难以捕捉的对日照,神奇的反晖,到底是如何拍到的?

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太阳的反日点,或称作对日照,是一种观星者的解释。它是什么,怎样才能看到它?Erwin Matys和Karoline Mrazek的项目为我们解释道。

在繁星密布的天空中的一条微弱的光带,光线集中在图像的中心。看到微弱的光线在这张图片中间集中了吗?这就是难以捉摸的反辉,也就是对日照,一个在最黑暗的天空中可见的漫射点,位于太阳正对面。太阳光反射到星际尘埃上会引起这种现象。图片由Project Nightflight.拍摄。文章和大部分照片由Erwin Matys和Karoline Mrazek拍摄,他们的任务是“促进保护作为环境资源的星空”

太阳的反辉――或者说对日照――是一种观星者的解释。每一位业余天文者都听说过它,只有少数人真正看到过它,更没有人幸运地捕捉到了这个幽灵般朦胧的图像。正如一位观察家所说:对日照肯定不是一个GoTo对象(编程语言goto语句,指可以使程序跳转到指定位置)。

事实上,它根本不是一个注意的对象。但还是我们从头开始讲。

对日照因到底是什么?

众所周知,行星之间的空间并不是空的。太阳系的平面上充满了一个巨大的由小尘埃颗粒组成的圆盘,其大小从小于1/1000毫米到1毫米不等。很少有人知道这个行星际尘云是一个高度动态的结构。与传统观点不同的是,它不是太阳系形成过程中留下的古老遗迹。那原始的灰尘早就不见了。今天的行星际尘埃――从天文角度来说――非常年轻,只有数百万年的历史。大多数粒子都是本世纪发生的事件,比如小行星碰撞。

黄昏的天空在全景地平线上,从日落的位置发出长长的光锥。

这不是对日照。图为黄道光,与对日照关系密切。在这张由乡村拍摄的照片中,黄道光是一个从太阳沿黄道延伸的锥形光,在黄昏后和黎明前可见。对日照来自同一个尘埃云,但总是与太阳相对,例如,在午夜的天空中最高。与黄道光相比,对日照因此更难探测或拍摄。图由Project Nightflight拍摄。

在各种力的作用下,这些粒子不会一直在静止的轨道上,而是以不断变化的运动存在于圆盘上。最小的粒子(小于1/1000毫米)被太阳风迅速吹出太阳系。较大的粒子也不能存活很长时间。它们倾向于与较大的天体碰撞,或落向太阳时缓慢地旋入太阳系内部。

然而,上述小行星碰撞和彗星的侵蚀不断提供着着行星际尘埃粒子的供应。因此,太阳系的行星际尘云不是静态结构,而是由相当年轻的成分组成的动态结构。

对于地球上的观测者来说,这种动态的尘埃云主要以黄道光的形式可见。在黄昏后和黎明前,它沿着黄道由太阳发出一个圆锥形的光。黄道光通常被称为“假黎明”,它非常明亮,从任何不受严重光污染的观测点都能看到,特别是黄道面在天空中很高的时候。对于北半球的观测者来说,春天的夜空和秋天的晨空就是这样。

晨光和晚光是行星际尘埃盘的两个区域,太阳光向前散射到地球上,形成明亮的银色光锥。行星际尘埃盘在黄道的其余部分也可见,在那里它被称为黄道带。然而,与黄道光不同的是,这些区域的表面亮度极低,因此很难被发现。但是在太阳的正对面,这个几何学再次对我们有利,并增强了行星际尘埃的可见性。这是对日照的地区。

但是为什么对日照的光比其他黄道带更亮呢?从地球上看行星际尘埃盘,反太阳点的部分直接从我们的头部后面照亮。这会导致亮度的增加,这就是所谓的对立面效应。反作用是太阳系天体的一种常见现象。例如,月亮在满月前后显示出一个显著的亮度峰值,即在它的对立面。另一个例子是土星环在周围外环对照剧烈地变亮。

在对映过程中出现这种亮化的主要原因是阴影隐藏,这意味着所有粒子都被完全照亮。如果你在户外,看着前方的地面,这种对立的效果甚至可以在地球上的白天体验到。如果地面足够粗糙,你会看到在你的头影周围有一个光亮。为了记录这一现象,我们制作了下面的照片,显示了火山砾石的反作用。

三脚架的影子投射在平坦的砾石表面,上面镶嵌着砾石。

这就像对日照。在这张照片中,一个小摄像机被放置在三脚架上,俯瞰拉帕尔马岛上的火山砾石。插入物显示了一些几毫米大小的砾石及其粗糙的表面结构。在相机的阴影周围,相反的效果会产生明显的亮光。这张照片中的辉光与夜空中对日照的辉光相似。图由 Project Nightfligh拍摄。

有趣的是,相机阴影周围的亮光的表观直径为10度,与夜空中的反晖直径差不多。下次当你在阳光下的粗糙表面上行走时,试着去寻找地球版的逆光。

总而言之,对日照不是一个物体。这是太阳系行星际尘埃盘上的一个光的游戏。反极性点处的尘埃部分被直接照亮,这会由于阴影隐藏而导致亮度增强。这种所谓的反对效应在很多场合都会遇到,但在对日照身上,它的外形最像幽灵,也最古怪。这可能就是为什么它在业余天文学家中如此珍贵的原因。

我们是怎么捕捉到对日照的图像

从我们在黑暗天空地点的观察和摄影过程来看,对日照是我们熟悉的同伴。在星空下,我们迟早会有人提到:“嗯,今晚的反晖很明显,”接着是典型的回答:“是的,明亮而闪亮!“这段简短的对话将表明,我们的眼睛已经完全适应黑暗,我们的夜视能力达到了极限。我们经常谈论如何塑造一个我们古老的黑暗天空伙伴的形象,对日照。但不知什么原因,它从来没有出现过。其他项目也有阻碍,在其他情况下,天空的位置不对,或者大气的透明度不够好。

但在2023年10月30日至31日的晚上,我们终于尝试了一下。10月30日,我们已经在拉帕尔马岛上进行了几天的影像远足。在白天,烦人的卡里玛天气模式终于停止了,由于对日照可以在这个美丽的星岛,天空再次变得湛蓝且透明。我们住在离居民区较远、海拔约800米(2600英尺)的一个单独的芬卡岛上,拥有拍摄对日照的完美条件。午夜前后,当逆光达到顶点时,我们的仪器记录到天顶的天空亮度为每平方弧秒21.4个震级。当晚,是多么得暗,当天狼星上升到山脊后,天狼星明显地照亮了地形。在肉眼看来,对日照本身是相当明显的。在白羊座的正下方,黄道上,一道约10度的明显辉光划过反太阳点。穿过整个天空的非常微弱的黄道带也清晰可见,几乎像是黄道的人工标记。在这种情况下,拍到对日照是一件容易的事。

对于那些对技术细节感兴趣的人:我们在Baader改良的1100D佳能单反相机上用16mm镜头@f/5.6拍摄了23张4分钟的未经过滤的照片。对于天空跟踪,我们使用了一个纯机械设备,迷你轨道LX2。这个创新的设备是我们成像旅行中的常客。对于那些对更多细节感兴趣的人,我们提供了一个迷你轨道LX2的全面审查,可在我们的网站上下载。我们的成像设备总重量不到3公斤(6.6磅),包括相机和三脚架。随后,对日照的23张个人照片被校准、登记并与DeepSkyStacker进行叠加。最终图像的处理是在Photoshop中完成的,我们在Photoshop中应用了大量的对比度增强。

怎样看到对日照

如果你自己从来没有遇到对日照,不要指望它会像这张照片上面那样显眼。我们对图像进行了强烈的对比度增强,以使逆光、其形状和大小更清晰可见。对我们人类的眼睛来说,即使在最好的条件下,对日照也是一种难以捉摸的暗淡的光芒。有几次我们比较了逆光和银河系部分的视觉亮度。我们总是发现它和冬季银河系中最暗的部分一样明亮。银河系中最接近辉光亮度的部分是米尔法克星和卡佩拉旁边的星群“孩子们”。也就是说,非常模糊。它附近任何明亮的物体(如木星或火星的对立面)都很难观测到。

除了中间稍微亮一点,在各个方向上都均匀地淡出外,对日照根本没有任何结构。它呈圆形,圆形或椭圆形,直径约10度。那大约是一个拳头大小的手臂伸展的长度。

黑色矩形,中间有白色小点和模糊区域。

运用延时拍照的原理,将摄像机固定在一个位置一直拍摄,总会碰到一次的,就拍出来了。

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