Astronomický, paralaktický montáž je předpokladem pro ostré astrofotografie s dlouhými expozičními dobami:
Část 9: Manipulace s astronomickou montáží
Pokud je fotoaparát pevně upevněn na běžném fotografickém stativu, jsou obložné objekty zobrazeny ostré pouze tehdy, pokud doba expozice nepřesáhne maximální hodnotu, která závisí na ohniskové vzdálenosti, zachycené oblasti na obloze, velikosti pixelu použitého snímače a osobních nárocích na „ostrý“ obraz.
Například při ohniskové vzdálenosti 3000 milimetrů je třeba počítat s rozmazáním obrazu po expozicích delších než 1/45 sekundy, pokud fotoaparát nedrží krok s pohybem oblohy. Dokonce i při použití 24mm širokoúhlého objektivu se hvězdy po 10 sekundách expozice nezobrazují jako body, ale jako malé čáry.
Příčinou toho je rotace Země. Obloha zdánlivě rotuje nad našimi hlavami z východu na západ. Takže se nejen Slunce a Měsíc, ale i planety a hvězdy zvedají na východě a zase zapadají na západě. Osa otáčení této pohybu je poloha nebeského pólu (na severní polokouli severní nebeský pól, na jižní polokouli jižní nebeský pól). To je místo na obloze, kde prodloužená osa Země dotýká „nebeské klenby“, pokud si představíme oblohu jako polokouli. Obyvatelé severní polokoule mají v tomto směru výhodu: V těsné blízkosti severního nebeského pólu je snadno identifikovatelná Polárka, nazývaná také jako „Severní hvězda“.
Jediný způsob, jak dosáhnout dlouhých expozic a zároveň zachovat hvězdy jako body, je sledovat fotoaparát během expozice rotace oblohy. K tomu je zapotřebí astronomická montáž, kde je jedna osa zarovnána paralelně s osou Země.
Pokud je tato osa během expozice pohybující se rychlostí, vznikají „následující“ obložné fotografie. Obvykle se tento pohyb provádí pomocí elektromotoru. Astronomická montáž je také označována jako paralaktická nebo rovníková.
Části paralaktické montáže. Legenda - viz následující přehled:
• 1: Trojnožkový stativ (alternativa: sloupový stativ)
• 2: Ovládání (v zobrazeném případě: složité počítačové ovládání s funkcí GoTo a databází objektů)
• 3: Poloha dalekohledu pro hledání pólu. Nachází se uvnitř hodinové osy (4), jejíž směr je naznačen šipkovou orientací.
• 4: Hodinová osa, která je jedinou osou poháněnou při sledování rotace oblohy. V dolní části je umístěn optický vyhledávač pólu (3), horní část je uzavřena víkem, který se odejme, když se používá optický vyhledávač pólu.
• 5: Poloha deklinované osy, která pokračuje svým prodloužením ve závaží (12). Pohyb kolem deklinované osy obvykle během sledování nenastává.
• 6: Pár šroubů, který nastavením tlaku a protitlaku umožňuje nastavení sklonu (polohy pólu) hodinové osy. Používá se pro zarovnání montáže. Jakmile je montáž jednou zarovnána, tyto šrouby se již neupravují.
• 7: Pár šroubů, který nastavením tlaku a protitlaku umožňuje nastavení azimutu (horizontální "směr pohledu" hodinové osy) (zadní šroub je na obrázku obtížně viditelný). Slouží k zarovnání montáže. Jakmile je montáž jednou zarovnána, tyto šrouby se již neupravují.
• 8: Šroubové upnutí hodinové osy.
• 9: Šroubové upnutí deklinované osy.
• 10: Drážka hrdla holubice pro uchycení prizmatického kolejnice k nasazení dalekohledu nebo fotoaparátu na montáž.
• 11. Šroubové upnutí, které zajišťuje prizmatickou kolejnici zasunutou do drážky hrdla holubice (10).
• 12: Závaží (na obrázku bez závaží).
Azimutální montáž
S fotografickým stativem by takové sledování nebylo možné, a to i v případě velmi jemného ladění. Selhalo by v tom, že během dlouhé expozice pole obrazu rotuje kolem hvězdy, na kterou se sleduje, protože fotografický stativ není schopen vyrovnat rotační pohyb oblohy. Představte si souhvězdí Orionu: na levé straně vychází na východě „ležící“, při maximální výšce na jihu se postaví svisle a na pravé straně „ležící“ zapadá na západě. Pokud byste sledovali toto souhvězdí Orionu s fotografickým stativem, fotoaparát by se pohyboval „nahoru a dolů“ nebo doprava, aniž by však vyrovnal rotační pohyb.
Schematické znázornění otáčení oblohy na příkladu souhvězdí Orionu. Azimutálně montovaný sledovaný fotoaparát nemůže udržet souhvězdí Orionu v zorném poli a pole obrazu se v průběhu času otáčí (červené rámování obrazovky). Jestliže je fotoaparát paralakticky montován, jednak sleduje pohyb Orionu a současně vykonává rotační pohyb, aby pole obrazu zůstalo konstantní (žluté rámování obrazovky).
Montáž, která zná pouze pohyby nahoru a dolů a otočky doleva a doprava, je označována jako „azimutální“ montáž a je představena proti paralaktické. Fotografický stativ tvoří tedy jednoduchou formu azimutální montáže. Jedna z jejích pohyblivých os je kolmá na zem a umožňuje horizontální otočky, tedy změny azimutu. Druhá osa je paralelní k zemi a zajišťuje pohyblivost nahoru a dolů, tedy výšky.
Azimutální montáž není vhodná pro sledování oblohy. Výjimkou jsou montáže moderních velkých observatoří. Zde se během expozice provádí složitý postup otáčení kolem optické osy, aby se vyrovnala rotace pole obrazu.
Azimutální montáž (vlevo) a paralaktická montáž (vpravo). U azimutální montáže stojí obě pohyblivé osy kolmo nebo vodorovně k zemi. Funguje jako fotografický stativ. Paralaktická montáž (vpravo) se vyznačuje šikmou hodinovou osou (šipka doleva nahoru). Typ „německé montáže“ vyžaduje vyvážení na deklinované ose (šipka zleva dole doprava).
Paralaktický montážní systém
Paralaktické montáže existují v různých provedeních. Všechny mají společné to, že jedna z os je zarovnána paralelně s osou Země. Tato osa se nazývá hodinová osa. Pod úhlem 90 stupňů k ní musí existovat druhá osa nazývaná deklinace, aby bylo možné nastavit dalekohled nebo fotoaparát na libovolný bod na obloze.
Pro amatéry jsou v podstatě k dispozici dva typy; tzv. "německý montážní systém" (pojmenován po zemi, ve které působil jeho vynálezce, německý optik a fyzik Joseph von Fraunhofer) a vidlicový montážní systém.
Dva paralaktické montáže: vidlicový montážní systém (vlevo) a "německý montážní systém" (vpravo). Načrtnuté červené šipky ukazují polohu hodinové osy.
Německý montážní systém
Skládá se z osového kříže a je charakterizován tím, že na jedné straně osy deklinace je umístěn dalekohled nebo fotoaparát, zatímco na druhé straně se vyvážecí hmotností zajišťuje rovnováha. Zejména u astrofotografů je tento typ velmi oblíbený a rozšířený, protože hodinová osa lze snadno zarovnat k nebeskému pólu. Navíc je nabídka německých montážních systémů bohatá: jsou zastoupeny všechny hmotnostní a cenové třídy a většina z nich může být zakoupena samostatně, nikoliv pouze ve spojení s dalekohledem. Jako nevýhoda je třeba uvést, že při použití dalekohledu může při sledování objektu na stativu nebo sloupu docházet k nárazům, což vyžaduje přepnutí z pozice západní do východní (nebo naopak).
Vidlicový montážní systém
Vidlicové montáže jsou prakticky nabízeny pouze ve spojení s dalekohledy obchodníkem. Pro paralaktické provedení je třeba celou vidlici naklonit tak, aby její hodinová osa směřovala k nebeskému pólu, což vytváří spíše nevýhodné mechanické podmínky. Většina vidlicových montáží pro trh amatérů skutečně vykazuje výrazné kmitání, proto se v astrofotografickém nasazení zřídka setkávají. Na rozdíl od německé montáže je jako výhoda vidlicové montáže třeba zmínit, že nebeský objekt lze sledovat celou noc, aniž by hrozilo, že dalekohled nebo fotoaparát narazí do překážky (stojan/sloup), tudíž přepnutí není nutné.
Periferie
Pokud se podíváte na čistě mechaniku os, potřebujete další komponenty, abyste z toho mohli vytvořit jednotku funkční pro astrofotografii:
• 1. Stojan/sloup
Trojnožkový stativ má v mobilním nasazení výhody, protože jej lze prakticky postavit kdekoli. Sloup nabízí větší volnost pohybu pro dalekohled, ale stojí pouze na rovném povrchu. Bez ohledu na rozhodnutí by se měla dbát na vysokou stabilitu. Nakonec bude nejslabším článkem v celém řetězci stabilita a tím i maximální přesnost sledování.
• 2. Motory
Některé montáže jsou dodávány s již instalovanými motory, u jiných je třeba je dokoupit. Pro krátké expoziční časy stačí v podstatě motorický pohon hodinové osy, tj. lze se obejít bez druhého motoru pro osu deklinace. Při delších expozičních časech se může podle okolností vyžadovat i korekční pohyby osy deklinace, takže jsou doporučeny dva motory - pro každou osu jeden. Většina montáží pracuje se krokovými motory, které běží s mikrokroky a pomocí šnekového převodu a ozubeného kola pohybují osami montáže. Jiným řešením jsou servomotory.
• 3. Ovládání
Pro každou montáž je potřeba ovládání. Pokud nejsou součástí dodávky, musí být dokoupena samostatně. Úkolem ovládání je dodávat motorům napětí a pohonné impulsy. Navíc nabízí více či méně rychlý a jemný motorický pohyb montáže ve všech směrech přes čtyři tlačítka.
Vedle těchto základních funkcí nabízejí některá ovládání další funkční prvky:
• Změna rychlosti sledování (kromě siderického, tedy na hvězdy, volitelně také pro Slunce a Měsíc)
• Připojení autoguideru: zásuvka, která umožňuje zasahovat do pohybu montáže regulujícím způsobem pomocí speciální digitální kamery nazývané autoguider, pokud by to bylo nutné. Ti, kteří pracují s dlouhými ohnisky a dlouhými expozičními časy, se dříve či později spolehnou na "kontrolu sledování" pomocí autoguideru a budou klást důraz na vybavení ovládání zásuvkou pro autoguider.
• Funkce GoTo: S rychlými motory umožňuje GoTo ovládání automatické pozicování montáže na objekt na obloze vašeho výběru. Pro astrofotografa není funkce GoTo rozhodující, takže v případě pochybností by měly být prostředky raději investovány do stabilnější montáže.
Ovládací box ruky dalekohledné montáže: Každé dvě tlačítka umožňují motorické nastavení hodinové osy (1) a osy deklinace (2) pro přesné namíření dalekohledu na objekt na obloze. Přepínačem na boku (3) lze ovládání zapínat a vypínat a vybrat provoz na severní nebo jižní polokouli Země. Přepínačem 4 se stanoví rychlost motorů při použití tlačítek 1 a 2.
• 4. Hledáček pólu
Jedná se o minidalekohled, který je zasunut do duté hodinové osy montáže a umožňuje rychlé a pohodlné nasměrování (viz níže).
Simulovaný pohled skrze hledáček pólu. Modrá obloha odpovídá pohledu v pokročilém soumraku. Prvky viditelné v okuláru jsou osvětleny červeným LED světlem, takže jsou viditelné i před černou oblohou. Je jasně vidět cílovou pozici Polárky, která je viditelná na odpovídajícím místě v obrázku. Odchylka Polárky od skutečného nebeského pólu (ve středu zorného pole) je automaticky brána v úvahu. Vyznačené souhvězdí poukazují pouze na směry a ve hledáčku pólu nejsou viditelné.
• 5. Napájení
Běžným provozem montáží je 12voltové stejnosměrné napájení. Pro mobilní nasazení je tedy nutné pořídit bateriový balíček nebo odpovídající aku.
• 6. Montážní lišta
Pro upevnění dalekohledu nebo kamery na montáži jsou obvykle potřebné další drobné součástky. Mnoho montáží má jako montážní platformu drážku ve tvaru ocasu vlaštovky. Pak je třeba na straně dalekohledu nebo kamery použít vhodnou hranolovou lištu. Pokud má být kamera připevněna, je stabilní koule na kloubu dobrým doplňkem.
Postavení
Paralaktická montáž musí být postavena tak, aby osa hodin ukazovala na severní nebeský pól (tedy k Polární hvězdě). Tento proces se nazývá „zarovnání“.
Nejjednodušší je provádět zarovnání pomocí polohového dalekohledu. Podmínkou je, že se ze sledovacího místa musí dobře vidět severní nebeský pól a Polární hvězdu, nejsou-li například zakryty stromem nebo domem. Polohový dalekohled sleduje dutou osu hodin a při pohledu skrz něj ukazuje značku, která představuje požadovanou pozici Polární hvězdy.
Přitom se bere v úvahu i odchylka Polární hvězdy od pravého nebeského pólu, která v současné době činí přibližně jeden a půl průměru měsíce. V závislosti na provedení montáže a polohového dalekohledu je zapotřebí pouze nastavit aktuální polohu Polární hvězdy vzhledem k pólu, neboť ten se též jednou denně pohybuje kolem pólu.
Poté stačí pouze upravit náklon (výšku pólu) a směr pohledu polohové osy (azimut), dokud není Polární hvězda v polohovém dalekohledu vidět na požadovaném místě. Náklon polohové osy odpovídá geografické šířce sledovacího místa, tedy přibližně 50 stupňů pro Frankfurt nad Mohanem. Kvalitní montáž umožňuje jemné nastavení náklonu polohové osy pro případné korekce. Směr pohledu je kontrolován rovněž jemně pracujícím nastavením azimutu.
Pro úpravu „směru pohledu“ osy hodin, tedy azimutu, je zapotřebí pohybovat dvěma ručními šrouby, které působí tlakem a protitlakem na hřídel stativové desky a umožňují jemné horizontální zarovnání montáže během zarovnávání.
Stejně tak se náklonový úhel osy hodin, tedy nastavení výšky pólu, provádí dvěma ručními šrouby, které působí tlakem a protitlakem. Tento náklonový úhel odpovídá geografické šířce sledovacího místa a musí být nastaven pouze jednou při zarovnání.
I při použití delších ohniskových vzdáleností a déle trvajících expozic je zarovnání pomocí kalibrovaného polohového dalekohledu dostatečně přesné. Pro krátké expozice s kratšími ohniskovými vzdálenostmi stačí, když je Polární hvězda jednoduše umístěna do středu zorného pole polohového dalekohledu.
Pouze při vysokých nárocích na přesnost zarovnání, jako je tomu u velmi dlouhých expozic, dlouhých ohniskových vzdáleností, stacionárních hvězdáren nebo nejlepšího možného umístění GoTo montáží, se doporučuje pro zarovnání metoda podle „Scheinera“. Vyžaduje se, aby byl k dispozici dalekohled a křížový okulár. Podrobný popis tohoto časově náročného postupu naleznete na:
http://www.baader-planetarium.de/montierungen/download/scheiner-klassic.pdf
Po zarovnání je montáž naložena, tzn. připevněna je protizávaží, dalekohled a/nebo kamera. Nyní je třeba vyvážit osu hodin a osu deklinace. V ideálním případě zůstane montáž ve své pozici, aniž by byly osy upnuty, bez ohledu na to, na který bod nebe je namířena.
K tomu je dalekohled nastaven tak, aby směřoval přesně na jih (nebo na sever) a byl nasměrován na horizont, tedy byl vodorovně. Nejprve je protizávaží na držáku protizávaží posunuto axiálně, dokud montáž zůstane v pozici i bez upnutí osy hodin.
Pohled od jihu na montáž. Dalekohled s kamerou (vpravo) byl namířen na bod na severním obzoru. Axialním posunem protizávaží (vlevo) je ustanovena rovnováha, takže dalekohled zůstává v této poloze i při nezajištěné ose hodin.
Pak je upnutí osy hodin utaženo a dalekohled je přesunut po jeho držákách trubky (případně posunutím hranolové lišty ve svém držáku) podél jeho optické osy, dokud není vyvážena i osa deklinace.
Pohled od východu na montáž. Dalekohled s kamerou (vzadu) byl namířen na bod na jižním obzoru. Posunutím hranolové lišty (alově zbarvený prvek s otvory) ve drážce ve tvaru ocasu vlaštovky nebo posunem teleskopu ve svých držáci podél červeně vyznačeného dvojitého šipky se opět vytvoří rovnováha. Poté zůstane teleskop ve své poloze i tehdy, když je odemčeno upnutí osy deklinace.
Není vždy možné dosáhnout tohoto ideálního stavu. Pak byste se však měli pokusit mu aspoň co nejvíce přiblížit. Cílem vyvážení je minimalizovat práci motorů během pohybu montáže. Při silném nerovnováze je navíc třeba počítat s tím, že pohonná následování nebude pracovat s dostatečnou přesností.
Po provedení tohoto kroku máte k dispozici funkční zařízení pro sledování pohybu hvězd kamerou, aniž by rotace Země při dlouhých expozicích způsobovala pruhovité obrazy hvězd.
Připojte řízení montáže a zásobte ji napětím. Ujistěte se, že následování je nastaveno na „siderní“ nebo „hvězdný“, pokud chcete zachytit jiné nebeské objekty než Měsíc a Slunce. Jestliže řízení umožňuje provoz montáže i na Jižní polokouli Země, je třeba nastavit „sever“, jinak se osa hodin bude otáčet ve špatném směru. Poté uvolněte upínání osy hodin a deklinace a zaměřte váš teleskop a/nebo kameru na požadovanou oblast nebe, poté obě upínání zase jemným tlakem stáhněte. Před spuštěním první expozice počkejte několik sekund, aby se pohonný šnek mohl správně zachytit ve zubech ozubeného kruhu.
Další dvě části řady tutoriálů „Astro- a nebeská fotografie“ se budou věnovat tématům „Dlouhé expozice s následovanou kamerou“ a „Následová kontrola během dlouhé expozice“.
Doprava
Při přepravě astronomické montáže je vhodné odstranit vyvážecí závaží a povolit svorky hodinové a deklinální osy. Tím se chrání mechanika před případnými otřesy.
Příklady montáží vhodných pro fotografování
Pokud jde o snížení rozměrů zavazadel, je obtížné najít lepší volbu než montáž "AstroTrac 320x". Jedná se o příslušenství pro fotostativy, na obrázku zobrazené v hliníkové barvě. Volitelně lze tuto montáž vybavit dokonce i dalekohledovým vyhledávačem (vlevo nahoře), předpokládá se však existence stativu a stativové hlavy.
Hodí se pro sledování kamer s objektivy o ohniskové vzdálenosti do cca 300 mm a případně pro velmi malé a lehké dalekohledy. Motor pro sledování je napájen baterií. Složená je montáž stejně velká jako varovný trojúhelník v autě, pouze její cena je bohužel poměrně vysoká (od 625 eur).
"Skywatcher EQ-3" představuje absolutní dolní hranici pro snímané záběry u klasických dalekohledových montáží, pokud je - jak je vidět na následujícím obrázku - vybavena motory. Jako "náklad" mohou přijít v úvahu pouze nejmenší dalekohledy, spíše fotoaparát s objektivy a ne zase tak dlouhými ohnisky. Pro záběry s mírnými ohnisky a několika minutami expozice je však absolutně vhodnou platformou, která včetně stativu, motorů a ovládání stojí zhruba 230 eur.
Podstatně stabilnější je montáž "Celestron Advanced GT" s řízením GoTo. Unese také středně velké dalekohledy a ohniskové vzdálenosti. Při fotografických požadavcích spojených s dlouhodobými expozicemi však nesmí být přetížena; v případě velmi dlouhých ohnisek není přesnost sledování dostatečná. Jako kompletní balíček se stativem, dalekohledovým vyhledávačem a ovládáním GoTo tato montáž stojí zhruba 750 eur.
„1200 GTO“ od Astro-Physics je extrémně těžká, ale stále relativně přenosná montáž, protože je možné oddělit deklinální blok od jednotky pro polohu pólu a transportovat je samostatně. Obě spolu totiž váží již bez příslušenství přes 50 kg. Tato montáž je dobře uložena v pevné hvězdárně, její nosnost je téměř 65 kg bez vyvážecích závaží! Pro montáž bez příslušenství, ale s ovládáním GoTo, je nutné počítat s pěticiferným částkou v eurech.
