赤道仪

如果把相机固定在地面上，长时间曝光拍摄星空，由于地球的自转，最终得到的照片就是一系列星迹的圆弧。星迹很美，拍摄也很简单。但也有一些天文摄影，是要获得极暗天体的影像，如星云和星系。这种天体需要很长的曝光时间，在这段时间里，摄影师希望相机紧盯着星云，而不是任由星云随着天空旋转。

设想有一个人，在北半球极夜时分，穿得暖暖和和的，站在地球北极点的一块冻得很结实的冰上，观望星空。他看到的景象就是，所有的恒星，不升不落，围绕着他顺时针转圈，每23小时56分4秒转一周。北极星几乎在他的正头顶，画的圈最小，几乎就是一个固定的点。

现在再设想，这个人脚下的冰是浮动的，而且会旋转，方向和地球自转相反，速度则相同。那么，这个人在星空的背景里，就被固定住了，只要他不东张西望，他视野里的星空就是固定不变的。如果他手里恰好还有一个照相机，就可以把相机架在这块浮冰上，想拍哪个星云就拍哪个星云，不用担心星云随着地球的自转跑掉。

这就是说：如果有一个自转轴，轴心平行于地球南北轴线，旋转方向由东到西，每23小时56分4秒转360度，那么，固定在此自转轴上的观测者——包括相机——看到的星空就是静止的。由于地球相对于星空太小了，自转轴放在地球的任何地方，这个表述都成立，不一定非得放在北极。之所以从北极说起，是因为，在这里更容易想象一个轻松站立就可以看群星围绕自己转的世界。如果从新加坡入题，就得这样说：你躺在地上，以这个均匀速度缓缓打滚……就不雅致了。如果在北京，这个表述成和地面夹角40度斜站着，想象这个场景太吃力。

不管怎样，如果有这样一个自转轴，它就被称为“赤道仪”。它自转的圆周平行于地球赤道和天球赤道，由此得名。

在现实世界里，需要解决两个技术操作问题：

• 使自转轴心平行于地球自转轴。
• 使旋转速度稳定地保持在每周23小时56分4秒。

第二个问题比较容易解决，现在机电技术很发达，程控一个转轴不是难事。

第一个问题也不很难，家住北半球的，只要让转轴对准北极星，就大致和地轴平行了。北极星不是正好在北天极上的，还有一点小误差，为了表述方便先这么写。让转轴对准北极星，需要用光学方法，拿一个单筒望远镜（在此称为寻星镜），平行于赤道仪转轴固定，然后用寻星镜去找北极星。当北极星出现在寻星镜视野中央区域，即寻星镜指向北天极时，赤道仪转轴就平行于地轴了。

接着就衍生出下一个问题：如何保证寻星镜平行于转轴？可以拿天上的亮星，也可以拿地面上一个很远的建筑来校准。把寻星镜安装在转轴上，目测差不多平行了，让转轴很快地自转半圈。如果在旋转时能感觉到寻星镜视野里的景象变化，就说明寻星镜和赤道仪的旋转轴还没有平行。

有同学会说，慢着慢着，从几何角度来说，如果寻星镜真正和转轴平行了的话，那么旋转转轴时，在寻星镜看到的东西会划一个小圈，小圈的半径等于寻星镜和转轴的距离。这个说法是成立的，不过要考虑到校准目标和赤道仪的距离。如果我们站在北京西山上，瞄着东三环的国贸大厦来校准，那么这个旋转就是在巨大的国贸大厦上画一个烧饼大的圈，在这个尺度上，你不会留意到视野中景观的变化。

在地面上使用时，赤道仪不需要覆盖整整一周，半圈即可。理由简单：在地面上只能看到180度的天空。