摄影术

达盖尔的摄影术可谓家喻户晓，在此讲述其原理似乎显得多此一举，因此我们将仅关注与我们感兴趣的问题有关的摄影术的各种使用方法。如果只从总体上考虑摄影术之于天空研究的用途，我们必须首先承认摄影术有一项神奇的能力，它为人类提供了极其宝贵的服务。事实上，摄像机的感光乳剂可以积聚光能，而人眼却不具备这一天赋，因此那些光芒暗淡而无法为人类视网膜所感知的天体就有可能通过相应的长时间曝光而被记录下来。光是这样我们就很容易感受到天文摄影的重要性——它能够比直接用视觉更加深入地探测宇宙深空，展现那些遥远的可能不曾为人所知的天体。

要进行这样的探索，我们优先使用能提供尽可能多亮度的物镜或镜头，亮度是由物镜或镜头的尺寸与聚焦比决定的，但严格来说，这只是用于风景拍摄设备的成比例放大。这些机器可观测到的天空的表面积有大有小，它们瞄准天空只为记录千千万万颗繁星，由于天体的数量是数不清的，即使我们付出极大的耐心去观察，也是心有余而力不足。

通过这些方法，我们在星球、恒星以及星云的分布研究方面取得了不可估量的进展，我们的研究能够触及的宇宙空间形成了我们眼中的宇宙，但不管这些精妙的探索具有多少价值，它们都不是我们此处所要着墨的对象，更具体地说，在本书中我们仅仅关注太阳系内与我们相邻的星球的知识。

摄影术也为我们提供了关于隔壁星球的确凿资料；但我们必须认识到，在有新的突破之前，这些资料通常显示不出发现的惊人之处。我们会尝试让大家理解其中的原因。

对于或明或暗的单纯星点和光晕模糊的星云，它们的摄制方法是不同的，或者说，表面积微小而细节复杂的清晰图像的获取方式各有不同。就第一种情况而言，星点的图像来自延续几小时的曝光所积聚的光能，但为了凸显行星表面的特殊细节，我们必须引入性能强大的光学器件——借助天文望远镜的力量，以便在感光板上首先获得目标天体具有研究价值的各种尺寸的图像。现在，让我们来探讨这些方法的原理吧。

最简单的操作方法便是将普通相机的感光板直接置于物镜或镜头的焦点处，图像在感光板上成形，其最大亮度和最大锐度与仪器的功率成正比，但即使物镜焦距很长，所获取的图像的线性尺寸依然相对较小；诚然，对于观测视直径很长的太阳或者月球来说，这一尺寸足够满足我们的需要，但如果是非常小的行星，所得图像的尺寸则往往缩减得过分，因此在摄制行星图像时，我们不得不添加合适的目镜，将图像再一次放大。需要指出的是，大画幅相机从此取代了人眼的位置。

一般而言，特别是当图像的亮度因放大而减弱时，拍摄需要很长时间的曝光，且曝光时间还会根据情况有所延长，只有拍摄光辉灿烂的太阳例外。天文仪器在动力机械的驱动下匀速运动，精确补偿了由于地球旋转而造成的天空的持续位移——目标天体相对于人眼或感光板的位置保持固定不变，不单是为了给视觉观察提供便利与精确性，对于所有摄影操作均同理。如果大气不再从中作梗，我们就可以毫无障碍地摄制完美的图像了。如果目标天体光线暗淡或表面面积急需放大，我们就必须花费更长的时间来曝光那些难以处理的摄影图像，如此一来，大气的影响就更加显著了，因为空气里无数细微的波动荡漾会造成各种各样的障碍，这些障碍在曝光的持续时间里被累计摄入，最终导致了一定锐度的缺乏。我们还要考虑到感光乳剂的结构，感光乳剂的颗粒对于摄制图像的细节清晰度而言至关重要，因此我们可以看到，当我们致力于细节元素的再现时要翻越多少障碍，而细节再现在行星表面研究中又是何等重要。我们还未到达不能跨越的绝对极限，却发现已置身于隐身敌人设下的陷阱地带，因此我们不断改进仪器，善加利用，在情况有利的时候稳步向前。要像连续跃进的战士一样，天文学家们应当抓住有利时机不断前进，不断收集和积累资料。

尽管有以上列出的种种原因，照片上面积大幅缩水的行星细节仍多少保留了一些明确的特征。总之，如果要仔细观察行星表面那些可识别的特征，我们必须承认，直到现在，视觉观察仍然具有优越性。天文观察者可以耐心地等待并不断选择有利的观察时机（通常只有几秒钟的时间）——此时，目标图像在波动荡漾的空气里瞬时变得清晰稳定。

尽管如此，摄影术提供的服务依然非常重要。确实如此。有时这些表象非常微妙以致肉眼难以分辨，摄影术至少带来了一种公正的检验，这种检验摆脱了依赖某双眼睛的能力而做出任何理解或阐释。

如果是拍摄月球的图像，行星摄影领域中的这几种限制的影响就减弱了。一方面，由于月球的视直径很大，我们很容易直接用仪器将其摄制下来，且图像包含的所有细节规模都令人满意；另一方面，月球的亮度几乎可以立即成像。总之，即使这些细节不算非常清晰，也是可以分辨出来的。尽管肉眼在这一点上仍然保留一些优势，即可以确定图像上的某些微小的特征，但在忠实且无可争议地记录凹凸不平的月球表面方面，摄影术却是更胜一筹，因为摄像机花一秒钟就摄制出的图像要一个制图老手花上好几个小时。此外，制图员也不敢夸口在再现这样错综复杂的图像时没有错漏任何细节。因此，摄影术明显显露出了它的优越性，有了它，人们就有了更多闲暇时间去研究所摄制的图像资料。当我们进行整体研究时，细看那些可涵盖广袤空间的摄影图像是不可或缺的，因为摄影图像有着我们非常重视的可靠性和公正性，届时将为我们进一步揭晓月球表面的详细细节。

我们刚刚提到的所有观察模式都涉及各个可研究天体的外形特征的确定。一般来说，这些观察模式所获得的都是地形或制图资料，但这些数据并不是唯一需要考虑的，我们还需围绕各个行星的大气所造成的物理条件来加以补充。大气层是维持生命不可或缺的因素，因此确定行星大气层的存在与否、质量大小及其重要性，从而判断它所产生的影响，是非常重要的。

因为感光板可以使人眼看不见的辐射感光，而辐射能够使图像上各种我们无法识别的特征得到突出显示，所以它在许多方面都胜过人类的双眼。某些观点认为，感光问题与光谱分析问题类似，而为了便于理解，我们首先着重使用光谱分析。这两种光线用途协同提供了有关行星大气变化固有现象的信息，这些信息正是我们最关心的。事实上，一些视觉观察已然可以告诉我们一些事实，比如由于阳光漫射或折射而显出的行星大气的形状以及大气中某些搅动的形成——这些搅动经常或多或少遮住了地表的形貌，但在这一方面，那些令我们感激不尽的、最令人信服的数据则是由现代物理学方法所提供的。

在这些方法中最有成效的便是光谱分析，我们不可能在此讲述它的发展历程，但至少有必要说明它的工作原理，让光谱分析的应用更容易理解。在这里，我们将只关注与本书相关的光谱分析所提供的服务。