摘要：天文直播是科普领域的一个新领域。 利用大型望远镜给观众带来一场无与伦比的天文盛宴，是普及天文科普直接有效的方式。 作为世界上最大的天文馆，上海天文馆拥有国内最大口径的科普望远镜——双焦点可切换一米望远镜。 基于望远镜本身的硬件基础，搭建了天象直播平台，分享搭建天象直播平台的经验，为其他类似案例提供参考。

关键词：直播； 互联网科普； 天文现象； 望远镜

1天象直播状态

第三次工业革命后，人类从电气时代进入信息时代。 时至今日，互联网的蓬勃发展已经在很大程度上改变了人类原有的生活方式。 在天文科普领域，利用互联网渠道进行科普已成为常态。 天文直播是最受观众欢迎的直播方式之一，尤其是当日食[1]、月食、金星凌日等特殊天象发生时，更能引起公众的好奇心，传播天文知识。 目前主持直播的单位主要是各大天文台和航天机构，如国外的格林威治天文台和英国国家航天局，以及深圳天文台、国家天文台、新疆天文台、云南天文台等在中国。 国内天文台在重大天文活动直播期间还将组建直播联盟，形成全国直播网络资源共享平台。 上海天文馆作为天文科普场所的主要功能是传播天文知识，而天文现象直播是科普的重要方式。

2上海天文馆双焦可切换一米望远镜简介

2.1 主焦点和阻焦点光学系统

双焦距一米望远镜（Double-focus One-meter Telescope，DOT）位于上海天文馆望舒天文台。 双筒望远镜由中国科学院上海天文台牵头，负责科学研究和科普工作。 DOT是目前国内最大的地平式[2]科普望远镜，直径一米。 它有两个工作焦点光学系统：主焦点光学系统和Nasmyth[3]（Nasmyth）聚焦光学系统。 主焦点光学系统覆盖观察波段400nm~800nm，视场角约1.75°，焦距约2.12m。 可用于大视场巡天观测或大范围散源天体观测。 西聚焦光学系统的观察波段为400nm至1000nm，视场约为19'，焦距约为9.23m。 主要用于特定目标的高分辨率成像。 在反聚焦系统中，通过改变第三反射镜的方向可以左右切换光路，从而实现视觉系统到CCD成像系统的转换。

2.2 影像终端

望远镜有3个成像终端：主焦端CMOS、反焦平台CCD和视觉系统。 视觉系统中专门设计了一套扩展系统，适合不同身高的人通过目镜从不同角度观看天体。 使用视觉系统时，光线从第三环境反射到A面，然后通过45°转镜改变方向，汇聚到B面，即视觉面，形成图像。 B端为2英寸标准接口，可安装和更换不同类型、不同焦距的目镜。 如果使用视觉终端采集直播图像，则需要安装单反相机、行星相机、深空天体相机等视频采集终端，将图像转换为数字信号输出到直播平台。显示屏。 主对焦终端安装有QHY411背照式科学级[4]彩色CMOS（图4a）。 它采用SONYIMX411BSI传感器，1.5亿像素，16位AD转换。 有效感光尺寸不小于40mm×40mm，采用双层半导体制冷，配备2个10G 10G光纤传输网络端口，可满足高强度数据传输需求，速度可达1.6GBytes/s。 防对焦CCD端采用900万像素的KAF-09000单色前置摄像头。

2.3 控制软件

上海天文台为DOT开发了智能操作系统。 用户图形界面通过动画、实时图表和LED指示灯告知操作者望远镜的工作状态，比传统的数字显示更加直观有效。 软件可用于控制球机开关、旋转与跟随、望远镜天体跟踪、主焦摄像、抗焦摄像等功能。 用户可以通过星图、星表或自行设置坐标来选择观测目标、安排观测计划、调整观测参数。 通过控制系统还可以实时监控望远镜状态并预览相机拍摄效果。

3 直播平台建设

3.1 系统架构

本案例的直播平台系统主要由以下几部分组成：视频采集系统； 视频编码系统； 流媒体服务器系统； 直播软件平台； 以及图像后期存储和处理系统。

3.1.1视频采集系统。 视频采集系统由望远镜、控制计算机和图像采集终端组成。 由于望远镜本身具有三个图像采集终端，并且各个终端设备也具有一定程度的可更换性，因此基本可以满足各类天体直播的需求。 主对焦端一般用于大视场角的拍摄，例如月球图像直播、大面积直播等。 焦端焦距9.23m，可用于高分辨率天体成像，但视场较小。

3.1.2 视频编码系统。 QHY411相机的单帧图像像素超过1.5亿像素，如此高分辨率的视频无法实时播放。 视频编码系统可以压缩视频大小以进行存储和传输，而图像质量不会产生显着差异。 视频编码有两种方法：硬件编码和软件编码。 硬件编码采用非CPU编码计算，如显卡、专用视频采集卡等； 软件编码采用CPU编码计算。 由于望远镜控制系统和图像采集系统需要大量的系统CPU资源，为了减轻CPU负担，我们为QHY411相机配备了专业的视频采集卡进行解码。

3.1.3 流媒体服务器系统。 直播是一个一对多的过程。 如果本地上传带宽不足，直播就会卡顿，严重影响直播效果。 流媒体服务器的出现有效地解决了这个问题。 其功能是存储实时压缩的音频和视频信息。 通过服务器强大的硬件设备和充足的带宽，可以将视频图像同时传输到多个用户终端，避免直播过程中出现卡顿。 得益于直播行业的繁荣，商业流媒体服务器如雨后春笋般涌现，这让我们在天象直播时省去了自己搭建流媒体服务器的步骤。 如果您没有条件自行搭建服务器，可以选择租用商业服务器短期使用。

3.1.4 直播软件平台。 天文科普直播在选择直播平台时也需要考虑。 不同直播平台的受众存在一定差异。 选择合适的直播平台有助于精准传达科普知识。 直播行业的快速发展，让各大互联网公司纷纷推出自己的直播软件。 比较有名的有抖音、快手、斗鱼、虎牙、哔哩哔哩等。 上海天文馆的天象直播是人文科学的直播。 一般会持续半个小时以上。 内容主要是天文科学。 目前主要以哔哩哔哩作为直播平台。

3.1.5后期图像存储和处理系统。 现场视频图像的存储和再创作也是上海天文馆科普的重要组成部分。 由于其时效性，直播的观众只能是当时观看直播的人。 将直播画面保存起来，编辑成视频供观众随时观看，可以提高科普的时效性。 此外，望远镜捕获的原始图像存在噪声[5]。 通过天文图像处理软件的后处理提高图像分辨率并降低噪声，可以突出天体的特征细节。 常用的天文图像后处理软件有AutoStakkert、RegiStax6、Photoshop等。

3.2 直播流程及拍摄效果展示

整个直播过程的顺序为：确认直播内容和时间； 提前打开并调试望远镜，确保其处于正常状态； 使用望远镜控制程序将望远镜指向目标天体； 使用SharpCap专业天文相机软件采集相机图像； 使用OpenBroadcaster软件（OBS）将图像转换成推流到服务器； 登录直播平台，通过服务器获取图片进行直播。 上海天文馆开馆后，我们进行了多次直播活动。 其中，2021年11月19日月偏食直播受到了社会各界的广泛关注和好评，证明天象直播是科普天文科普的有效方式。 与此同时，DOT 拍摄了一些天体图像。

4 优点和缺点

该直播平台基于上海天文馆DOT望远镜。 作为国内最大的科普望远镜，拥有绝对的孔径优势。 但上海的地理位置和设备硬件瓶颈也导致了一些不足。

4.1大口径高分辨率

望远镜口径的大小直接决定了分辨率。 在天文学中，刚好能够区分两个星点的角距离称为角分辨率[5]。 角分辨率越小，可以分辨的天体越近。 对于月球、木星、土星等天体，可以获得更清晰的表面细节。 望远镜的分辨率和孔径之间的关系（瑞利关系）为：其中 是角分辨率， 是观测波段的波长，D 是望远镜孔径的直径。 可见，在观测相同波段的条件下，望远镜口径越大，角分辨率越小，即图像越清晰。 望远镜的孔径越大，它收集的光子就越多，使其能够观察更暗的物体。 一般来说，小口径望远镜需要较长的曝光时间才能达到类似的效果。 这也是利用DOT直播深空天体的巨大优势。

4.2 地域限制

对于地球大气层中的地基望远镜来说，角分辨率极限也受到大气层的影响。 大气中的湍流运动会导致天文图像模糊、闪烁甚至扭曲。 Seeing[6]是天文学中用来描述局部大气湍流对观测的影响的物理量。 一般来说，高海拔干燥地区的视宁度条件比较理想，世界上一些著名的天文台都位于这些地区。 上海天文馆位于上海浦东新区滴水湖附近。 上海本身地处多雨区，滴水湖附近靠近东海，大气视景条件不是很理想。 另外，随着城市化的快速发展，周边光污染也比较严重。 还有一个特别的地方。 天文馆上方的天空属于水道。 飞机的通过会对大气造成严重的扰动。

4.3 硬件瓶颈

科学级相机的初衷不是记录动态视频图像，而是记录静态图片。 QHY411摄像头拥有1.5亿像素，拍摄8位深度30帧黑白视频，视频存储量达到每秒4.3Gb。 如果拍摄16位深度60帧彩色视频，每秒将生成51.5Gb的数据。 对于前一种情况，使用PCle4.0或以上的NVMe固态硬盘仍然可以满足使用需求。 对于后一种情况，目前市场上还没有硬盘能够满足这种传输速度要求，因此只能记录质量较低的视频图像。

天文直播的5大意义

今天，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。 在此形势下，人民群众迫切需要优质的精神食粮。 网络直播科普利用新时代互联网的发展，将科普扩大到全球受众，让科普走进千家万户。 天文现象直播科普是当前流行的科普方式。 它可以通过屏幕直观地将天文现象呈现在人们面前。 特别是特殊的天象可以给公众带来奇妙的天象体验。 例如，2021年11月19日，上海天文馆使用DOT望远镜现场直播了月偏食。 月偏食的直播引起了公众的极大兴趣。 信号通过云直播服务器分发，超过50家媒体直播，包括人民日报、央视新闻、央视网、人民网、环球网、央视、腾讯新闻等主流传播平台，总播放量超过3800万次。 天文直播作为网络科普的一部分，具有互联网科普的时效性、互动性等优势，让高效的天文科普成为现实。 利用直播将天文科普带入家庭，可以足不出户拓展天文爱好者和普通民众的视野，也拓展了我馆开展天文科普的方式。

六，结论

随着时代的发展，科普的方法也与时俱进。 科普工作者必须摆脱传统的现场科普思维，整合现有的新媒体资源，打造新的多媒体科普平台。 天文现象直播是一种新兴的科普方式。 它拉近了科普工作者与观众的距离，也拉近了观众与天文现象的距离，让天文科普成为一场视觉盛宴。 上海天文馆是目前世界顶级的天文馆，拥有中国最大的科学望远镜。 DOT望远镜天文直播平台的建设可以为公众提供优质的天文科普体验。 这个平台仍处于起步阶段。 今后将不断完善和完善体系，与全国优秀天文科普基地建立合作关系，推动我国天文科普事业的发展。

参考

[1] 杨明. datavideoMS-900成功应用天象直播[J]. 中国电化教育，2009（11）：125。

[2]马进，顾伯忠。 水平望远镜轴系统误差对指向精度和跟踪精度的影响[J]. 天文研究与技术，2011，8（2）：132-138。

[3]何欣，蒋翔，顾伯忠，等。 丽江2.4m望远镜抗调焦卡焦点切换系统设计与分析[J/OL]. 红外线和激光