Астрономската, паралактична монтажа е предпоставка за ясни астрофотоси с дълги експонационни времена:
Част 9: Обработка на астрономска монтажа
Ако една камера е фиксирана на обикновен фото статив, небесните обекти ще бъдат изобразени ясно само ако експонационното време не надвишава максималната стойност, зависеща от фокусното разстояние, небесния район, размера на пикселите на използвания сензор за снимане и личните изисквания за "ясно" изображение.
Например, при фокусно разстояние от 3000 милиметра вече трябва да се очаква неясно изображение при експонационни времена, по-дълги от 1/45 секунда, ако камерата не следва движението на небесата. И дори при използване на 24-милиметров широкоъгълна обектив, звездите се изобразяват като малки линии след 10-секундно експониране, а не като точки.
Причината за това е въртенето на Земята. Небето изглежда, че се върти над нашите глави от изток на запад. Следователно не само Слънцето и Луната, но също така и планетите и звездите изгряват на изток и залязват на запад. Центърът на това движение е небесният полюс (на северното полукълбо - северния небесен полюс, на южното полукълбо - южния небесен полюс). Това е мястото на небето, докъдето удължената ос на Земята докосва „небесното сводче“, ако си представите небето като полукълб. Жителите на северното полукълбо имат предимство: Близо до северния небесен полюс се намира лесно откриваемата Полярна звезда, която се нарича също „Северна звезда“.
Единственият начин да се използват дълги експонационни времена и все пак звездите да се изобразяват като точки е камерата да следва въртенето на небесата по време на експонацията. За целта се изисква астрономска монтажа, при която една ос е паралелна на земната ос.
Компоненти на паралактична монтажа. Легенда - вижте следващата таблица:
• 1: Трипод (Алтернатива: колонестатив)
• 2: Управление (в изображения случай: сложно компютърно управление с GoTo функция и база данни с обекти)
• 3: Позиция за огледален телескоп на полюса. Той е в горната част на часовата ос (4), посоката й се посочва с стрелката.
• 4: Часова ос, която се задвижва като единствена ос, когато монтажата следва въртенето на небесата. В долната й част се поставя огледалният телескоп (3), горната част е покрита с капак, който се маха, когато се използва огледалният телескоп.
• 5: Позиция на деклинационната ос, която си намира продължение в опората за контрагове (12). Движение около деклинационната ос обикновено не се извършва по време на следенето.
• 6: Двойка винтове, които чрез налягане и съпротивление позволяват настройката на наклона (височината на полюса) на часовата ос. Те се използват за установяване на монтажата. След като монтажът е установен, тези винтове не се променят повече.
• 7: Двойка винтове, които чрез налягане и съпротивление позволяват настройката на азимута (хоризонталното "насочване" на часовата ос) (последният винт е трудно забележим на изображението). Те се използват за установяването на монтажата. След като монтажът е установен, тези винтове не се променят повече.
• 8: Ръкохватка за заключване на часовата ос.
• 9: Ръкохватка за заключване на деклинационната ос.
• 10: Планкова водачка за поставяне на призмена релса, за закрепване на телескоп или камера към монтажата.
• 11. Винтово закрепване, което заключва призмената релса, вкарана в планковата водачка (10).
• 12: Опора за контрагове (в изображението без контрагове).
Азимутална монтажа
С фото статив подобно следене не е възможно, дори ако фина настройка се извършва много нежно. Това би се провалило, защото обектът в кадъра се върти, докато се извършва по-дълго експониране върху звездата, която се следи, тъй като фото статив не може да компенсира въртенето на небесата. Представете си съзвездието Орион: То изгрява „лягайки“ в изток, вдига се вертикално при максималното си положение на юг и залеза „лягайки“ в изток. Ако следите това съзвездие с фото статив, камерата би била само „изправена нагоре и надолу“ или към дясно, без да компенсира въртенето.
Схематично изображение на въртенето на небесата по примера на съзвездието Орион. Азимутално монтирана, следена камера не може да задържи съзвездието Орион в зрителното поле, а кадърът се върти с течение на времето (червени контури на кадъра). При паралактичната монтажа камерата следва както движението на Орион, така и извършва въртящо се движение, тъй че заснетият кадър остава постоянен (жълти контури на кадъра).
Монтаж, която познава само движения нагоре и надолу, както и завои наляво и надясно, се нарича „азимутална“ монтаж и се противопоставя на паралактичната. Фото стативът представлява следователно проста форма на азимутална монтажа. Една от движимите му оси е вертикална спрямо земната повърхност и позволява хоризонтални завои, значи регулира азимута. Другата ос е паралелна на земната повърхност и осигурява движение нагоре и надолу, значи височина.
Азимуталната монтажа не е подходяща за следени небесни снимки. Изключения по този въпрос правят модерните обсерватории за големи звезди. Там по време на експонация се върти около оптическата ос по сложен начин, за да се противодейства на въртенето на кадъра.
Mit einem Fotostativ wäre eine solche Nachführung nicht zu bewerkstelligen, selbst dann nicht, wenn die Feinverstellung sehr sanft erfolgt. Es würde daran scheitern, dass sich das Bildfeld während einer längeren Belichtung um den Stern dreht, auf den nachgeführt wird, denn ein Fotostativ kann die Rotationsbewegung des Himmels nicht ausgleichen. Stellen Sie sich das Sternbild Orion vor: Es geht, auf der linken Seite „liegend“, im Osten auf, richtet sich bei seiner Höchststellung im Süden senkrecht auf und geht, auf der rechten Seite liegend, im Westen unter. Folgt man diesem Sternbild mit dem Fotostativ, würde die Kamera nur „auf- und abwärts“ bzw. nach rechts bewegt werden, ohne jedoch die Drehbewegung auszugleichen.
Schematische Darstellung der Himmelsdrehung am Beispiel des Sternbildes Orion. Eine azimutal montierte, nachgeführte Kamera kann das Sternbild Orion nicht im Gesichtsfeld halten, und das Bildfeld dreht sich im Laufe der Zeit (rote Bildfeldrahmen). Ist die Kamera parallaktisch montiert, folgt sie einerseits der Bewegung des Orion und führt gleichzeitig auch eine Drehbewegung aus, sodass das erfasste Bildfeld konstant bleibt (gelbe Bildfeldrahmen).
Eine Montierung, die nur Auf- und Abwärtsbewegungen sowie Schwenks nach rechts und links kennt, wird als „azimutale“ Montierung bezeichnet und der parallaktischen gegenübergestellt. Ein Fotostativ stellt demnach eine einfache Form der azimutalen Montierung dar. Eine ihrer beweglichen Achsen steht gegenüber dem Erdboden senkrecht und erlaubt horizontale Schwenks, also Verstellungen des Azimuts. Die andere Achse verläuft parallel zum Erdboden und sorgt für die Beweglichkeit nach oben und unten, also der Höhe.
Една азимутална монтажа не е подходяща за следени небесни изображения. Изключения представляват монтажите на модерни големи звездни обсерватории. В тях се върти около оптическата ос по сложен начин по време на експонация, за да се противодейства на въртенето на кадъра.
Azimutalna mazht na snimkite
Паралактична монтажна глава
Паралактичните монтажни глави се предлагат в различни изпълнения. Общо за всички тях е, че една от осите им се насочва паралелно на земната ос. Тя се нарича часова ос. Под ъгъл от 90 градуса към нея трябва да има втора ос, наречена деклинационна ос, за да може телескоп или камера да бъдат насочени към всяка точка на небето.
За любителите основно са на разположение два типа; така наречената „немска монтажна глава“ (наречена така заради държавата, в която работеше нейният изобретател - немският оптик и физик Йозеф Фраунхофер), и гафеловата монтажна глава.
Две паралактични монтажни глави: гафеловата монтажна глава (ляво) и „немска монтажна глава“ (дясно). Показаните червени стрели показват позицията на часовата ос.
Немска монтажна глава
Тя се състои от кръст на осите и се характеризира с това, че на едната страна на деклинационната ос седи телескопът или камерата, докато на другата страна е контрапротиво, което осигурява баланса. Предимно сред астрофотографите този тип е много популярен и разпространен, защото часовата ос лесно може да бъде насочена към небесния полюс. Освен това предлагането на немски монтажни глави е богато: всички тегловни и ценови класове са представени, повечето от които могат да бъдат закупени както самостоятелно, така и не само в комбинация с телескоп. Като недостатък се отбелязва, че при използване на телескоп може да удари статива или стълба при проследяване на обект, което изисква превключване от западно в изток (или обратно).
Гафелова монтажна глава
Гафеловите монтажни глави практически се предлагат само в комбинация с телескопи. Като паралактично изпълнение целият гафел трябва да се наклони, за да посочва часовата ос към небесния полюс, което създава по-неблагоприятни механични условия. Повечето гафелови монтажни глави за пазара на любителите всъщност проявяват добре изразено вибриране, поради което те се използват рядко в астрофотографски приложения. За разлика от немската монтажна глава, като предимство на гафеловата монтажна глава може да се отбележи, че небесен обект може да бъде проследяван през цялата нощ, без опасност от сблъсък на телескопа или камерата с препятствие (статив/стълб), следователно превключване не е необходимо.
Периферия
Когато гледаме като монтаж чисто механизма на осите, са необходими допълнителни компоненти, за да се превърне в функционална единица за астрофотография:
• 1. Статив/стълб
Триногата стойка има предимства при мобилно използване, защото може да бъде поставена практически навсякъде. Стълбът осигурява по-голяма свобода на движение за телескоп, но сигурността му на равен терен е под въпрос. Независимо от това, когато се взема решение, трябва да се обърне внимание на високата стабилност. В крайна сметка най-слабото звено в цялата верига ще ограничи стабилността и следователно максималната точност на проследяване.
• 2. Мотори
Някои монтажни глави са с вече инсталирани мотори, докато при други те трябва да бъдат закупени допълнително. За кратки експонации основността на моторния двигател на часовата ос е достатъчна, т.е. може да се откаже от втори мотор за деклинационната ос. При по-дълги експонации може да се наложи и коригиращо движение на деклинационната ос, затова се препоръчва два мотора - по един за всеки оста. Повечето монтажни глави работят с стъпкови мотори, които се движат с микростъпки чрез винт и зъбно колело движенията на монтажните оси. Другото решение са серво моторите.
• 3. Управление
Всяка монтажна глава изисква управление. Ако то липсва в комплекта, трябва да се закупи допълнително. Задачата на управлението е да осигури моторите с напрежение и движещи импулси. Освен това то предлага повече или по-малко бързо и фино моторно движение на монтажната глава във всички посоки чрез четири бутона.
От тези фундаментални функции някои управления предлагат допълнителни елементи:
• Промяна на скоростта на проследяване (освен сидерична, с други думи за звездите, може да бъде насочена и към Слънцето и Луната)
• Връзка за автопроследяване: жак, чрез който с помощта на специална цифрова камера, наречена автопроследяващо, може да се контролира движението на монтажа, ако това бъде необходимо. Този, който работи с дълги фокусни разстояния и продължителни експонации, най-вероятно ще иска да предостави „управлението на проследяването“ на автопроследяващо и ще оцени наличието на връзка за автопроследяване в управлението.
• Функция GoTo: В комбинация с бързи мотори GoTo управлението позволява автоматичното позициониране на монтажа върху обект от ваш избор. За астрофотографа функцията GoTo не играе решаваща роля, следователно, в случай на ограничен бюджет трябва да се инвестира в по-стабилна монтажна глава.
Дистанционното управление на монтажа на телескопа: По две бутона позволяват моторното движение на часовата ос (1) и деклинационната ос (2), за да насочат телескопа точно към небесен обект. С плъзгач на страната (3) управлението може да бъде включено или изключено и операцията може да бъде селектирана на северното или южното полукълбо на земята. Чрез превключвателя (4) се определя скоростта на движението на моторите при използване на бутоните 1 и 2.
• 4. Телескопски пиштил за полюса
Това е миниатюрен телескоп, който се завива в празната часова ос на монтажа и позволява бързо и удобно подравняване (вижте по-долу).
Симулиран поглед чрез телескопски пиштил за полюса. Синят небосвод представя погледа във вечерта. Елементите, които се виждат в окуляра, са осветени с червен светодиод, следователно могат да бъдат различими дори преди черния небосвод. Ясно се вижда желаната позиция на Полюса (Полярис), който е видим на съответното място в изображението. Отклонението на Полюса от истинския небесен полюс (средата на полето на зрение) автоматично се взима предвид. Показаните съзвездия сочат само по посоките и не са видими в телескопския пиштил.
• 5. Захранване
Обичайната работа на монтажите е с 12 волтово постоянно напрежение. Затова е необходимо да се покупи батериен комплект или подходящ акумулатор за мобилната употреба.
• 6. Монтажна релса
За закрепване на телескоп или камера върху монтаж е често необходимо допълнителни аксесоари. Много монтажи разполагат с платформа за свързване, оборудвана с плувен опашник. От страна на телескопа или камерата се използва подходяща призмична релса. При закрепване на камера се препоръчва стабилен сферичен стой.
Поставяне
Парализиращата монтаж трябва да бъде настроена така, че часовото сечение да бъде насочено към северния небесен полюс (към близостта на Северната звезда). Този процес се нарича "настройка".
Най-лесно настройката може да бъде извършена с помощта на полярен търсач. Условие за тази процедура е да е възможно да се види небесният полюс и Северната звезда от мястото на наблюдение и да не са закрити от дърво или къща. Полярният търсач гледа през празното часово сечение и по време на гледане показва маркировка, показваща желаната позиция на Северната звезда.
При това се взема предвид и отклонението на Северната звезда от истинския небесен пол, което в момента е около половин диаметър на пълнолуние. В зависимост от изпълнението на монтажа и полярният търсач, е необходимо просто да се настрои текущата позиция на Северната звезда относно пола, тъй като тя вече обикаля около полюса веднъж на всеки ден.
След това трябва само да се промени наклонът (положението на пол), както и посоката на гледане на полюсната ос (азимут) докато Северната звезда се появи в полярния търсач на планираното място. Като наклона на полюсната ос съответства на географската ширина на мястото на наблюдение, например около 50 градуса за Франкфурт. Добрата монтаж позволява чувствителна настройка на наклона на полюсната ос за евентуални корекции. Посоката на гледане се управлява чрез също толкова чувствителна настройка на азимута.
За да се промени "посоката на гледане" на часовото сечение, тоест азимута, трябва да се движат две ръчни винтчета, които упражняват налягане и обратно на дорна на стойката и позволяват чувствителна хоризонтална настройка на монтажа по време на настройката.
Също така, наклонният ъгъл на часовото сечение, тоест настройката на височината на полюсната ос, се осъществява чрез две ръчни винтчета, работещи с налягане и обратно. Този наклонен ъгъл съответства на географската ширина на мястото на наблюдение и трябва да бъде настроен само по време на настройката.
Дори при по-дълги фокусни разстояния и по-дълго експонирано време, настройката с помощта на коригиран полярен търсач е достатъчно точна. За кратки експониращи времена с по-къси фокусни разстояния дори е достатъчно Северната звезда да бъде просто позиционирана в центъра на полето на зрение на полярния търсач.
Само при високи изисквания за точност на настройката, които могат да се изискват при много дълги експониращи времена, големи фокусни разстояния, стационарни обсерватории на звездите или най-добрата възможна точност на позициониране от страна на GoTo монтажите, се препоръчва за настройка методът по "Шайнер". Този метод изисква наличието на телескоп и окуляр с кръстчета. Подробно описание на тази времеемкаща процедура може да бъде намерено на:
http://www.baader-planetarium.de/montierungen/download/scheiner-klassic.pdf
След настройката монтажът се зарежда, тоест се прикрепят контраки, телескоп и/или камера. След това е необходимо да се балансират часовата ос и деклинационната ос. В идеален случай монтажът остава в своята позиция без да са закрепени осите, независимо на коя точка на небето е насочена.
След това телескопът, монтиран така, че да бъде точно насочен към юг (или към север) и да бъде насочен към хоризонта, тоест да бъде в хоризонтална позиция. Напред съответно се премества контракът по контрактостойката, докато монтажът остане в своята позиция, дори без заклещване на часовата ос.
Изглед от юг на монтажа. Телескоп с камера (вдясно) е насочен към точка на хоризонта на север. Чрез плъзгане на контрактите в оставаща част на контрактостойката (вляво) се постига равновесие, така че телескопът да остане в тази позиция дори без заклещване на часовата ос.
След това се затегва заключването на часовата ос и телескопът се движи в своите тръбни скоби (или чрез дължинното преместване на призмичната релса в нея в държача си) по своята оптична ос, докато деклинационната ос е в равновесие.
Изглед от изток на монтажа. Телескоп с камера (отзад) е насочен към точка на хоризонта на юг. Чрез преместване на призмичната релса (алуминиева лента с дупки) в плувния опашник или чрез преместване на телескопа в неговите тръбни скоби по червената стрелка се осигурява отново равновесие. След това телескопът остава в тази позиция, дори когато заключването на деклинационната ос се освободи.
Не винаги е възможно да се постигне този идеален стопански досег. В такъв случай все пак трябва да се опитате да му се приближите колкото е възможно повече. Целта на балансирането е, че моторите на монтажа да извършват минимална работа по време на движението му. При силно неравновесие също е възможно, че моторното проследяване няма да работи с необходимата точност.
Следващите два епизода от учебната поредица "Астрофотография и небесна фотография" ще се занимават с темите "Дълги експозиции с проследена камера" и "Контрол на проследяването по време на дълга експозиция".
Транспорт
При пренасяне на астрономически монтаж е препоръчително да се премахнат балансиращите тежести и да се отпуснат затягането на часовата и деклинационната ос. Това предпазва механизмите от възникване на вибрации.
Примери за монтажи подходящи за снимане
Когато става дума за намаляване на размерите на багажа, монтажът "AstroTrac 320x" е трудно надминим. Това е прикрепване за фотостативи, което на картината е алуминиевата част. По желание този монтаж може дори да бъде оборудван с търсач за полюса (отгоре вляво), въпреки че се предполага наличието на статив и стативна глава.
Той е подходящ за проследяване на фотоапарати с обективи до около 300 мм фокусно разстояние и може би за много малки и леки телескопи. Батерийният пакет захранва мотора за проследяване. Когато е сгънат, монтажът е толкова голям колкото един равностранен триъгълник в автомобила, само че цената му се върти около 625 евро.
Монтажът "Skywatcher EQ-3" представлява абсолютната долна граница на астрономичните монтажи за проследяване при класическите телескопи, когато е оборудван с мотори, както се вижда на следващата снимка. Може да се възползва само от най-малките телескопи като "полезен товар", по-скоро от фотоапарат с фотообективи и не твърде дълги фокусни разстояния. За снимки с умерени фокусни разстояния и няколко минути експониране тя обаче е подходяща платформа, която може да бъде закупена за около 230 евро, включително стойка, мотори и управление.
Значително по-устойчива е монтажът "Celestron Advanced GT" с GoTo управление. Тя може да понесе средно големи телескопи и фокусни разстояния. При фотографски изисквания по време на продължителни експонации обаче не трябва да се претоварва; защото при много дълги фокусни разстояния прецизността на проследяването не е достатъчна. Като пълен комплект със стойка, търсач за полюса и GoTo управление, тази монтаж струва около 750 евро.
"Vixen GPD2" е истинско "работно животно" и във всеки аспект е подходяща за снимане и заслужава препоръка. Не е евтина и във включената в основното оборудване липсват дори моторите, но тя издържа безупречно около 8 кг товар (без балансиращ тежест) и отговаря на всички изисквания за фотографско използване чрез своята механична прецизност. "Голото" кръстосаналожение без стойка, управление, мотори, но с много точен, подсветен търсач за полюса струва 800 евро. Пълен комплект с бързи мотори, GoTo управление, дървена стойка може да достигне 1800 евро.
"1200 GTO" на Astro-Physics е изключително тежък, но все още относително преносим монтаж, тъй като блокът за деклинацията може да се отдели от единицата за полярна височина и да се транспортира отделно. Заедно те весят над 50 килограма без аксесоари. Този монтаж е добре подходящ за стационарна обсерватория, като товароподемността му е почти 65 кг без балансиращите тежести! За монтажа без аксесоари, но с GoTo управление, трябва да се предвиди петцифрена сума в евро.