从白天到夜晚，从光明到黑暗，宇宙的奇迹在人类的历史上一直存在。仰望夜空，放眼望去，夜空中的一切对人类短暂的寿命来说是那么的永恒！

在人类有记载的历史上，除了少数几颗在人类视觉敏感度范围内出现或消失的恒星，偶尔出现的新星或超新星，以及恒星、彗星和小行星在天空中的缓慢的运动，夜空在历史中并没有多大变化。难道我们人类就这样被禁锢在这个星球上？我们的视野只能可怜到每晚用肉眼观察区区几千颗恒星？今天我们就来认识一个你可能从未听说过的天文学家，因为它时业余的，但是他的摄影技术和一张照片，彻底改变了人类的天文学和对宇宙的看法。

望远镜在天文学上的发展和作用

在过去的几百年里，我们对宇宙的理解发生了彻底的变化，这一切都始于历史上最著名的天文学家:伽利略。（别跑哈，本文重点不是伽利略，人家是专业的）

当伽利略第一次把望远镜对准天空时，从这一刻起，人类就打开了一扇通往宇宙的窗户，我们不再受视野的限制。人类即使是最大限度地放大瞳孔，即使是极限的完美视力，也比不上当时最普通的望远镜所能看到的东西。

在17世纪以前，人类肉眼从未见过的行星、卫星和成千上万颗恒星的细节，只要拿起这个简单的工具就可以看到。因此人类也意识到这个工具的重要性，所以望远镜不断地被改进，快速地更新迭代。

随着时间的推移，望远镜的口径以及聚光能力显著增加。天文学家们开始记录观测的详细草图，不仅记录了恒星的位置、亮度和简单的描述，还记录了当时来历不明或成分不明的大范围的“星云天体”。当时人们对附近的天体有了一定认识，但是对星团、星云一无所知！只能看见天空中模糊的斑点，也完全不知道银河系之外还有其他星系。

人们对星团、星云有了初步的认识

随着时间的推移，在下面一些因素的共同作用下：

改进望远镜的光学和建造技术，
望远镜的大小和聚光能力不断增加
越来越多的观察者能够协作分享他们对相同物体的观察结果

于是许多星云的结构开始显露真容。

第一个被人们理解的星云结构是球状星团。因为这个时候看不清，起初人们认为这是简单的球形、星云状物体，其明亮的核心随着远离星团的中心会逐渐消失，随后经过改进的设备和观察显示，星团其实是许多紧密聚集在一起的恒星星团。

19世纪40年代末，帕森斯敦的利维坦望远镜(上图)完工，它的主镜口径为1.8米，是当时世界上最大的望远镜。通过这个巨大的设备，一个不同种类的星云也开始展现在人类眼前。最早发现有这种结构的天体是梅西耶51号——螺旋星系，这个时候没有所谓的天体摄影，天文学家边看边记录，下图由罗斯勋爵于1845年绘制。

到这里，由强大的望远镜配合人眼的组合已经达到了观测的极限，不是望远镜不行，而是人眼的局限性太大了。即使在今天，如果使用天文设备，仅仅用肉眼来观察的话，也无法比两个世纪前的罗斯看得更远更清楚。

所以我们的眼睛该下岗了，这时天文学家就注意到了新出现的照相技术，敏锐的认识到如果这项技术能够成功地应用于天文学，我们将彻底摆脱人眼的限制。

天文摄影的开始，让我们看得更远，更清楚

19世纪中期天体摄影的初次尝试遇到了各种各样的麻烦。

首先，因为地球在自转，天空整夜都在旋转，这意味着需要一种机制来抵消以恒定速率旋转的影响。
相机的额外重量会导致望远镜随着时间的推移而下垂，因为望远镜的指向需要非常精确，这样物体就不会随着时间的推移在视野中移动，所以稳定是一个问题。
最后，当时的摄影技术本身也有局限性。

尽管面临种种困难，但一些早期的天文摄影成果表明，这种新的配合有很大的发展前景。

在1851年的日全食期间，人类第一次成功的拍摄到了太阳日冕，不久天体摄影领域就诞生了。人类的伟大之处在于我们有无穷的创造力，只要发现技术上问题就能很快的解决，就怕找不到问题！所以在接下来的几十年里，许多技术的革新不仅允许天文学家拍摄恒星，还允许拍摄模糊的星云。

到了19世纪80年代，肉眼看不见的细节第一次通过天体摄影技术变得清晰可见。

艾萨克·罗伯茨——史上最伟大的业余天文学家

但是那个时代天文摄影最大的进步不是来自像威廉·赫歇尔这样的专业天文学家，而是来自一个你可能从未听说过的商人和工程师:艾萨克·罗伯茨(Isaac Roberts)。

有个事实是：在那个年代一般玩天文的人，首要的条件就是有钱，衣食无忧，因为这纯粹就是个人爱好，没人愿意饿着肚子追求自己的爱好，包括现在也一样！

罗伯茨有钱而且对天体摄影很感兴趣，对一些早期的天文摄影结果也很满意，于是因此他订购了一台相对较大的（口径0.5米）反射望远镜，这是19世纪80年代英国最大的望远镜。

作为一个业余天文学家，他做了一个科学家应该做的事：罗伯茨用各种各样的技术进行实验，量化什么有效，效果如何，并逐步完善他的观测方法。

罗伯茨是第一个将摄影底片放在光学装置主要焦点上进行天体摄影的人，这样就消除了使用二级(或三级)反射镜固有的光损耗，并取得了相当显著的效果。

但他最大的贡献是一个延续至今的天文摄影技术：艾萨克·罗伯茨开发了一种“背负式”天文摄影技术。将相机/镜头安装在一个更大赤道式望远镜上，用作“导向镜”。当地球自转时，这种组合使相机在长时间曝光后仍能精确地对准目标。

当时的传统摄影只能曝光一分钟左右，随着罗伯茨的创新，相机的曝光时间增加到1小时以上，长时间曝光也能记录肉眼看不见的物体。照片上显示的细节程度与观察时间的平方根成正比，所以观察100倍的时间意味着你能看到10倍的细节量。

罗伯茨的一张照片，永远地改变了天文学

艾萨克·罗伯茨(1904年)

上图中的螺旋结构是仙女座星系（M31），这是人类首张系外星系的照片，罗伯茨的摄影技术和发现，为我们打开了宇宙的大门，让我们得以发现宇宙中还存在类似银河系的大星系，让我们人类第一次对星系有了深刻的概念，并且帮助人类发展了星系的理论，也就是“宇宙岛”的概念。随后罗伯茨出版了一本名为《[5]》的大型天体摄影作品集，这是第一本关于深空天体摄影的通俗读物。

现在我们可以用现代天体摄影技术拍摄到的M31照片来比较比较下1888年罗伯茨的照片，除去细节不说，实际上根本没有太大的差别。