Et astronomisk, parallaktisk montering er forudsætningen for skarpe astrofotos med lange eksponeringstider:
Del 9: Håndtering af en astronomisk montering
Hvis et kamera er fastgjort på et almindeligt kamerastativ, vil himmellegemer kun blive skarpt afbildet, hvis eksponeringstiden ikke overstiger en maksimal værdi, der afhænger af brændvidden, den optagede himmelregion, pixelstørrelsen på den anvendte billedsensor og de personlige krav til et "skarpt" billede.
Ved en brændvidde på 3000 millimeter skal man f.eks. forvente en uklar afbildning allerede ved eksponeringstider længere end 1/45 sekund, hvis kameraet ikke følger himlens bevægelse. Selv ved brug af et 24 mm vidvinkelobjektiv vil stjerner efter 10 sekunders eksponering ikke længere blive afbildet som punkter, men som små streger.
Årsagen til dette er Jordens rotation. Himlen synes at dreje sig over vores hoveder fra øst til vest. Derfor står ikke kun Solen og Månen op i øst og går ned i vest, men også planeterne og stjernerne. Centralt i denne bevægelse er himmelpolen (på nordlige halvkugle nordhimlen og på sydlige halvkugle sydhimlen). Dette er det punkt på himlen, hvor den forlængede akse af Jorden rører ved "himmelfæstet", hvis man forestiller sig himlen som en halvkugle. Beboere på den nordlige halvkugle har en fordel: Tæt på nordhimlen er Polaris let genkendelig, også kaldet "Nordstjernen".
Den eneste måde at opnå lange eksponeringstider og alligevel afbilde stjernerne punktformigt på, er ved at følge himlen's rotation under eksponeringstiden. Dertil kræves en astronomisk montering, hvor en akse er justeret parallelt med Jorden akse.
Komponenter af en parallaktisk montering. Se billedoversigt efterfølgende:
• 1: Stativ med tre ben (alternativ: søjlestativ)
• 2: Styring (i det viste tilfælde: avanceret computerstyring med GoTo-funktion og objektdatabase)
• 3: Position af polsøgerkikkert. Den er inde i timeaksen (4), hvis retning angives af pileorienteringen.
• 4: Timeakse, som er den eneste akse, der drives, når monteringen følger himmelens rotation. I bunden sidder polsøgerkikkerten (3), og øverst er den dækket af et låg, som fjernes, når polsøgerkikkerten bruges.
• 5: Position for deklinationsaksen, der fortsættes i modvægtsstangen (12). En bevægelse omkring deklinationsaksen sker normalt ikke under efterfølgning.
• 6: Skruenøglepar, som justerer hældningsvinklen (polhøjden) af timeaksen gennem tryk og modtryk. Den bruges til indretning af monteringen. Når først monteringen er justeret, justeres disse skruer ikke mere.
• 7: Skruenøglepar, der justerer azimut (timeaksens "horisontale" retning) gennem tryk og modtryk (den bageste skrue er svær at se på billedet). Den bruges til indretning af monteringen. Når først monteringen er justeret, justeres disse skruer ikke mere.
• 8: Håndspærre for timeaksen.
• 9: Håndspærre for deklinationsaksen.
• 10: Dovetail guide til optagelse af en prismskinne for at montere et teleskop eller kamera på monteringen.
• 11. Skrueklemme, der sikrer en prismeskinne, der indsættes i dovetail guiden (10).
• 12: Modvægtstang (på billedet uden modvægt).
Azimutal montering
Med et fotostativ ville en sådan efterfølgning ikke være mulig, selv hvis finindstillingen foregår meget blidt. Problemet er, at billedfeltet drejer sig om stjernen, der følges, under en længere eksponering, da et fotostativ ikke kan kompensere for himlens rotationsbevægelse. Forestil dig stjernebilledet Orion: Det står "liggende" i øst, rejser sig lodret ved sin højeste position mod syd og går "liggende" i vest. Hvis man følger dette stjernebillede med fotostativet, vil kameraet kun bevæge sig "op og ned" eller til højre, uden at kompensere for rotationsbevægelsen.
Schematic illustration of the celestial rotation using the example of the Orion constellation. An azimuthally mounted, tracked camera cannot keep the Orion constellation in view, and the image field will rotate over time (red image field frame). If the camera is mounted parallactically, it follows the movement of Orion on one hand and simultaneously performs a rotation motion, keeping the captured image field constant (yellow image field frame).
En azimutal montering er ikke egnet til sporede himmelbilleder. Undtagelser er monteringer af moderne storobservatorier. Her drejes om den optiske akse under eksponeringen i en avanceret procedure for at modvirke billedfeltets rotation.
Azimutal montering (venstre) og parallaktisk montering (højre). Ved azimutal montering (venstre) står begge bevægelsesakser lodret på eller vandret med jorden. Den fungerer som et fotostativ. Den parallaktiske montering (højre) adskiller sig ved timeaksen, der står skråt (pil mod øverste venstre hjørne). Typen "tysk montering" kræver modvægte på deklinationsaksen (pil fra nederste venstre til øverste højre).
Parallakse montering
Parallakse monteringer findes i forskellige udgaver. Fælles for dem alle er, at en akse deraf bliver justeret parallelt med jordens akse. Den kaldes timetasken. I en vinkel på 90 grader til dette skal der være en anden akse, deklinationsaksen, for at kunne justere et teleskop eller et kamera mod enhver punkt på himlen.
For amatører er der primært to typer tilgængelige; den såkaldte "tyske montering" (navngivet efter landet, hvor dens opfinder, den tyske optiker og fysiker Joseph von Fraunhofer, arbejdede) og gaffelmonteringen.
To parallakse monteringer: gaffelmontering (til venstre) og "tysk montering" (til højre). De indtegnede røde pile angiver timetaskens placering.
Tysk montering
Den består af et akse kryds og er kendetegnet ved, at teleskopet eller kameraet er placeret på den ene side af deklinationsaksen, mens der på den anden side sørger et modvægt for balance. Især blandt astrofotografer er denne type meget populær og udbredt, fordi timetasken let kan justeres mod himmelpolen. Derudover er udvalget af tyske monteringer omfattende: Alle vægt- og prisniveauer er repræsenteret, og de fleste af dem kan købes individuelt og ikke kun i forbindelse med et teleskop. Som ulempe skal det nævnes, at ved brug af et teleskop kan det støde mod stativet eller søjlen under forfølgelsen af et motiv, hvilket kræver en omskiftning fra vest- til østposition (eller omvendt).
Gaffelmontering
Gaffelmonteringer tilbydes stort set kun i forbindelse med teleskoper fra handlen. Som en parallakse udgave kræver det, at hele gaffelen vippes, så dens timetasken peger mod himmelpolen, hvilket skaber uhensigtsmæssige mekaniske forhold. De fleste gaffelmonteringer til amatørmarkedet viser faktisk en udtalt vibrationsadfærd, derfor finder man dem sjældent brugt til astrofotografi. I modsætning til den tyske montering kan det nævnes som en fordel ved gaffelmonteringen, at et himmellegeme kan følges hele natten uden at risikere at teleskopet eller kameraet støder mod en forhindring (stativ/søjle), således at omskiftning ikke er nødvendig.
Periferi
Når man betragter ren akselmekanik som en montering, er yderligere komponenter nødvendige for at gøre det til en funktionsdygtig enhed til astrofotografi:
• 1. Stativ/Søjle
Et tripodstativ har fordele ved mobil brug, da det kan placeres praktisk taget overalt. En søjle giver mere bevægelsesfrihed for et teleskop, men står kun sikkert på en plan overflade. Uanset hvad beslutningen er, bør der lægges vægt på høj stabilitet. Til syvende og sidst vil svageste led i hele kæden begrænse stabiliteten og dermed den maksimale følgenøjagtighed.
• 2. Motorer
Nogle monteringer leveres med installeret motorer, mens andre kræver ekstra køb. Til korte eksponeringstider er den motoriske drift af timetasken grundlæggende tilstrækkelig, dvs. en anden motor til deklinationsaksen kan undlades. Ved længere eksponeringstider kan korrekturbevægelser af deklinationsaksen under visse omstændigheder blive nødvendige, så det anbefales at have to motorer - en til hver akse. De fleste monteringer fungerer med stepmotorer, der kører med mikroskridt og bevæger monteringsakserne gennem en tandstang og krans. En anden løsning er servomotorer.
• 3. Styring
Enhver montering kræver en styring. Hvis den ikke medfølger, skal den købes separat. Styringens opgave er at forsyne motorerne med spænding og driftsimpulser. Derudover tilbyder den en mere eller mindre hurtig og finmotorisk bevægelse af monteringen i alle retninger via fire knapper.
Udover disse fundamentale funktioner tilbyder nogle styringer yderligere funktioner:
• Ændring af følge hastighed (udover siderisk, dvs. til stjernerne, også valgfrit til Solen og Månen)
• Autoguider forbindelse: et stik til at regulere monteringsløbet ved hjælp af en speciel digital kamera, der kaldes en autoguider, hvis det skulle blive nødvendigt. De, som arbejder med lange brændvidder og lange eksponeringstider, vil på et tidspunkt overlade "følgekontrollen" til en autoguider og lægge vægt på at styringen har en autoguider-forbindelse.
• GoTo-funktion: I forbindelse med hurtige motorer muliggør en GoTo-styring den automatiske positionering af monteringen på et himmellegeme efter eget valg. For astrofotografen spiller GoTo-funktionen ikke en afgørende rolle, så et begrænset budget bør i tvivlstilfælde investeres i en mere stabil montering.
Håndstyringsboks på en teleskopmontering: To knapper tillader motorisk justering af timetasken (1) samt deklinationsaksen (2) for at justere teleskopet nøjagtigt mod et himmellegeme. Med en skydekontakt på siden (3) kan styringen tændes og slukkes, og driften på Nord- eller Sydhemisfæren af Jorden vælges. Med knappen 4 fastsættes hastigheden på motorerne ved brug af knapperne 1 og 2.
• 4. Polssøgerkikkert
Dette er et minikikkert, der skrues ind i monteringens hule timetasken og muliggør en hurtig og nem opretning (se nedenfor).
Simuleret kig gennem en polssøgerkikkert. Den blå himmel svarer til synet i den avancerede skumring. Elementerne synlige i okularet er oplyst af en rød LED, så de også kan ses før sort himmel. Tydeligt synlig er Polarstjernens (Polaris) ønskede position, som er synlig på det tilsvarende sted i billedet. Polarstjernens afvigelse fra den sande himmelspol (midten af synsfeltet) tages automatisk i betragtning. De indtegnede stjernebilleder angiver kun retningerne og er ikke synlige i polssøgerkikkerten.
• 5. Strømforsyning
Det er almindeligt at bruge 12 volt jævnstrøm til monteringer. Derfor er en batteripakke eller en passende akkumulator nødvendig til mobil brug.
• 6. Montageskinne
For at montere et teleskop eller et kamera på en montering er der som regel behov for yderligere små dele. Mange monteringer har en svalehaleføring som tilslutningsplatform. På teleskop- eller kameraside skal der være en passende prismskinne. Hvis et kamera skal monteres, er en stabil kuglehoved en god tilføjelse.
Opsætning
En parallaktisk montering skal opsættes således, at timeaksen peger mod himmelpolen (dvs. i nærheden af polarstjernen). Denne proces kaldes "polarjustering".
Den nemmeste måde at foretage polarjusteringen er ved hjælp af en polsøger. Forudsætningen herfor er, at himmelpolen og polarstjernen er synlige fra observationsstedet og ikke skjult af f.eks. et træ eller et hus. Polsøgeren kigger gennem den hule timeakse og viser en markering, der repræsenterer polarstjernens ønskede position.
I denne forbindelse tages også hensyn til polarstjernens afvigelse fra den sande himmelpol, som i øjeblikket er omkring halvanden fuldmånediametre. Afhængigt af monteringens og polsøgerens udformning skal polarstjernens aktuelle position i forhold til polen blot justeres, da polarstjernen jo også kredser rundt om polen en gang dagligt.
Derefter skal hældningen (polhøjde) og synsretningen for polaksen (azimut) justeres, indtil polarstjernen er synlig på det forventede sted i polsøgeren. Hældningen af polaksen svarer til observationsstedets geografiske bredde, f.eks. omkring 50 grader for Frankfurt. En god montering tillader præcis justering af polakshældningen til eventuelle korrektioner. Synsretningen justeres med en ligeledes følsom azimutjustering.
For at justere "synsretningen" for timeaksen, dvs. azimut, skal to håndskruer bevæges, hvilket ved tryk og modtryk påvirker en tap på stativpladen og tillader præcis vandret justering af monteringen i forbindelse med polarjusteringen.
Også hældningsvinklen for timeaksen, dvs. justeringen af polhøjden, sker ved hjælp af to håndskruer, der virker med tryk og modtryk. Denne hældningsvinkel svarer til observationsstedets geografiske bredde og skal kun justeres en gang i forbindelse med polarjusteringen.
Selv med længere brændvidder og længere eksponeringstider er polarjustering ved hjælp af en justeret polsøger nøjagtig nok. For korte eksponeringstider med kortere brændvidder er det også tilstrækkeligt, hvis polarstjernen blot positioneres i midten af synsfeltet på polsøgeren.
Kun i tilfælde af høje krav til polarjusteringens præcision, såsom ved meget lange eksponeringstider, lange brændvidder, stationære stjernekikkerter eller den bedst mulige positioneringsnøjagtighed af GoTo-monteringer, anbefales Scheiners metode til polarjustering. Dette kræver, at et teleskop og et trådkorsokular er tilgængelige. En udførlig beskrivelse af denne tidskrævende procedure kan findes her:
http://www.baader-planetarium.de/montierungen/download/scheiner-klassic.pdf
Efter polarjusteringen belastes monteringen, dvs. modvægt, teleskop og/eller kamera monteres. Nu handler det om at balancere timeaksen og deklinationsaksen. I ideel tilstand vil monteringen forblive i sin position uden at akslerne er klemt, uanset hvilket punkt på himlen den er rettet mod.
For dette monteres et teleskop så det pege nøjagtigt mod syd (eller nord) og er rettet mod horisonten, dvs. det er i vandret position. Først justeres modvægten på modvægtstangen, indtil monteringen forbliver i sin position uden at akslen er klemt.
Blik fra syd på monteringen. Teleskopet med kamera (til højre) er rettet mod et punkt på horisonten i nord. Ved at justere modvægtene aksial (til venstre) opnås en balance, således at teleskopet forbliver i denne position selv uden klemt timeakse.
Derefter strammes klemningen af timeaksen, og teleskopet flyttes langs sin optiske akse i sine rørklemmer (eller ved at justere prismeskinnen langs sin holder), indtil også deklinationsaksen er i balance.
Blik fra øst på monteringen. Teleskopet med kamera (tilbag) er rettet mod et punkt på horisonten i syd. Ved at justere prismeskinnen (alufarvet stav med huller) i svalehaleføringen eller ved at flytte teleskopet i dets rørklemmer langs den røde angivne dobbeltpil opnås igen en balance. Derefter forbliver teleskopet i denne position, selv når klæmningen af deklinationsaksen løsnes.
Det er ikke altid muligt at opnå denne ideelle tilstand. Men du bør alligevel forsøge at komme så tæt på som muligt. Målet med at balancere er, at motorerne ved monteringens bevægelse skal udføre så lidt arbejde som muligt. Ved stor ubalance skal du også forvente, at den motoriske styring ikke længere arbejder med den nødvendige præcision.
Efter denne procedure har du en funktionel enhed til at følge himlens bevægelser med dit kamera, uden at jordrotationen forårsager stregformede stjernebilleder ved langtidseksponeringer.
Tilslut styringen af monteringen og forsyn den med strøm. Sørg for, at førehastigheden er indstillet på "siderisk" eller "stjerne", når du optager andre himmellegemer end månen og solen. Hvis styringen tillader drift af monteringen på den sydlige halvkugle, skal "Norden" være indstillet, ellers vil timeaksen dreje i den forkerte retning. Løsn derefter klemmerne på time- og deklinationsaksen og ret dit teleskop og/eller kamera mod det ønskede himmelområde, og stram begge klemmer forsigtigt igen. Vent et par sekunder før den første eksponering for at give motoraksen tid til at gribe ordentligt i tandkransen.
De næste to afsnit af tutorial-serien "Astro- und Himmelsfotografie" vil beskæftige sig med emnerne "Langtidseksponeringer med et følget kamera" og "Følgekontrol under en langtidseksponering".
Transport
Under transport af en astronomisk montering skal modvægtene fjernes, og klemmerne på time- og deklinationsaksen løsnes. Dette skåner mekanikken under eventuelle vibrationer.
Eksempler på kameravenlige monteringer
Når det drejer sig om at reducere bagagevægt, er monteringen "AstroTrac 320x" næsten uovertruffen. Det er en adapter til kamerastativer, i billedet er det den aluminiumsfarvede del. Valgfrit kan denne montering endda udstyres med et polsøgerkikkert (øverst til venstre), dog forudsættes det, at der er et stativ og et stativhoved til stede.
Den egner sig til at følge kameraer med objektiver op til ca. 300mm brændvidde og eventuelt til meget små og lette teleskoper. Et batteripakke driver motoren til styring. Sammenklappet er monteringen lige så stor som en advarselstrekant i en bil, dog er prisen desværre ret høj (fra 625 euro).
"Skywatcher EQ-3" udgør absolut nedre grænse for guidede optagelser med klassiske teleskopmonteringer, når den - som vist på næste billede - er udstyret med motorer. Muligvis kan kun meget små teleskoper passe som "nyttelast", mere sandsynligt er en kamera med fotolinser og ikke for lange brændvidder. Men den er helt sikkert en passende platform til optagelser med moderate brændvidder og nogle minutters eksponeringstid, kompleks med stativ, motorer og styring kan købes for omkring 230 euro.
"Celestron Advanced GT" med GoTo-styring er betydeligt mere stabil. Den bærer også teleskoper af medium størrelse og brændvidde. Når der er fotokrav i form af langtidseksponeringer, må den dog ikke overbelastes; da præcisionen af styringen ikke er tilstrækkelig ved meget lange brændvidder. Som en kompletpakke med stativ, polsøgerkikkert og GoTo-styring koster denne montering ca. 750 euro.
"Vixen GPD2" er en ægte "arbejdshest" og i enhver henseende egnet til fotografering og værd at anbefale. Den er ikke billig, og i basisudgaven mangler endda motorerne, men den bærer ca. 8 kg nyttelast (uden modvægt) uden problemer og opfylder med sin mekaniske præcision alle krav til fotografisk brug. Det "nøgne" akse-kryds uden stativ, styring, motorer, men med meget præcis, oplyst polsøgerkikkert koster 800 euro. En komplet pakke med hurtige motorer, GoTo-styring, træstativ kan løbe op i 1800 euro.
"1200 GTO" fra Astro-Physics er en ekstremt tung, men stadig nogenlunde transportabel montering, da deklinationsblokken kan adskilles fra polhøjdsenheden og transporteres separat. Sammen vejer de allerede over 50 kilogram uden tilbehørsdele. Denne montering er bedst egnet til et stationært observatorium, dens bæreevne er næsten 65 kilogram uden modvægt! For monteringen uden tilbehør, men med GoTo-styring, skal der forventes en femcifret euro-pris.
