天象視頻直播：科學傳播的新范式

孫媛媛　張超　李淑琴

[ 關鍵詞] 視頻直播 科學傳播 天象 流星雨

[ 中圖分類號] G206；P111 [ 文獻標識碼] A [ DOI ]10.19957/j.cnki.kpczpl.2024.01.011

當今世界，以數字化、網絡化、智能化為標志的信息技術革命日新月異，互聯網日益成為創新驅動發展的先導力量，深刻改變著人們的生產生活[1]。2016 年被看作是中國網絡直播元年。經過幾年的高速發展，依托網絡直播平臺的在線視頻直播已經成為互聯網傳播的一個重要分支。未來，5G 技術將打破當前直播條件的制約，為直播的全方位提升提供了可能。

在國家積極推行“互聯網+ 科普”的政策引領下，利用互聯網渠道做天文科普已成為常態。天象直播逐漸成為天文科普界的新熱潮，尤其是發生特殊天象的時候，通過數字化、信息化手段，實時、直觀地把天文現象呈現給公眾，吸引大家的關注，激起大家的好奇心，同時普及天文知識，已成為一種直接、有效的天文科普方式[2]。

天象一般在夜間發生，也有一部分會發生在白天，比如與太陽相關的天象——日食、凌日（水星、金星或人造天體經過日面的現象）等。從直觀的觀測感受來說，可包括如下三種：A類，持續發生明顯變化的天象，且變化的時間點是可預測的，例如日食、月食等，觀測者可在一段時間里看到太陽或月亮被遮住，其形狀隨之變化；B 類，無明顯變化的天象，比如夜晚的星空、銀河等，觀測者連續觀看幾小時但基本看不出有什么改變，接近于欣賞相對靜止畫面；C類，某一時段內具體時間和位置隨機性都很強、“可遇不可求”的天象，比如流星雨等，觀測預報一般是給出某幾小時或整夜這種較長的時段，但是天象具體到哪個時刻、哪個方位能被觀測到卻是不可預計的，這就需要觀測者長時間等待，而這也正是此類天象的迷人之處。

根據多年天文科普工作的經驗，日月食和流星雨等更為公眾所喜聞樂見。從全球范圍講，這幾種天象每年都會發生，但有的不具有觀賞性，比如半影月食；有的發生時只會在很窄的地區內才可見，比如日食。相對而言，流星雨是天象中極具代表性的一種，自古以來備受關注，中國有著世界上最早的流星雨記錄。1998 —2001年是獅子座流星雨的一個爆發周期，曾在全世界掀起了空前的觀測熱潮，欣賞流星雨也成為公眾向往的觀星活動。而從技術角度來說，日月食的視頻拍攝技術相對成熟。基于此，本文的天象直播討論將以流星雨直播為例開展。

一、天象直播的由來

天象直播是基于天文視頻技術產生的一種直播方式，世界范圍內，天象直播的發展經歷了漫長的過程。1951 年，美國全國廣播公司（NBC）完成了世界上首次日環食直播。1970 年，美國哥倫比亞廣播公司（CBS）第一次日全食直播完成，向公眾輸出了彩色電視信號[3]。但夜間天象的視頻影像記錄則受到更多的技術條件限制，出現得更晚。1999 年，日本NHK 電視臺首次對獅子座流星雨進行了較高分辨率的視頻記錄，為隨后的流星雨直播奠定了基礎。2001 年，NHK成功進行了流星雨直播。自此，天象直播的序幕正式開啟[4]。

在我國，1997 年3 月，中央電視臺進行了“日全食——彗星天象奇觀”的直播嘗試，這是電視新聞工作者與科學工作者的一次成功的、杰出的合作，具有開創意義[5]。在當時，直播信號主要通過無線傳輸或者衛星傳輸的方式進行，直播往往需要多臺衛星直播車和大量的人員配合，成本高、數量少，因此天象直播以官方媒體為主導。

隨著互聯網技術的發展，3G 時代的天象直播開始從電視向電腦傾斜。2009 —2015 年期間，出現了電視直播與網站直播同時存在的現象，此時期的直播網絡平臺以主流門戶網站為主，采取圖文與視頻直播相結合的方式。2016 年之后，4G 網絡的普及使天象直播從電腦轉向手機客戶端，微博、微信、抖音等新媒體平臺的快速發展，促成了視頻內容日趨火爆的傳播態勢，同時也對天象視頻直播設備技術的更新換代提出了更高的需求。

二、天象直播的硬件技術與直播方式

（一）天象直播的技術發展與困境

天象直播從前端影像分析可以分為靜態圖像直播和動態流直播。靜態圖像直播是指前端信號采集采用照片鏡幀形式，之后再經過視頻信號采集成視頻流進行直播；動態流直播是指前端直接采集視頻流，無需轉換直接播出。兩種方式相比，前者只能展示靜態畫面，而后者可以展現動態畫面。

考慮到技術難度和受歡迎程度，早期的天象直播主要是針對日間發生的天象開展的；而像流星雨這種夜間天象，早期生成實時視頻內容難度較大，需配置對暗光極為敏感的設備進行信號采集，其發展是隨著硬件和技術的更新而一步步實現的。

1. 第一代直播技術：倍像器元件

2001 年，獅子座流星雨爆發期間，日本NHK 電視臺對獅子座流星雨進行了直播嘗試，采用了當時最先進的倍像器元件，大大增加了彩色攝像機在暗光條件下的靈敏度，獲得了較為理想的直播效果。當時，我國的一些天文愛好者團體也開展了國際合作，基于膠片攝像機和倍像器嘗試對這次獅子座流星雨進行錄制，也獲得了成功，但并未應用到直播中。但2000 年前后，我國這類元件發展相對落后，天象直播極少有成功案例。

2. 第二代直播技術：低照度流星監測儀

2005 年前后，流星的視頻記錄技術出現一次改進，國際上有多個流星監測網相繼建立，國內也出現了多個火流星監測站點。此類監測技術多基于低照度黑白視頻CMOS 以及大光圈快速鏡頭完成，配合檢測軟件（如UFOCapture 等），可快速對天空中出現的移動光點產生反應，并觸發記錄。2015 年前，這種視頻記錄方式在國內的流星雨直播中得到較為廣泛的應用。當時，此種設備的優勢是無可比擬的靈敏度，當然缺點也很多：只有黑白畫面，只能對亮流星進行記錄，不能呈現整個星空畫面，畫質和分辨率較差。此階段，也有進行靜態記錄技術直播的，比如利用累積曝光5 —10 秒的靜態畫面生成視頻再發布，這種方式雖保證了畫質，但并非真正的視頻流直播。

3. 第三代直播技術：大靶面高感光微單相機和行星相機

2015 年，攝影領域的大靶面數字相機開始出現，這種設備有比低照度流星監測儀更為優異的大尺寸芯片，因而可以實現全彩色的高質量畫面，其靈敏度也超過前者。此外，在這個階段，為優化星空拍攝的大光圈廣角鏡頭進入民用領域。2015 年前后，日本的業余天文愛好者對此類鏡頭進行改裝，與大靶面高感光微單相機結合后，可以在1/8 秒到1/20 秒的幀率速度上實現對星空的實時記錄，對流星有很好的記錄效果，靈敏度甚至超過了目視效果。

因此，從2016 年到2020 年前后，基于大靶面高感光微單相機的流星雨直播系統相繼建立起來。用于流星直播的全彩色相機陣列，是利用多臺相機組合成的全天陣列，實現在大天區范圍內捕捉流星，提高流星捕捉概率以及捕捉亮度，從而將直播效果提升到一個新的高度。

（二）互聯網時代天象直播的科普方式

天象發生時，公眾進行觀測常常會受到各種條件和因素的制約，比如所在地的實時天氣、光污染情況等。而通過天象直播技術，將天文現象實時傳遞到公眾的移動設備上，得益于光學設備的技術優勢，甚至能達到比實際目視觀測更好的效果，可以讓大家隨時隨地欣賞宇宙星空的神奇和魅力。

值得強調的是，在成熟的天象直播中，往往會配套設計各種形式，尤其是科普講解，這樣能夠更好地答疑解惑，普及科學內容。如果天象的發生時間持續幾小時，觀眾需要一直守在屏幕前，在此過程中，輔助講解、互動評論等形式，可以更好地吸引大家的注意力，豐富直播的內容。另外，公眾往往難以依靠自身的知識儲備去理解特殊天象，這就需要直播方結合具體天象，發揮自身優勢介入其中。鑒于此，直播往往采用不同的方式，取得的傳播效果也不一而同。常見的天象直播方式有以下三類。

第一類，訪談式直播。訪談式直播是指設有主持人和嘉賓配合的天象類直播方式，通常會搭建演播間，設定主持人一名，專家嘉賓人數不等，一般為兩名或三名。直播畫面以演播室為主，天象畫面以畫中畫或分屏方式呈現，導播端進行畫面切換。由于需要搭建演播間，此類直播通常在有一定規模和實力的媒體平臺進行。此方式更適合前文所述A 類天象，如日食、月食等。

第二類，無交互式直播。無交互式直播是指以天象畫面為主，解說員以小畫面出現，或完全不出現，只融合解說詞的直播方式。此類直播通常無需搭建演播室，導播端只進行聲音通道的切換和調整。這種直播方式的特點是畫面感強，氛圍輕松，適合直播B、C 類天象。隨著直播的設備日趨便利，無交互式直播的常態化方式是慢直播，即只有天象畫面沒有解說，或只配以背景音樂。在天象直播更加普及后，這也是一種節省人力的日常直播方式。

第三類，沉浸式直播。沉浸式直播是指將主持人、特邀專家與天象畫面有機融合的方式。此類方式對直播設備和場景搭建有較高的要求，要將有人的場景和自然天象場景進行最大程度的匹配融合，較前兩種直播方式更具體驗感，希望在線觀眾體會到與嘉賓一起共賞天象的感覺。隨著直播技術的發展，沉浸式直播有兩種方式可實現：一是利用數字技術進行融合；二是根據天象特點實地搭建直播場景，如流星雨直播時，會在畫面地景部分搭建帳篷、桌椅，布置微光照明，直播的主持人、嘉賓坐于星空之下，與互聯網另一端的公眾共同欣賞流星。后者往往有更好的直播效果。

三、《中國國家天文》團隊天象直播的技術創新和實踐

筆者所在的《中國國家天文》是創刊于2006 年的紙質媒體，在新形勢下，致力于突破傳統媒體的業務局限，及時抓住媒體變革的機遇，著力打造“紙媒+ 新媒+ 活動+ 服務”的全媒體平臺。基于全媒體平臺，2016 年開始，我們嘗試以流星雨視頻直播為突破口，創新性開發出全新的流星雨直播系統，并進行了流星雨直播活動實踐，引領了國內天象直播的新風潮。

（一）以第三代技術為基礎的設備創新

基于大靶面高感光微單相機建造的陣列式全彩色直播系統是第三代系統的基礎方案。2016年，我們結合日本以及國內天文攝影師的實驗，對當時已有的設備進行了測試，測試結論主要有三點。第一，在全局的星場和銀河呈現效果方面，設備可清晰呈現夏季銀河，但對冬季銀河呈現不佳，總體尚達不到肉眼觀測的效果。第二，在個體的流星呈現方面，設備對流星亮度的呈現可接近肉眼效果，對流星顏色的呈現超過肉眼效果，特別是流星在高空大氣中出現的尾跡色彩呈現遠超肉眼觀察效果。第三，在視場方面，設備獲得的視場約為60°— 80°，尚達不到更廣闊的視場范圍，故在捕捉流星能力方面尚待提高。

基于測試結果，我們原創性地對設備進行了改造。首先，改裝了芯片，更換芯片的紅外截止濾鏡，增加了進光量，大大提高了設備對紅光的敏感性。其次，對前組光學設備進行了改裝測試，對16mm/2.8 魚眼鏡頭、20mm/1.4 廣角鏡頭、14mm/1.8 超廣角鏡頭、35mm/1.2 廣角鏡頭加縮焦鏡組改裝，光學參數變為11mm/2.0 魚眼鏡頭、14mm/1.0 鏡頭、10mm/1.4 鏡頭、20mm/0.95 鏡頭，將相對口徑提高一檔的同時增加視場廣度，雖然損失了部分邊緣成像效果，但有效提高了流星的捕捉能力。實測發現，11mm/2.0 魚眼鏡頭適合在有月亮的夜晚以及上/ 下弦月的夜晚直播，在無月亮的夜晚效果不佳；14mm/1.0 鏡頭和10mm/1.4 鏡頭適合在無月亮的夜晚進行流星捕捉；20mm/0.95 鏡頭適合暗目標，即對暗流星有著相當高的捕捉能力。

改裝測試后，我們即用四組相機鏡頭組建了國內第一個高清全彩色直播陣列，成為當時國內效果最佳的流星直播系統。2016 年底到2017年初，我們利用這套設備進行了實測。2017 年1月3 日到4 日的象限儀座流星雨極大期期間，6小時的直播畫面共捕捉到流星50 顆左右，以及多顆-2 等以上的火流星。在后續的實際直播中，也取得了非常好的直播效果，例如同年8 月的英仙座流星雨直播中，僅兩小時即捕獲了近50 顆流星；2018 年的雙子座流星雨直播中，4 小時捕獲了上百顆流星。

（二）流星雨直播的初步嘗試

上文提及的2017 年象限儀座流星雨直播是我們進行的首次流星雨視頻直播實踐。這次直播采用高清、全彩、陣列式呈現方式，連續直播近6 小時。在直播的同時，穿插了主講人對星空、星座、銀河、星團、星云、星系的實時視頻講解，并在直播間進行留言互動。

這次直播是用騰訊新聞APP 移動客戶端進行的。據不完全統計，視頻直播全程在線觀看人數超過百萬，加上后續視頻回放觀看，累計受眾達到500 余萬。為使流星雨直播更接地氣，除了在直播效果上實現沉浸式高清之外，在直播形式上，也設計了點歌、許愿等娛樂性較強的環節。公眾在欣賞流星雨時，經常會提到“許愿”，我們在直播中引入網友許愿留言等互動內容，讓大家能夠在觀看的同時，許下心愿，抒發各自內心的祝福，不失為一種喜聞樂見的形式。這次直播過程中，網友互動積極，其中點贊超過200 萬，總評論數7.7 萬。

（三）從流星雨到系列天象直播活動

以流星雨直播的成功為契機，我們陸續開展了其他種類的天象直播技術探索和實踐。按天象每年通常的發生時間段，直播內容和大致規劃如表1 所示。

實踐表明，在直播中，不同類別的天象目標需要使用不同的系統。以表1 內容為例，三大流星雨直播用到的是大靶面高感光微單相機建立起來的直播系統；秋季星空用到的是星座直播相機系統；梅西葉天體馬拉松的觀測目標是遙遠暗弱的深空星云、星團、星系，使用的是天文望遠鏡直播系統；而行星沖日和月球的直播設備是行星相機。

從直播的內容和受眾分析，有結合我國傳統佳節的內容，例如中秋節，直播的對象是月球，講解內容不僅包括月球的科學知識，更多的是我國傳統文化中與月亮、中秋有關的內容，受眾群體也沒有門檻；有星空、星座內容，包括耳熟能詳的十二星座，這些與流行文化相關的內容更多地受到了年輕人（無論是否為天文愛好者）的喜愛；而行星沖日、梅西葉天體馬拉松等內容，相對有一定的知識門檻，受眾更多的是有一定基礎的天文愛好者（科技新知愛好者）。

四、天象直播的未來發展趨勢

（一）直播技術的發展和迭代

近些年，針對流星雨等夜間天象的第四代直播技術正在逐漸成型，基本思路為單通道或多通道高靈敏度天文相機。2021 年前后，天文相機逐漸進入天文直播領域。相較于之前利用民用系統進行的改裝，天文相機一般帶有制冷設備，也具有更高的靈敏度、更低的噪聲、更豐富的灰階和更高的分辨率，但主要問題在于天文相機一般使用黑白芯片，因而單通道條件下難以實現彩色直播畫面。廣東省梅州市蕉嶺縣的卡拉比—丘實景天象廳首先采用了這種單通道黑白畫面的直播系統，實現了球幕內播放實時星空的效果。目前，該技術正向著多通道技術方向發展。多通道技術是利用三臺或四臺相機實現RGB 三色信號采集，進行色通道融合后產生直播畫面，不僅在靈敏度上遠超第三代技術，在色彩還原上也達到了新的高度，甚至可以在視頻畫面中呈現夜晚氣輝的各種顏色，這是以往設備所達不到的效果。

2021 年之后，第三代直播技術路線也有了進一步發展。通過改進全彩色流星陣列的前端光學系統，設備的集光能力提高了4 倍，亮度、靈敏度已經超過了現在的第四代直播技術，但色彩呈現上尚未達到第四代直播技術的效果。

（二）直播主體的變化

隨著直播設備的普及，價格和技術門檻逐漸降低，天象直播內容生產者已經從官方平臺擴大到自媒體。在技術與設備更加便利的趨勢下，從事天文攝影的愛好者群體不斷壯大，據筆者粗略統計，2010 年以來，這一群體呈幾何級數量擴大。這些人對天象拍攝有極大的熱情和一定的經驗，已不滿足于拍攝照片和視頻。在天象發生時，他們會同步進行視頻直播活動，并將自己的視頻直播信號內容共享到各大媒體平臺，包括央視、新華網等主流媒體，極大豐富了網絡上的天文科普內容，使相關知識更及時、更廣泛地在網絡上傳播，讓更多人欣賞到天象之美。

（三）直播內容的進一步豐富

隨著流星雨直播的日漸成熟，一些“類流星雨”天象的直播也在相繼出現。“類流星雨”天象同樣是前文提到的C 類天象，需要觀測者“守株待兔”。一個新的“類流星雨”直播題材是“紅色精靈”現象。“紅色精靈”本質是一種高層大氣的瞬間放電，當對流層夜間出現雷暴云時，高空就有可能出現。2022 年，我國第一次“紅色精靈”直播成功。星空攝影師“Jeff 的星空之旅”在7 月27 日晚對桂林星空直播過程中，成功捕捉到10 余組“紅色精靈”現象。隨后，人民日報創建話題“桂林驚現紅色精靈閃電”，直播視頻被推上熱搜，迅速被中國日報、環球時報、參考消息等眾多媒體轉發。截至8 月2 日中午，相關閱讀次數達到2 億次，討論數量達到上萬條。值得注意的是，“紅色精靈”現象出現時間極短，且形態各異，預報有相當的難度，此主題直播需要具有相當豐富的經驗。

（四）直播模式的創新

5G 所具有的高速率、低時延和廣連接的特點，將對日后的天象直播產生重大影響。在5G時代，隨著技術的進一步發展，“天象直播+”的模式即將成型。

1.“天象直播+ 人工智能”

未來的人工智能領域，數據和算法會得到全方位的發展，在圖像降噪和畫質提升的同時，流星的快速識別、記錄、回放等方面將有望得到加強并投入應用，觀眾不必再目不轉睛地盯著屏幕，即便偶爾漏過流星，也可以利用人工智能算法實現補全，這將進一步提升觀眾的觀看體驗。

2.“天象直播+ 時域監測”

以往的直播中尚未實現多站點融合直播。隨著流星監測站點增多，可以考慮對現有或在建站點的設備進行升級，達到高清彩色直播要求后利用人工智能技術進行數據融合。多站點融合最大的好處是可以進行天空的時域監測，將偶發火流星事件轉化為直播內容。

3.“天象直播+ 高清”

隨著前端采集技術的發展，視頻畫質的標準也在不斷提高。對于手機端而言，目前流行的依然是2K 視頻，但4K 和8K 視頻已經在大屏、投影以及球幕上形成了旺盛的需求。在4G時代，由于傳輸技術的影響，更高分辨率的視頻無法進行直播。而在5G 時代，待條件成熟時，更高畫質、更高分辨率的天象直播即將向觀眾呈現。

4.“天象直播+ 大數據”

天象直播不單要從前端進行突破，在推廣方式上也應結合大數據分析精準送達受眾人群。除了已經關注天文或天象直播的人群外，互聯網上還存在大量相關人群，比如對天文攝影、氣象、科技等有興趣的人，往往也是潛在的天象直播受眾群體。如何做到精準送達，應是平臺軟件利用大數據所做的后續工作。

五、結語

互聯網革命既是機遇，更是挑戰。新技術的快速發展帶來直播行業的火爆，對科普報刊等傳統紙媒來說，應在困境中擁抱變革，找到突破口，探索新的科學傳播模式，進而撬動傳統媒體創新。在線視頻直播作為紙媒的延展和線上互動載體，助力傳統媒體轉型升級、完成蛻變，提高受眾認可度[6]。筆者所在的《中國國家天文》雜志，作為天文科學傳播媒體平臺的“國家隊”，承擔起了“聚焦技術開發與創新、實踐全媒體融合戰略、引領科學文化傳播新業態”的行業職責，把握時代變化，突破紙媒的發展瓶頸，讓紙媒搭上新媒體的快車道。未來，《中國國家天文》將在全媒體平臺的框架下，繼續進行科學傳播模式和方式的創新性探索，進一步充分利用新技術，以促進天文科普更好發展。

參考文獻

[1] 中國科協關于印發《中國科協科普發展規劃（2021 —2025 年）》的通知[EB/OL].（2021-11-09）[2024-01-20]. https：//www.cast.org.cn/xw/KXXTSHGG/syfzgh/art/2023/art_8410e629fbb44c0f9e6409c36a3837ca.html.

[2] 王磊，姚嵩. 上海天文館一米望遠鏡天象直播平臺搭建經驗淺談[J]. 科技傳播，2022，14（12）：48-51，59.

[3] Joe Rao. 60 Years Ago：The Worlds 1st Televised Solar Eclipse|Space[EB/OL].（2011-03-09）[2024-01-20]. https：//www.space.com/11074-solar-eclipse-televised-skywatching-history.html.

[4] ABE S，YANO H，EBIZUKA N，et al. First Results of High-Definition TV Spectroscopic Observations of the 1999 Leonid Meteor Shower[J].Earth，Moon，and Planets，1998（82）：369-377.

[5] 劉志筠. 一次具有開創意義的多點現場直播報道──談電視節目《日全食──彗星天象奇觀》[J]. 電視研究，1997（5）：6-7.

[6] 吳海鷗. 5 場手機直播，觀看人次超千萬：論傳統媒體如何搶占直播風口[J]. 傳播力研究，2020，4（9）：59-60.

（編輯 / 鄒貞 齊鈺）