2楼供插楼用

1 摄影基本知识
由于是科普贴，所以我不会像某些专家写书一样拐弯抹角地引入主题。在摄影基本知识里面，我想重点讲三个最基本的概念：光圈，快门，感光度。
摄影是试图将物体的成像记录在感光介质上的行为。所以，我们最关心的，是摄影中的【曝光量】。
曝光量是衡量底片上累计光子总数的物理量，跟以下这三个量有关：光圈，快门，感光度。
1 光圈
我们知道，无论是摄影镜头还是望远镜，如果把镜头等效成一片凸透镜的话，它通常会有一个固定的焦距。至于什么是焦点与焦距，给个传送门：http://tieba.baidu.com/p/1607056062?pid=20019776540&cid=0#20019776540
而曝光时，底片上单位面积单位时间接受到的光子数，即我们通常所说的【亮度】，却跟镜头的口径没有关系。小时候大家都玩过放大镜吧。用放大镜烤蚂蚁时，烤的最快的镜子不是口径最大的那一支，而是口径/焦距最大的那一支。焦距越短，成像就越亮。
我们把焦距/口径这个值，称为光圈，也称【相对口径】。它表征了底片上成像的明亮程度，记做F/.

f/2，就是焦距为口径2倍的镜头，以此类推。
谈到光圈，就要谈光圈的分级。由于光圈计量的时候，是以直径作为单位，但实际上通光量与面积成正比。所以让通光量增加一倍，口径只需要增加1.41421856237倍就可以了。如上图所示，光圈数每乘以1.4，意味通光量减少到原来的一半。
快门：（图片摘自蜂鸟）
我们把相机中能够控制曝光时间的单元称作快门。
其实，快门的种类分很多种，最常见的就是这种单反相机上的【焦平面幕帘快门】。其他的还有镜间快门，光圈快门（这个极为不常见），电子快门等等。电子快门是以后最有发展的组件，因为它减少了机械运动，使得稳定性更出色
快门的分级，也是按照1/2的等级来划分。最常见的就是1/2 1/4 1/8 1/15 1/30 1/60 等等。这里面要注意的是，1/8秒和1/15秒之间曝光量相差一倍，为什么不是1/16秒？ 相机当初设计的时候，设计师就是为了让快门时间都为整数。那么，实际曝光量


什么，你怀疑实际曝光量会有误差？ 这好办，我们还有另外一个利器：调整感光度。
感光度，现在常用的就是ISO国际标准感光度，简称ISO. 具体是什么样的标准我也不知道。感光度也是分档的，ISO100 200 400 800 1600这样。现在比较恐怖的高感光相机，例如佳能1DX,ISO可以飙到200000,不过那画质已经连渣都不如了。
ISO每增高一档，数值就变大一倍，感光能力就增加一倍，在同样的曝光值下，可以把快门提高一档，光圈缩小一级。不过，相应的画质也会降低。


现在我们要说一说测光和对焦的问题。
对焦，就是让焦点与感光元件重合的过程。

在天文摄影中，我们一般会使用手动对焦，但在日常摄影中现在的机器，已经都能够自动对焦了。请注意：
【对焦】和【变焦】是两个概念。
一般来说，镜头的焦距不可改变，也就是说镜头的视角是固定的。但是后来地球人发明了变焦镜头，解决了这一问题。变焦镜头就是用一支镜头替代很多只定焦镜头，这样可以把物体缩小放大。
而对焦的过程，不会改变焦距的大小，改变的是另外一个量：镜头与感光元件的距离。

测光：
你可以去百度一下【阳光十六法则】。这个是手动相机时代的产物，现在已经基本不再使用了。
手动相机的时代，测光是一件比较麻烦的事情，所谓【对焦基本靠扭，测光基本靠瞅，变焦基本靠走，防抖基本靠肘】说的就是那个时代的事情。现在的相机已经可以做到自动测光了，相机会分析光线的色彩，强度等等， 然后得到一组{光圈，快门，ISO}的组合值，这就是自动测光。
有的时候相机会让你去选择光圈，然后它计算快门速度和感光度，这就是A档：光圈优先。
如果你去手动选择快门，由相机计算光圈值和感光度，这就是S档：快门优先
为啥没有ISO优先？很简单，在允许的情况下，我们都愿意选择低ISO。谁会无聊到没事干天天看噪点玩？


天文望远镜综述：
天文望远镜的内部结构实际上没有你想象的那么复杂。说白了，天文望远镜只是一个收集光线的仪器。
天文望远镜的结构，跟我们的显微镜是一样的，基本上就是由物镜和目镜组成。
下面我们以最普遍的折射式天文望远镜为例，说一下天文望远镜的结构。

在维基百科上找到了一张比较清晰的示意图
红色的1，这个部分就是物镜，收集光线用的
红色的2，这个部分是望远镜的目镜，用眼睛往里瞅的。
英文写的意思，是开普勒式望远镜的结构。
实际上，现在我们早已经不作此称呼了。这是因为现代爱好者手中的望远镜，目镜都是可以拆卸的，开普勒望远镜跟伽利略望远镜的区别就在于目镜。
天文望远镜看到的像是5.是一个倒立缩小的实像。我们之所以认为望远镜把物体拉近了，那是因为这个实像离我们的眼睛很近，所以视角很大，如图中虚线所示。这样看起来就像放大了一样。
但是，光学理论告诉我们，没有一种变换能够把物还原为跟物完全相似的像。因为光学系统不可避免地会有各种各样的像差。
何谓像差？像差(Abberation)，就是成像的误差。我们的望远镜都有一定的成像误差。像差控制的水准，是衡量一架天文望远镜光学质量最重要的因素。我们平时所说的“成像模糊”，其实就是像差太大被人眼察觉了。


下面，我们介绍几种简单的像差。
1 球面像差。
如果天文望远镜中使用了球面镜片，那就不可避免地会有球面像差，也称对称像差。
为什么使用球面镜就会有球差？在这里简单地说两句：想让单色平行光折射后在中心汇聚到一个点，镜片必须做成双曲面，而要想让成像在中心和非中心都汇聚成一个点，那么我们需要笛卡尔六次曲面的镜片。这些曲面极难加工，成本非常高昂，所以我们经常用曲率比较小的球面来替代。球面与球面的组合，按照光学设计的理论，是可以消除一些球面像差的，
但我们知道，要想拟合出一个完美的抛物面或者双曲面，理论上需要无数个曲率不等的球面进行组合（有点像泰勒展开或者傅里叶展开）。所以使用有限个球面镜片的望远镜，是不可能完全消除球差的。

有球面像差的望远镜的成像是什么样子的？
请看下图。

解释一下这张图；
横着看，分别表示望远镜焦点以 离焦--合焦--离焦 的变化。三行图片，表示三种望远镜的成像：有球差，无球差，球差修正过度。
有球差的望远镜，如果观察焦内的星点，你会发现边缘是亮的。剩下的以此类推。


色差：

色差就比较好解释了。
天文望远镜的成像方式有透射和反射。而透射式成像会有色差。这是因为同样介质对于不同频率的光，折射率是不同的，所以光的弯曲也是不一样的。失之毫厘谬以千里，最终在成像上就造成了色散。
色差也分种类。像图示的这种色差，叫做轴向色差。除此之外，还有非对称色差，在大光圈镜头上比较常见。

如图高反差边缘的这些紫边，就是色差的表现

彗差
彗差，顾名思义，彗星形状的成像误差。
这种像差仅限于于轴外成像。
给个比较明显的示意图：

彗差的特点是轴外星点呈发射状，且焦比越短【就是光圈越大】的时候，彗差就越明显。
当你拿着200 f/4的牛反去观测星空的时候，你会发现无数彗星向你飞来，这时候可千万别以为你是张大庆。
实际上彗差的成因，源于镜片的球面不对称性。这一点，我们在牛顿-反射式望远镜的介绍中药提到

其他像差
场曲：任何光学系统的成像面，不可能是个平面，都是一个弧面。这个弧面的曲率，就成为衡量像场玩去的标准。一般的感光元件，例如CCD，以目前的工艺不可能做成曲面，所以我们要尽可能地修正像场的弯曲。像场弯曲的典型表现不是成像的畸变，而是无法以整个像场对焦：假如中心合焦，周围的星点就是弥散的，假如周围的星点合焦，中心就虚了。
象散：
象散我想用一个示意图来解释：

这种成像误差，有自己的特殊性。
请注意蓝色标记的光线，通过透镜的一个轴，汇聚为焦点s1，红色标记的光线通过透镜垂直的另外一个轴，汇聚于焦点t1。一个透镜竟然出现了多个焦点。如果焦平面在t1、s1之间移动的时候，你会发现星点始终是一个小小的圆面，而看不到锐利的成像。这就是象散。
而实际上，横轴的焦点位于t1，纵轴的焦点位于s1，跟这两个轴成一定角度的轴的焦点，就位于s1和t1之间。使得看上去哪里都不像是焦点。
我们人眼的散光，也是同样的道理，是由于晶状体的横向不对称性造成的

好了下面开始正式讲解天文望远镜的知识
天文望远镜，根据光学成像的原理不同，可以分为【折射式】【反射式】【折射反射式】
这三中系统各有优缺点。所以在选择天文望远镜的时候，千万不要问的一个问题就是：折射好，反射好，还是折反射好呢？
我会告诉你：贵的好。
先解释几个天文望远镜中常用的术语：
1 焦距：这个大家应该都明白，就是主镜焦点到主镜的距离。
2 口径：这个大家也应该明白，望远镜的主镜有多粗，口径就有多大。口径是一个很重要的参数，同等精度的望远镜，口径越大分辨率越高。
3 精度：这个参数，厂家一般是不会公布的，除非是顶级望远镜。精度没有统一的标准，但精度却是衡量一架望远镜【最最最最最最最最最最最最最】重要的标准。
4 焦比: 其实就是光圈的意思，主镜的焦距除以口径的值，表征【主焦点】成像亮度的量
5 倍率：倍率跟精度恰恰相反，是一架望远镜最最最最最最次要的参数。爱好者们很少大谈特谈倍率。放大倍率=物镜焦距/目镜焦距


折射式天文望远镜
以往网上的资料说折射望远镜分伽利略式，开普勒式。现在我想告诉大家：这种分类方法早已过时。
在那个年代，天文望远镜的主镜和目镜是一体的，所以他们把凹透镜目镜和凸透镜目镜的望远镜分开。伽利略式望远镜因为视场太小被淘汰，现在的折射式望远镜都是开普勒式结构。
1 消色差折射式，又称普通消色差望远镜
最早的时候，人们用一片凸透镜做物镜。但后来发现色差的问题很难处理。所以折射望远镜一开始便没发展起来。直到有一天，人类发现色差这东西是可以一定程度地消除的。
如图所示，用火石玻璃和冕牌玻璃组成的镜头，就可以把色差减小

但是我们要注意一下，如果对红光和蓝光消色差，那么绿光势必会溢出，如果对红光和绿光消色差，蓝光则会溢出。不过，当焦比比较长的时候，溢出量很小，就是可以接受的。
所以，记住一句话【买普消，选长焦】。短焦比的普消望远镜，色差的溢出是比较严重的，不建议选购。一般市面上的普通消色差望远镜，80mm口径的价格在1300左右。普消不建议购买超过110mm的大口径。
2 复消色差折射式，又称APO望远镜。
很幸运，这几乎是目前市面上的望远镜中，同口径下成像最优秀的了。复消色差【Triplet Apochromat】技术，解决了普消不能解决的溢出的问题（二级光谱）。

这个就是复消色差望远镜的成像原理。更多的光学设计理论，我也不太懂，我只能说个大概：中间的一片，是低色散镜片（ED）。两边的仍然是冕牌玻璃和火石玻璃（这个要看光学设计了）。复消色差望远镜可以把三种颜色的光线汇聚到同一点，成像非常锐利。
在光学上，Apochromat复消色差望远镜（以下简称APO），几乎是无懈可击的。不过APO的价格仍然是高高在上。典型的80mm口径f/6的APO，单主镜筒就要5000RMB。由于APO需要磨制6个高精度的光学表面，随着口径的增加，APO的价格几乎是个天文数字。现在国内质量过硬的APO主镜,80mm的要5000，90mm的要6000，106mm的就要8000,130mm的直奔1万6。

反射式望远镜，跟折射镜有几个非常大的区别：
1 反射式望远镜的物镜，除了主镜之外还有一片副镜。
2 反射式望远镜的副镜，一般都会遮挡光路
3 反射式望远镜的成像对光轴和精度非常之敏感
4 反射式望远镜的镜筒是开放的
5 反射式望远镜永远不用担心色差的问题
这5个特点，使得反射镜的优点和缺点都非常明显。以牛顿镜为例，优点是造价低，而口径可以做得很大，所以在同样的人民币下，得到的中心分辨率最高。
下面我们来介绍爱好者手中用的最多的一种反射式望远镜
Newtonian reflect，即牛顿-反射式望远镜，简称牛反
一开始我还以为牛反是很牛逼的单反 Orz=3

这就是牛反的光路图。
牛反的主镜，是一块抛物面的反射镜，副镜是平面镜，45度放置，让光线反射到另一端的观察口。
这个设计看起来无懈可击，这也是当年牛顿爷爷为之骄傲的地方：中心成像无色差，无球面像差，适合高倍率的观测。
但是实际制作中，还是出现了问题。牛顿爷爷当年磨制主镜的时候，表面反射率比较低。并且牛爷爷手艺有限，只能磨制球面镜。他以长焦比的球面镜代替抛物面镜，因为长焦比的球面镜，表面曲率很小，接近抛物面镜。【看到了吧，长焦比是缩小像差的很好途径，这也是摄影镜头中收几档光圈会提高像质的原因，但天体摄影中，长焦比就意味着很糟糕的效率】
现代的牛反，精度越来越高了。主镜的表面精度可达到1/20个波长以内，有的镜子甚至达到了1/60个波长。但是牛反的缺点仍然存在：抛物面的短焦牛反，像场实在太小了。因为抛物面是非球对称的，它对于斜入射的光线不能很好的成像，会有一定的彗差【Coma】
后来人们又设计了彗差修正镜（MPCC），使得牛反也可以胜任天体摄影的项目。


卡塞格林式望远镜。
卡塞格林望远镜采用了与牛顿式望远镜完全不同的设计思路：副镜水平摆放，而焦点在镜筒后面。
请注意，卡塞格林望远镜的镜筒，仍然是开放式的。气流可以流动。由于这种光线往返的独特设计，卡塞格林望远镜的镜筒可以设计得很短但焦距可以很长。至于如何确定一个光学系统的焦距，在http://tieba.baidu.com/p/1607056062?pid=20019776540&cid=0#20019776540中，我们已经提及过，只需将成像光锥的反向延长线与入射平行光线相交就可以了。
我们可以发现，副镜做得越小，这种卡塞格林望远镜的焦距就会越长，焦比也会越长（实际上这对于牛顿镜同样成立）。

跟牛顿镜不一样的是，卡塞格林望远镜根据主镜副镜不同的面型，可以分为下列几种
1、Classical Cassegrain 抛物面 双曲面
　　2、Ritchey-Chretien 双曲面 双曲面
　　3、Dall-Kirkham 椭圆面 球面
　　4、Houghton-Cassegrain 双凸透镜+双凹透镜 球面 球面
　　5、Schmit-Cassegrain 施密特校正器 面型任意
　　6、Maksutov-Cassegrain 弯月透镜球面 球面
　　7、Schmidt-meniscus Cassegrain施密特校正器+弯月透镜 球面 球面
　　8、Mangin-Cassegrain 多个球面透镜 球面 球面
　　9、Pressmann-Camichel 球面 椭圆面
　　10、Schiefspiegler 斜反射离轴
这些都属于卡塞格林望远镜，但不都属于反射望远镜。经典卡塞格林和李奇-克莱琴望远镜属于【反射系统】，而施密特-卡塞格林和马克斯托夫卡塞格林望远镜，则属于折反射系统。