你看到过星星的轨迹吗？中科大博士告诉孩子怎么捕捉。值得收藏|163

曾几何时，我们仰望夜空，

遇见满天的繁星。

星星眨巴着眼睛，我们望着它们，

它们望着我们，好似隔着太空对话。

（2019.2.5，农历正月初一晚上，摄于湖南老家）

你最近一次仰望繁星是什么时候？在什么地方呢？

你知道星星也在运动吗？

来看看星星的轨迹

社会在发展，城市在壮大，我们在长大。星星呢？

星星没有像我们一样长大，但星星却也一刻不停的运动着。

那……星星是怎样运动的呢？

我们知道，地球自转是自西向东方向进行的，地球自转一周需要24小时；而宇宙中绝大部分其他星体（除了如彗星和流星等自然天体以及部分人造卫星）相对于地球在太空中的位置变化很慢（银河系自转一周需要2.23亿年，星系团的时间就更长了）。

所以在地球上，我们会看到太阳、月亮、星星等天体都是从东方升起西方落下。

那，有没有什么星星既不升起又不落下呢？当然有，比如地球同步卫星和北极星。地球同步卫星咱就不说了，它不发光，在晚上，它看得见你，你却看不见它；因为它是人造的，即使发光，也太远了，你也看不到。

咱说说北极星。

我们住在地球的北半球，在能看到星星的晚上，如果你朝正北方向看，能看到一颗不是特别亮的星星，那是北极星。

可是，不懂天文学知识的我们，怎样才能知道哪颗星星是北极星呢？

别着急，看看下面这张示意图就明白了。

事实上，北极星不是某一颗特定的星星，而是指最靠近地球自转轴北天极的一颗星星，所以北极星不是一直不变的。

现阶段（到公元14000年以前），北极星指的是一颗叫“勾陈一”的恒星。公元14000年以后，“勾陈一”就要“让位”于织女星来坐“北极星”这个宝座了。到那时，如果我们想看看牛郎的女神在哪里，抬头看看最北方就知道了。可惜，那时我们很可能已经不在了，除非……人类发明了永生术……

北极星在天上也不是完全不动的，只是相对于其他星体来说要“安分”得多。那，漫漫长夜，其他星星是怎样“不安分”的呢？

先看看下面这张照片：星星的轨迹。

这张照片实际上不是直接拍摄的一张照片，而是首先在两个半小时内连续拍摄了150张照片，之后再合成的（技术细节稍后再介绍）。

在这张照片中，星星在夜空中划出了美丽的弧线，构成了很多个断断续续的同心圆。

一条弧线就是一颗星星划过的轨迹，记录了它这两个半小时内在你眼中走过的痕迹。

如果你仔细一点看，会发现越处于同心圆外围的弧线越长，而越处于同心圆内部的弧线越短，最中心那条弧线最短。

聪明的你肯定猜到了，最中心的那条弧线就是北极星划出来的轨迹。

所有的其他星星几乎都是围绕着北极星自东向西旋转运动的。

从照片上可以看出来，北极星划出来的轨迹不是一个点，而是一条短弧线。这就正好说明，北极星不是完全处在地球自转轴北天极上固定不动，而是有一个小小的偏离角度（目前的北极星“勾陈一”离北天极的角度差只有40′，到2100年“勾陈一”离北天极最近，角度差只有28′；之后“勾陈一”就渐渐远离北天极，直到公元14000年后，织女星取代“勾陈一”成为新的北极星）。

接下来，就是理工科技术男“耀武扬威”的时候了，来看看细节步骤吧。

灯光照耀到客厅和厨房，

穿过窗帘、窗口和窗栏；

数百万星星高高在上，

颗颗都在移动不断。

—【英】罗伯特·史蒂文森

星轨照片是怎样拍出来的呢？

这张星轨照片是怎样拍出来的呢？

那要从感光元件的成像原理说起。感光元件是一块小的具有感觉光线强弱的材料。

胶卷相机的感光元件就是一张张没有曝光的胶卷，数码相机的感光元件就是一种半导体材料。

不论哪种材料，感光的原理都是相同的：都是光线照射到感光材料上，引起感光材料上元素的化学反应。因为现在数码相机已经相当成熟，而且具有太多胶卷相机无法具备的优势，所以下面我以数码相机为例来解释。

相机的快门一打开（想象一个大晴天，你在一所只有一扇门的黑漆漆的老房子里打开这扇门的情景），光线就会进入相机，马上在感光元件上被记录下来，经过一系列转化后，最终显示成原来光线的样子。

光线在感光元件上显示的亮度跟快门打开时长、光圈大小（就像这扇门的大小）、iso感光度（感光元件对光线的敏感程度）有关。

快门打开时间越长、光圈越大、iso感光度越高，感光元件上相应位置就会越亮。

在同一张照片上，快门打开时间越长，星星移动了越远的位置，来自星星的光线就会在感光元件上对应的显示出一条越长的轨迹。

拍摄星轨照片主要有两种方式：一种是长曝光，另一种是多张照片堆栈合成。

绝大多数摄影师一般选择后者，因为其有诸多优势（比如容易控制参数、噪点少、毁片的风险小、可以选择性的去掉天空中的意外因素等）。

而用多张照片堆栈的方法拍摄星轨又分为两个阶段：第一个阶段是拍摄单张照片，第二个阶段是将多张照片堆栈合成。

我就说说这张合成的星轨照片是怎样出来的。

那天是清明节，一个月黑风高的晚上……呃……我不怕鬼。

这是一个度假山庄，到处都有建筑物和灯光，我好不容易才找到一个视野相对开阔的没有太多灯光的地方。

架好三脚架，用手机上的指南针确定北极星的方向，朝着天空中北极星附近的位置固定好相机，取景。

设置参数：光圈优先模式，光圈f/6.3（光圈不设太大以保证清晰度），焦距24mm（变焦镜头的广角端焦距；当时带了12mm的超广角镜头，但旁边杂物和灯光太多了，用超广角反而不利于取景），iso 400（不设太高以控制噪点数量，也不设太低以保证星星的足够亮度），快门时间30秒（不用快门线的最长快门时间），间隔时长30秒（后来吃亏就吃亏在这个间隔时间设的太长了，以至于每颗星星的轨迹没办法完全的衔接成一条弧线，而是成为了一个个的点点，放大了会看出来。当时应该将间隔时长设为1秒的。

等我反应过来时太晚了，已经拍了百来张了），设置相机自动连续拍摄150张（也可以设置更长的时间拍摄更多张照片，但是蚊子不允许我在草地上待那么久）。

设置好了之后，我就在旁边的椅子上当个吃瓜群众坐着等了（老婆确实拿来了哈密瓜给我吃，以正吃瓜群众之名）。

大家算算总共我需要等待多长时间？对，150分钟，两个半小时。大晚上的，等这么长时间，我居然没有睡着：我兴奋呐，我的第一张合格的星轨照片就要出炉了！我紧张啊，紧紧盯着路过的人，防止他们无意或有意碰到我的三脚架，不然拍过的照片就全毁了（三脚架稍微动一下，就得重来）。

好在这两个半小时没有人来碰（也没有人敢碰）我的三脚架。倒是有几个人好奇的围观了一阵看看我在干啥。但这两个半小时内，也有几个“肇事者”：有过几架飞机闪着灯在天上划过，还有一颗流星划过。

这些都是我不想要的“天空中的意外”，但我又没办法把它们打下来。用堆栈合成的方式拍星轨就可以方便的把这几张含意外的照片去掉，不参加合成。

如果用长曝光的方式拍摄星轨就没法去掉了。

很多很多张照片……

拍完150张照片后，在相机里匆匆瞄了一下，没啥大问题，收工。

回家后，在电脑上打开Photoshop，在菜单栏中点“文件”->“脚本”->“将文件载入堆栈”，先选择10张照片试试，勾选“载入图层后创建智能对象”，点“确定”，然后在菜单栏中点“图层”->“智能对象”->“堆栈模式”，选择“最大值”，然后等几秒钟就出来了一张星轨图。

我很兴奋，天呐，出来了！

好！我一口气将150张照片（去掉几张意外的照片后还剩大约145张左右）全部堆栈，我兴奋的等着，等着，一分钟过去了，五分钟过去了，半小时过去了，没任何反应，结果……电脑死机了，累死的。

我伤心，我郁闷，怎搞？突然，灵机一动（不然怎么好意思说我是理工科技术男呢？）：我可以分步骤堆栈啊，先将每50张照片堆栈出一张，然后将三张合成的再次堆栈成一张！