天文攝影中的中央遮蔽：它真正讓你付出什麼代價

引言

如果你不是使用折射式望遠鏡進行天文攝影，那麼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點：位於光圈上的副鏡會產生所謂的中央遮蔽。

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。那個副鏡在主鏡上投射出陰影，而這個陰影就是中央遮蔽。它佔據了望遠鏡主要集光區域的一定直徑和表面積。

普遍的觀點是，中央遮蔽只對目視天文觀測有影響，會造成對比度損失，而攝影者不應擔心它。實際上，中央遮蔽有三個主要影響，超越了對比度，在您投入反射式望遠鏡進行深空攝影之前，值得了解這些影響。

什麼是中央遮蔽？

中央遮蔽是副鏡支架在反射式望遠鏡主鏡上投射的陰影。直視望遠鏡時，您可以看到後方的主鏡，以及佔據部分光圈的中央遮蔽。

該遮蔽的大小在不同設計之間差異很大。有些望遠鏡具有非常大的中央遮蔽。例如，Sharpstar SCA 310 的光圈為 310 mm，中央遮蔽直徑為 184 mm。這個遮蔽比許多小型牛頓式望遠鏡的整個光圈還要大。另一款受歡迎的攝影望遠鏡 RASA 8 具有 203 mm 的光圈和 93 mm 的中央遮蔽。

中央遮蔽的第一個影響是對望遠鏡最大理論解析度的影響。確切的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，對於大多數天文攝影師來說，解析度的損失可能不足以擔心，尤其是即使是一台中等的牛頓式望遠鏡，在光圈方面仍然勝過市面上大多數折射式望遠鏡。

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。第三個影響是對集光效率的影響，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。當光線恰好以90度角到達濾鏡表面時，它們表現最佳，這意味著光線來自光學系統的中心。中央遮蔽完全阻擋了這些中心光線，因此所有剩餘的光線都以非直角到達。

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，您可以清楚地看到影響。對於配備 3 nm 硫-2 濾鏡且峰值透射率為 90% 的 Sharpstar SCA 310，計算顯示即使沒有中央遮蔽，快速光學系統已經將整個光圈的總透射率降低到約 75%。加上 184 mm 的中央遮蔽，透射率立即下降近 10%。

這種效應在帶通較寬的濾鏡上不太明顯。使用 7 nm 濾鏡時，具有中央遮蔽的 SCA 310 的透射率約為 90%，基本上沒有問題。實際的結論是，具有大中央遮蔽的望遠鏡限制了您對窄頻濾鏡的選擇。3 nm 帶通濾鏡可能不適合這款望遠鏡，尤其是品質較低的濾鏡。

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，有無中央遮蔽之間的差異很小。重點仍然是中央遮蔽限制了您的濾鏡選擇。

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

望遠鏡的實際速度

中央遮蔽的第三個影響是對集光效率的影響。遮蔽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，大的中央遮蔽也會降低望遠鏡的有效速度。

為了量化這一點，您可以將反射式望遠鏡的有效表面積與等效的折射式望遠鏡光圈進行比較。對於 Sharpstar SCA 310，主鏡直徑為 310 mm，表面積為 pi 乘以 155 的平方。減去中央遮蔽的表面積（半徑為 92 mm），剩餘的有效表面積相當於直徑約 250 mm 的折射式望遠鏡。

這意味著 SCA 310 的紙面焦比為 F3.8，但在集光能力上相當於焦比為 F4.7 的折射式望遠鏡。用攝影術語來說，這就是 F-stop 和 T-stop 之間的差異，其中 T 代表透射率，並考慮了所有表面的光損失。

加上約 95% 的實際鏡面反射率損失，T-stop 約為 5.2。如果您再加上一個透射率為 66% 的低品質窄頻濾鏡，T-stop 增加到約 7.9。即使沒有不合適的濾鏡，望遠鏡的速度也不如紙面上看起來那麼快。

RASA 8 表現較好。其 203 mm 光圈搭配 93 mm 中央遮蔽，相當於光圈約 180 mm 的折射式望遠鏡。那個假想的折射式望遠鏡的焦比為 F2.2，而 RASA 8 的紙面焦比為 F2。影響不如 SCA 310 那麼劇烈，但仍然可以測量。

這對你的下一台望遠鏡意味著什麼

在比較用於天文攝影的望遠鏡時，如果望遠鏡有中央遮蔽，僅靠焦比並不是速度的可靠指標。有效集光能力會因遮蔽而降低，實際速度最好用 T-stop 來描述。

對於窄頻攝影，大的中央遮蔽限制了您的濾鏡選擇。7 nm 等寬帶通濾鏡更安全，而 3 nm 濾鏡可能會讓您損失大量透射率，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，但無法消除。

中央遮蔽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，而不是顯示出可見的暗形狀。這種微妙的亮度降低正是遮蔽帶來的每秒每像素光子損失。

結論

中央遮蔽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您為您的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 中央遮蔽意味著在集光方面，這台望遠鏡實際上相當於一台 250 mm 的折射式望遠鏡，在考慮濾鏡之前 T-stop 約為 5.2。RASA 8 更接近其紙面速度，相當於 F2.2 的 180 mm 折射式望遠鏡。

如果您計劃拍攝窄頻影像，請密切注意中央遮蔽的大小並相應選擇濾鏡。如果您想要最快的系統，沒有中央遮蔽的折射式望遠鏡在透射效率上總是具有優勢。