的真实速度。了解这些影响有助于您为拍摄目标选择合适的望远镜和滤镜。

对于Sharpstar SCA 310，巨大的184 mm中央遮挡意味着在集光方面，这款望远镜实际上相当于一台250 mm折射望远镜，在考虑滤镜之前，T制光圈约为5.2。RASA 8更接近其纸面速度，相当于F2.2的180 mm折射望远镜。

如果您计划拍摄窄带，请密切关注中央遮挡的大小，并相应选择滤镜。如果您想要尽可能快的系统，没有中央遮挡的折射望远镜在透射效率上总是具有优势。