小望远镜中的火星观测

曹军

随着火星的远去，2003年的火星大冲观测也圆满落幕。回首这4个月来的观测经历，总的结果令人满意，感觉收获还是很多的。在此就几个方面写一写，也算是一份总结。

知识准备

从去年下半年起同好会就开始酝酿火星大冲的观测，但当时因为大家都没有正规观测过火星，因此对于以我们现有的器材到底能够看到什么，拍到什么心里是没有底的。

就自己而言，十几年前火星大冲时曾经到北京天文馆，大家排队依次用120望远镜观看，因为人很多，每人只有十几秒钟的时间。当时的印象就是很小的视面，明显可见极冠，但火星上的条纹很不显著，总之没有留下很深的印象。后来的几年中，我也曾分别用5厘米和8厘米的望远镜试着观看过，隐约可见条纹，但细节很少，让人提不起兴趣。就火星的拍照来说，我们都没有尝试过，不过从木星的拍摄来看，拍摄火星的难度是不小的。

从去年下半年开始，厦门的陈栋华老师和同好会一起商量编一套较系统的火星观测手册，陈老师找来了很多资料，大家分头翻译、编写。这本手册的资料是比较全面的，涵盖了火星业余观测的绝大部分内容。编译的过程也是自己学习和理解的过程，当这本手册最终制作完成时，对于很多火星观测的知识、火星表面的特征都有了明确的了解，观测的兴趣也随之增长。

如何进行更加量化的观测是另一个兴趣点。为此，仔细研究了火星物理观测参数的计算方法，并在自编的赤道仪控制程序中增加了火星参数计算的辅助工具模块，以便尽可能地依靠自己的力量进行数据处理。

这些学习和研究的过程不仅增加了自己的理论知识，而且增加了整个观测的乐趣。

观测器材

为了较好地观测火星，在考虑了将来外出的观测目标后，在3月底订购了一架FS78折射镜。因为今年全球火星热，厂家镜片缺货，迟至5月下旬才拿到，也错过了水星凌日的时机。由于是短焦比望远镜，又请小高加工了接圈，来连接增倍镜和相机，因此到6月初才具备观测能力。

从总的来看，这架望远镜的表现还是不错的。但如果从火星观测的角度来说，觉得FS102的性价比会更好。当时考虑到FS102比FS78重一倍，将来外出携带比较累；而且FS102更长，在阳台上不易摆弄，最终选择了FS78，现在看可能有些保守。

在FS78上使用TELEVUE的4.8毫米目镜放大130倍观测火星，在视直径13.6角秒时可见极冠、大流沙等，但因已经处在眼力的极限而感觉比较疲劳；同时短焦目镜后接照相机做放大摄影时的匹配非常困难，因此无论目视还是摄影，在光路中都增加了增倍镜。

增倍镜是日产尼康卡口的2倍镜，光学质量中等偏上。以前用来拍摄月亮时曾发现不如寇文的一只MD口的增倍镜。为了接在光路中，在照相器材店买到了一套近摄接圈，将卡口转成了螺纹口，这是一个方便省事的办法。加上后面的延长接圈和转角棱镜，这只增倍镜的等效放大倍数为6倍。这时使用12.5毫米的目镜，总倍数300，因为出瞳距离比高倍目镜远，目视观测时舒服许多。

加入增倍镜后，在整个调焦延长筒上有前后2个卡口，其连接不像螺纹那样严密，在末端又有一个相机，故感觉光轴有时不正，表现在火星观测和放大照片有时可见色差，但尚在可接受范围内。

照相和目视观测均使用LE12.5毫米目镜。在加上增倍镜后使用NAGALAR4.8时像质劣化较为明显，未曾使用。后又定购LE30目镜一只，想拍摄大冲前后的几次合月，但安装时发现它的镜身较长，995上的套筒无法使用，最后改为原来的凤凰30mm目镜。

赤道仪先是用几年前买的天极的，忽快忽慢精度很差。而且比较单薄，带FS78有些吃力。连续拍照时要经常调整电机跟踪速度，很不方便。后改用小高制作的赤道仪，载重和精度都没什么问题。只是步进电机抖动还是有些明显，这也可能与三脚架直接置于水泥地面减震较差有关，将来需要改进驱动。

这架赤道仪只是过渡样机，有些地方的设计还比较简单粗略，但因为包括驱动控制在内全部是自己制作，对可能出现的问题非常熟悉，因此操作起来很顺手。其实任何器材都需要了解才能发挥作用。

拍照使用995和以前加工的目镜摄影套筒。赤道仪的控制与相机的控制都在同一个控制器手柄上，只需要按一个键就可以切换，非常方便。实践证明其表现还是非常可靠的。

观测过程

进入6月以来，火星视直径增加到了13角秒。在6月6日晨迎来了第一个晴天，正式开始观测。从那时起直到8月底火星大冲，将火星的完整的视面观测了一遍。火星的视直径越来越大，表面的细节越来越清楚，这种渐入佳境的过程使得观测兴趣步步提高。这期间都是在午夜或凌晨观测，比较辛苦，但收获很大。总的感觉是火星的亮度、高度比原来想象的要好，火星的观测也不像原来预料的那样难。

火星冲后直到10月下旬，晴天数增多，但是因为每晚的观测时间逐渐提前到前半夜，大气的稳定度较差，对观测带来很大影响，总的结果不佳。反过来更觉得在前半程即开始观测的幸运。

目视观测

目视描图是标准的行星观测方法之一。以前从未做过素描训练，也确信自己的技巧不可能在几个月内突飞猛进，因此只是想通过描画将主要的特征大致记录下来，与口述的记录相对照。

在观测时要保证没有先入为主的印象是比较困难的，尤其是在观测一段时间熟悉了火星表面的主要特征以后。为此，在画图后会对着录音机把看到的景象描述一番，通过这个过程强迫自己一一确认观察到的东西。 做火星的目视观测眼睛的适应很重要。由于火星表面的反差很小，通常在第一个分钟里除了相位、极冠和大流沙等十分显著的特征外，其余的细节是感觉不到的。而在接下来的时间中，随着眼睛（其实还有大脑）对所观察目标的适应，就会逐渐发现更多的特征，比如一些暗弱的条纹，模糊的亮斑，条纹边缘的不规则，条纹之间的亮带等。

视宁度对火星观测的影响是比较大的。当大气抖动比较厉害时，在望远镜中看到的火星像在不断地跳动，甚至像沸腾的水一样不断变幻，此时几乎无法观测；在大气较不稳定时火星的视面还是比较清楚的，但可以看到有一"波纹"在沿着边缘滚动，这时仍能够观察到细节；大气很稳定时火星像一动不动的，视面上的反差似乎也提高了。大气的视宁度与透明度似乎是成反比的：万里无云的时候视宁度很难达到最佳，而天空中略带薄雾时星像通常很稳定。同时在一个夜晚中视宁度也是不断变化的。

在前期观测中试用了手头的20毫米照相镜头的橙黄色滤镜，放在目镜后面，感觉条纹反差有明显提高。也用过蓝色的雷登80，但不多。后来订购了一套智通的滤镜，可以装在目镜前。这些滤镜大多颜色较深，小望远镜中图像暗淡。因此主要使用的是橙色的，光学质量一般。

在观测的前两个月中除了FS78外，也用8厘米折射镜，12厘米折射镜，17厘米折射镜，20厘米折反镜观测过。FS78可以看到所有主要的条纹，但不能揭示真正的特征，例如奥林匹斯山的亮斑、子午线湾的叉丫、AUROREA SINUS的梳状边界等都无法看到。但使用其他大口径的望远镜也并未看到更多的细节，这与当时观测比较匆忙和望远镜未调整好有关。

照相观测

照相观测的结果比预期的要好。

本次拍摄火星使用的是COOLPIX 995数码相机加LE12.5毫米镜头的标准方法，以前用过多次。不同之处在于光路中增加了增倍镜，将比例尺增大。曝光由控制手柄操作。

主要的难点是连续快拍，以便做图像叠加。COOLPIX995在全分辨率下只能连拍三张，然后要等几十秒钟处理完后才能继续拍摄。如果设置为3：2模式，虽然图像上下边被裁掉，但中心区域的分辨率未受影响，因为文件减小，连拍数增加到5张。火星图像尺寸很小，实际只利用了CCD中间的部分，因此可以采用数字变焦的方式。用2倍数字变焦的设置拍摄，图像的实际大小是CCD靶面的1/4，连拍数可以达到8-10张。

自制的赤道仪跟踪是比较稳定的。由于只是大致对极轴，隔一段时间要在南北方向调整一下，对拍照没什么影响。寻星镜被证明是很有用处的。放大摄影时相机的视场很小，每次观测前调整好寻星镜，很多时候当火星到达寻星镜叉丝中央时也同时出现在取景屏中，这样可以很方便地找到目标，节约了宝贵的时间。

几个月的观测中深深体会到视宁度的巨大影响。另外，相机的白平衡设置对于最终图片的影响也是很大的。如果在拍摄时没有设置好，后期的处理中很难补救。

拍摄完毕后的使用Registax做叠加处理，一般70张左右的原始照片。由于Registax对图片大小有限制，为此编制了用于照片剪裁的程序，经过几次改进，处理速度大概每张1分钟，这是一个很重要的工具。Registax只使用了一些基本的功能，其中较重要的是执行类似PHOTOSHOP中的UNMASK锐化操作，可以有效地提高火星像上特征的反差。另外，通常还要在PHOTOSHOP中对三个色层进行对齐操作，以消除色差。

火星反照特征图

在开始观测之前肯定怀有这样的愿望，就是亲手制作一幅火星地图，但确实并没有十分的把握来完成。

最主要的障碍是天气。但所幸的是在大冲前后的一段时间里有机会拍摄了数个角度的照片，虽然不很多，却也完成了对火星表面的覆盖。

火星图得以完成的另一个关键是在观测中进行了方向标定，这是在照相观测几次后开始做的。在拍摄完毕火星照片后，保持相机与望远镜的相对位置不变，停止赤道仪的自动跟踪，这时火星由于周日视运动在视场中向西移动，连续拍摄数张照片并在后期叠加在一起就可以对东西方向进行标定。这也体现出数码摄影的优势。

将火星照片重建圆柱投影图的原理非常简单。为此编制了MATLAB程序，加上物理观测数据的计算模块，整个处理过程就可以由自己完成了。

最后完成的火星图由6张拍摄于2003年8月19日到9月20日期间的照片合成。 这是本次大冲观测的最好纪念。北部地区本次无法观测，且留待来日，在下次火星远日点冲时将此图最终完成。