在外太空看到的景象是怎样的?

2025-03-01 11:05:20
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回答1:

回答这个问题之前,需要先说明两个有关摄像机的概念:一是动态范围,二是绝对灵敏度。

 

动态范围是指在同一幅画面中,可分辨细节的最亮部分与最暗部分的亮度之比。动态范围的标示有两种方式,一种是直接用倍数来表示,例如三星128倍之类;另一种是用分贝(DB)数表示,即20lgn(倍数)=DB数。例如,某宽动态摄像机的动态范围是54DB,即10^2.7≈500倍。

 

动态范围是一个硬指标,它是摄像机或照相机的CCD元件或CMOS元件的设计和制造水平决定的,所以它也是决定摄像设备价格的一个重要因素。

 

受动态范围限制,摄像机会自动调整拍摄时的曝光参数,以便让画面中最亮的景物得以正确展现(如果亮区很小,摄像机也会按照画面的平均亮度来计算曝光参数)。例如,宇航员用摄像机拍摄舱内景物,画面中指向星空的舷窗就会显得一团漆黑,因为摄像机必须按照舱内的照明条件来计算曝光参数;但如果把摄像机直接透过舷窗向外拍摄,就有可能拍摄到最亮的一些恒星——只要摄像机的CCD绝对灵敏度够好。

 

绝对灵敏度也是CCD的一个硬指标,它是CCD本底噪声决定的,即画面中能从背景噪声(这是CCD本身的性能决定的,它表现为暗背景不是平滑的黑色,而是由亮点、暗点及彩色点组成)中识别出来的被拍摄目标的最低亮度。对摄像机来说,这是决定它价格的另一个重要因素。

 

高灵敏度的摄像机一定是低噪声的,但未必是宽动态范围的。也就是说,它在能拍摄到星星的灵敏度下,稍微亮一些的目标(例如有微弱灯光照明的人脸)就会变成一团白光而失掉细节。所以在高灵敏度摄像机的画面中,同样不会同时出现星星、银河和飞船舱内景物、月面景物。

 

 

总结一下,摄像机一般都有自动曝光控制功能,它会根据画面亮度自动调节光圈快门增益等参数,以便让整个画面中表现最多的细节。在飞船舱内或被太阳照明的月球表面,摄像机必须压低曝光参数以便正常记录宇航员、飞船和周围环境等画面,这时恒星亮度就会远远低于它的显示灵敏度而被抹掉。至于“灿烂的银河”,那更是无法拍摄到的——即使在太空中拍摄银河也需要专门的相机和长时间曝光。它根本与视频摄像机无缘。

 

 

人眼的动态范围比CCD大得多,但同样不是无限的。你不妨回想一下坐飞机的经历——机舱内安全带警示灯的微光在舷窗玻璃上的反射都会掩盖舱外星星的光芒。所以喜欢观星的天文爱好者都知道,要看到暗星,看到银河,必须去郊外绝对黑暗的环境——这不仅是为了躲开光污染,更要紧的是让眼睛的视网膜中聚集更多的视紫红质,以便使眼睛达到最高灵敏度。

 

宇航员在飞船上看太空也是一样。如果他希望看到暗弱的恒星或银河,他必须擦干净舷窗玻璃、关掉舱内灯光以便让眼睛适应暗弱的光线,否则他看到的也只能是一些较亮的(亮于4~5星等的)恒星。

 

 

图片:杨利伟拍摄的照片,画面中地球占了大部分。在这样的曝光参数下,即使是最亮的天狼星也不可能拍摄到。