再拍闪光光谱

去年在马鬃山首次拍得闪光光谱，感觉非常有意思。

当时拍摄使用的是995加物端直视棱镜，因为口径较小，焦距短，所以分辨率不高。此外还遇到一个问题就是调焦。在加入棱镜后，焦点出现移动，但是图像被色散后已经很模糊，找焦点很困难。而在全食前，也不像晚上可以找亮星等点光源作基准，所以只是把相机焦点设置成无穷远。这两个因素共同造成谱线比较模糊，例如b2和b4.5就没有分开。特别是氦线较强，把旁边的钠线也混了进去，无法识别，所以留有一点遗憾。

今年开始试用光栅加200毫米镜头拍摄无缝光谱，效果比以前有了很大增强。7月的日全食，是再次获得闪光光谱的难得机会。特别是此次全食带在长江流域，天气状况堪忧。即便是晴天，可能也不会是那种特别通透的。所以在计划时就未考虑拍特写或者日冕等项目，而是把注意力放在了光谱上。

实际上打算拍摄两种光谱。一是闪光光谱。只要在镜头前贴上光栅片，再加上一个遮光罩把0级像挡住就行了。第二是想拍摄日冕的光谱。这个装置复杂一点。首先把高桥的寻星镜拆了作为聚光镜，后面固定狭缝目镜和棱镜，再和相机一起安装到一个导轨上。

闪光谱只出现在食既和生光前后。试验了一下，用快门线以1秒的间隔自动拍摄，只要按下按钮就可以不管了。而日冕光谱曝光量很难确定，因为不仅和日冕亮度有关，还和当时调整的狭缝宽度有关。所以打算用笔记本控制几组不同的曝光时间。

按计划，这两部相机都装在赤道仪上，这样除了按下按键启动拍摄以外，就不需要再花很多时间去照顾，人就可以腾出手来专心欣赏了。

曝光量确定步骤：

闪光光谱只在几秒钟内可以拍到，所以必须预先确定曝光量。

与白光像相比，谱线亮度会经过几次衰减：白光像>光栅透过率>1级衍射效率>分解成谱线。

由于光栅片没有数据，首先需要估计1级衍射的效率：

在 2009年7月9日拍摄月球像：ISO100，F4.5，1/80s，得到平均亮度220。同时拍摄月球1级光谱: ISO100，F4.5，1/3s，测得平均亮度值160。

由此计算出1级：0级亮度比=160x3 / 220x80=3/110=1/37。 考虑月亮视面的影响，谱线已经叠合成谱带，使得光谱像亮度值偏大，所以对单个谱线来说该比值可设为1/80。

由此估算一下色球谱线需要的曝光量：

根据2008色球照片估算的色球亮度：ISO100，F8，1/1000s，那么 1级像正常曝光量：ISO100，F8，1/12.5s。 假设白光像分解成光谱时扩展了10倍，那么 拍摄曝光量应为：ISO100，F5.6 ，1/2.5s 或 F4.5，1/4s

用去年995相机拍摄闪光光谱的数据验证一下：ISO100，F5.1，1/125s。 按80倍比值估算，光栅的曝光时间应为：ISO100，F5.6，1/1.3。去年太阳高度只有十几度，而今年则在50度左右。综合考虑，确定参考曝光时间为ISO200，F4.5 ，1/4s

出发前几天，用霓虹灯（单色）测试了一下1级衰减值，得到1：20的结果。假设 经过光栅后的0级衰减量为2，那么需要的曝光量比上面的值小一半。

最后，在实际拍摄中使用的曝光值为：ISO200，F4.5，1/10秒。

相机的角度 ：

这是另一个需要考虑的问题。拍摄光谱时色球是一段圆弧。理想情况下这段弧线最好和色散方向垂直。但是如果不在日食中心线上，那么食既和生光时的色球弧不可能同时满足这个条件。如果在全食期间不去转动相机的话，就要使用一个折中的角度。

如果观测点位于中心线附近，相机色散方向应沿内切点连线，即月亮移动的方向：

而如果位于全食带边缘，即两次切点位置角之差小于90度，则色散应改为沿两次切点连线之垂直方向，即食甚时月球中心方位角方向。

这样闪光谱与色散方向的最小夹角总是大于45度。

例如：苏州全食长4m47s，二、三切位置角254/144度，相机方位角应为(254+144)/2+90=289。而 无锡全食长3m47s，二三切位置角239/157度，相机方位角应为198度。

对焦：

加上光栅后的对焦也需要考虑。以前拍恒星的光谱时，就是直接对恒星的白光像。但是后来发现1级像和0级像的焦点还是有所不同。可是如果直接对焦光谱，若是连续谱的话会展开成一个谱带，没有对焦点。如果拍摄闪光光谱，必须以偏食的太阳调焦，就是这种情况。后来用月亮试验，发现如果目标较亮，那么可以用谱带的边沿实现自动对焦，这个问题基本解决了。

实际观测过程

7月22日日全食。因为更换地点后时间较为紧张，决定不再架设赤道仪和拍摄日冕光谱。但啥事都不干又有些不甘心，于是把200毫米镜头相机直接架到三脚架上。相机的遮光罩是在出发前用一个纸盒改装的，需要用胶带固定到镜头上，受力是比较脆弱的。原来计划使用镜头接环把相机固定到赤道仪上，这样一方面可以调整相机的位置角，另一方面利用空出的相机螺纹可以固定一根铝条连到遮光罩上，起加固作用。现在相机直接装到球台上，铝条和遮光罩最终也没有安装。

使用球台取景是很不方便的，但当时也不想麻烦更换微动云台了，因为那个快装板固定在用来拍日冕的导轨上。取景时发现偏食的方向基本是在正下方，所以将相机竖着摆就可以了，也没有特意考虑生光时的方位。不过这种有利于食既阶段的方位是歪打正着。因为生光时焦点跑掉了，所以实际没有影响。

对着太阳的谱带调好焦点。快到食既时往取景器里看了一眼，蓝端的吸收线是可以看到的，说明调焦还可以。在食既前半分多钟开始按下快门线的按键，以每秒1张的速度连续拍摄。食既后停止。

在食甚前后回放了一下刚才拍的照片，感觉画面挺亮，似乎曝光有点过度。于是把快门速度调高。中间还拍了几张日冕的连续谱，没什么用处。太阳已经有所移动，所以又调整了一下相机的位置，可能是在这期间碰到了镜头调焦环，焦点跑了。生光前半分多钟再次按下按键，开始自动连拍。生光后结束观测。

观测结束后马上浏览了一遍照片。食既阶段背景比较亮，谱线似乎也太亮，当时觉得拍废了，有些后悔没有安装遮光罩。生光阶段谱线很模糊，当时以为是有云的缘故。

但是回到北京后仔细察看发现，情况其实还不错。

1）食既阶段调焦很好，谱线很细锐。曝光量较为合适。b线和钠线等均分立可辨
2）天空有云比较明亮，所以未加遮光罩漏进的0级像对于图像反差有些影响，但无关大碍
3）生光阶段谱线模糊是由于失焦造成的
4）云有影响，体现在被色球光被云漫射后在最强的氢和氦的谱线周围叠加上单色像。

云的影响

这次日食食既前几十秒从东北方飘来一片卷云，几乎在食既时开始遮挡日面。这样色球光被云漫射，形成光晕样亮斑。这个亮斑同样被色散，形成单色像。如下图Hbeta线周围的光晕即是云的单色像。

这个像的亮度约为色球的1/6，所以只在最亮的4根谱线：Halpha，Hbeta，Hgamma，HeI周围才能看到。对于其他较暗的谱线，则这个像隐没在背景之中。

处理步骤

首先旋转图像使得色散沿水平方向，再将RAW文件转为线性TIFF。

每条谱线均是色球的一个单色像，是曲率相同、互相平行的一组圆弧。为此，以氢beta线为基准，提取谱线形状，用一段圆弧来拟合。得出这个圆弧的参数后，将各行水平移动，使得谱线的弧线变换为直线段。以方便下一步处理。

处理后的图像。色球谱线一定是垂直的线段。其他方向、形状的谱线则不是色球的。下图最亮的是氦的谱线，左侧是钠的双线。斜线和模糊的条带则是云。

接下来，沿谱线方向作平均，将中央部分的平均值减去作为背景的上下两边的平均值，得到了光谱曲线。

对这条曲线进行标定，利用Halpha(6562.817),Hbeta(4861.332),Hgamma(4340.468),HeI(5875.618)和MgI(5183.6042)5条谱线的位置，得到位置-波长曲线。

这个配置的比例尺大约为0.08nm/像素。根据位置-波长曲线，将原光谱曲线映射到一个线性的波长坐标上，形成1A/像素的均匀比例的光谱图。应用响应曲线，得到谱线强度曲线。

可以证认出以下谱线：

将闪光光谱和太阳光谱放在一起比较，吸收线和发射线的关系一目了然：

闪光光谱图：