Una montura astronómica paraláctica es el requisito previo para obtener astrofotografías nítidas con tiempos de exposición largos:
Parte 9: Manejo de una montura astronómica
Si se fija una cámara a un trípode fotográfico normal, sólo se obtendrán imágenes nítidas de los objetos celestes si el tiempo de exposición no supera un valor máximo que depende de la distancia focal, la región del cielo que se fotografíe, el tamaño en píxeles del sensor de imagen utilizado y los requisitos personales para obtener una imagen "nítida".
Con una distancia focal de 3.000 milímetros, por ejemplo, cabe esperar una imagen borrosa incluso con tiempos de exposición superiores a 1/45 de segundo si la cámara no sigue el movimiento del cielo. E incluso cuando se utiliza un objetivo gran angular de 24 milímetros, las estrellas ya no se representan como puntos sino como pequeñas líneas tras un tiempo de exposición de 10 segundos.
La razón es la rotación de la Tierra. El cielo parece girar de este a oeste sobre nuestras cabezas. En consecuencia, no sólo el sol y la luna, sino también los planetas y las estrellas salen por el este y se ponen por el oeste. El centro de este movimiento es el polo celeste (el polo norte celeste en el hemisferio norte y el polo sur celeste en el hemisferio sur), que es el punto del cielo donde el eje alargado de la Tierra toca la "bóveda celeste" si se imagina el cielo como un hemisferio. Los habitantes del hemisferio norte tienen una ventaja: muy cerca del polo norte celeste se encuentra la Estrella Polar, también conocida como "Estrella del Norte", fácil de encontrar.
La única forma de conseguir tiempos de exposición largos y, a la vez, obtener una imagen precisa de las estrellas es seguir la rotación del cielo durante el tiempo de exposición. Para ello se necesita una montura astronómica con un eje paralelo al eje de la Tierra.
Si este eje se mueve a la velocidad correcta durante la exposición, se obtienen fotos del cielo "seguidas". Este movimiento suele realizarse mediante un motor eléctrico. Una montura astronómica también se conoce como montura ecuatorial o paraláctica.
Componentes de una montura ecuatorial. Leyenda - véase el resumen a continuación:
- 1: Trípode (alternativa: trípode de columna)
- 2: Controlador (en el caso mostrado: controlador informático complejo con función GoTo y base de datos de objetos)
- 3: Posición de observación del visor polar. Se encuentra dentro del eje horario (4), cuya dirección se indica mediante la orientación de la flecha.
- 4: Eje horario, que es el único eje que se acciona cuando la montura sigue la rotación del cielo. El extremo inferior contiene el buscador polar (3), el extremo superior está cerrado con una tapa que se retira cuando se utiliza el buscador polar.
- 5: Posición del eje de declinación, que se continúa en la varilla del contrapeso (12). Normalmente no hay movimiento alrededor del eje de declinación durante el seguimiento.
- 6: Par de tornillos que, aplicando presión y contrapresión, permiten ajustar el ángulo de inclinación (altura del polo) del eje horario. Sirve para nivelar la montura. Una vez nivelada la montura, estos tornillos ya no se ajustan.
- 7: Par de tornillos que permiten ajustar el acimut ("dirección de visión" horizontal del eje horario) mediante presión y contrapresión (el tornillo trasero es difícil de reconocer en la ilustración). Sirve para nivelar la montura. Una vez nivelada la montura, estos tornillos ya no se pueden ajustar.
- 8: Palanca de sujeción del eje horario.
- 9: Palanca de sujeción del eje de declinación.
- 10: Guía de cola de milano para sujetar una barra de cola de milano para fijar un telescopio o una cámara a la montura.
- 11: Abrazadera de tornillo que sujeta una barra de cola de milano insertada en la guía de cola de milano (10).
- 12: Barra de contrapeso (sin contrapeso en la ilustración).
Montura acimutal
Este seguimiento no sería posible con un trípode fotográfico, aunque el ajuste fino fuera muy suave. Fallaría porque el campo de la imagen giraría alrededor de la estrella que se está siguiendo durante una exposición más larga, ya que un trípode fotográfico no puede compensar el movimiento de rotación del cielo. Imagine la constelación de Orión: Se levanta, "tumbada" sobre su lado izquierdo, en el este, se eleva verticalmente en su posición máxima en el sur y se pone, tumbada sobre su lado derecho, en el oeste. Si sigue esta constelación con el trípode fotográfico, la cámara sólo se movería "arriba y abajo" o hacia la derecha, pero sin compensar el movimiento de rotación.
Representación esquemática de la rotación celeste utilizando la constelación de Orión como ejemplo. Una cámara de seguimiento montada azimutalmente no puede mantener la constelación de Orión en el campo de visión, y el campo de imagen rota con el tiempo (cuadro rojo del campo de imagen). Si la cámara está montada de forma paralela, por un lado sigue el movimiento de Orión y simultáneamente realiza un movimiento de rotación para que el campo de visión capturado permanezca constante (fotograma amarillo del campo de visión).
Una montura que sólo conoce los movimientos hacia arriba y hacia abajo, así como el giro a derecha e izquierda, se denomina montura "azimutal" y se contrapone a la montura paraláctica. Un trípode fotográfico es, por tanto, una forma sencilla de montura azimutal. Uno de sus ejes móviles es perpendicular al suelo y permite el giro horizontal, es decir, el ajuste del acimut. El otro eje es paralelo al suelo y garantiza el movimiento hacia arriba y hacia abajo, es decir, la altitud.
Una montura acimutal no es adecuada para el seguimiento de imágenes del cielo. Las monturas de los grandes observatorios modernos son excepciones. En ellas, el eje óptico se gira en un complejo proceso durante la exposición para contrarrestar la rotación del campo de la imagen.
Montura azimutal (izquierda) y montura paraláctica (derecha). Con la montura azimutal, ambos ejes de movimiento son perpendiculares u horizontales al suelo. Funciona como un trípode fotográfico. La montura paraláctica (derecha) se caracteriza por el eje horario inclinado (flecha hacia arriba a la izquierda). El tipo de "montura alemana" requiere contrapesos en el eje de declinación (flecha de abajo a la izquierda hacia arriba a la derecha).
Montura paraláctica
Las monturas paralácticas están disponibles en varios diseños. Todas tienen en común que un eje está alineado en paralelo al eje de la Tierra. Se denomina eje horario. Debe haber un segundo eje en un ángulo de 90 grados con respecto a éste, el eje de declinación, para poder alinear un telescopio o una cámara con cualquier punto del cielo.
Hay dos tipos principales disponibles para los aficionados: la llamada "montura alemana" (llamada así por el país en el que trabajó su inventor, el óptico y físico alemán Joseph von Fraunhofer) y la montura de horquilla.
Dos monturas ecuatoriales: la montura de horquilla (izquierda) y la "montura alemana" (derecha). Las flechas rojas indican la posición del eje horario.
Montura alemana
Consiste en una cruz de ejes y se caracteriza porque el telescopio o la cámara se asientan en un lado del eje de declinación, mientras que un contrapeso proporciona el equilibrio en el otro lado. Este tipo es especialmente popular y está muy extendido entre los astrofotógrafos porque el eje horario puede alinearse fácilmente con el polo celeste. Además, la gama de monturas alemanas es amplia: están representadas todas las categorías de peso y precio, y la gran mayoría de ellas pueden adquirirse individualmente y no sólo junto con un telescopio. Una desventaja es que, cuando se utiliza un telescopio, éste puede golpear el trípode o la columna al seguir a un sujeto, lo que hace necesario girar de la posición oeste a la este (o viceversa).
Montura de horquilla
Las monturas de horquilla prácticamente sólo se ofrecen comercialmente junto con los telescopios. Al ser un diseño ecuatorial, toda la horquilla debe inclinarse para que su eje horario apunte al polo celeste, lo que crea unas condiciones mecánicas bastante desfavorables. De hecho, la mayoría de las monturas de horquilla para el mercado aficionado presentan un comportamiento oscilatorio pronunciado, razón por la cual rara vez se utilizan para la astrofotografía. A diferencia de la montura alemana, la ventaja de la montura de horquilla es que se puede seguir un objeto celeste durante toda la noche sin que el telescopio o la cámara corran peligro de chocar contra un obstáculo (trípode/pilar), por lo que no es necesario girar en redondo.
Periferia
Si se considera que la montura es puramente mecánica axial, se necesitan más componentes para convertirla en una unidad funcional para la astrofotografía:
- 1. trípode/pilar
Un trípode tiene ventajas en el uso móvil, ya que puede instalarse prácticamente en cualquier lugar. Una columna ofrece más libertad de movimiento para un telescopio, pero sólo se mantiene firme sobre una superficie nivelada. Sea cual sea la decisión, debe garantizarse un alto grado de estabilidad. En última instancia, el eslabón más débil de toda la cadena limitará la estabilidad y, por tanto, también la máxima precisión de seguimiento.
- 2. motores
Algunas monturas se suministran con motores ya instalados, otras deben adquirirse por separado. Para tiempos de exposición cortos, el accionamiento motorizado del eje horario es básicamente suficiente, es decir, no es necesario un segundo motor para el eje de declinación. Para tiempos de exposición más largos, también pueden ser necesarios movimientos correctores del eje de declinación, por lo que se recomiendan dos motores, uno para cada eje. La mayoría de las monturas funcionan con motores paso a paso que funcionan con micropasos y mueven los ejes de la montura mediante un tornillo sin fin y una corona dentada. Otra solución son los servomotores.
- 3. unidad de control
Toda montura requiere un controlador. Si no está incluido en el volumen de suministro, debe adquirirse por separado. La tarea del controlador es suministrar tensión e impulsos de accionamiento a los motores. Además, proporciona el movimiento motorizado más o menos rápido y fino del soporte en todas las direcciones mediante cuatro botones.
Además de estas funciones fundamentales, algunos controladores ofrecen otras prestaciones:
- Cambio de la velocidad de seguimiento (además de sideral, es decir, a las estrellas, opcionalmente también para el sol y la luna).
- Conexión de autoguiado: una toma para poder regular el movimiento de la montura mediante una cámara digital especial llamada autoguiado, en caso de que sea necesario. Quien trabaje con distancias focales largas y tiempos de exposición largos, tarde o temprano querrá dejar el "control de seguimiento" a un autoguider y dará importancia a equipar el controlador con una conexión autoguider.
- Función GoTo: en combinación con motores rápidos, un control GoTo permite el posicionamiento automático de la montura sobre un objeto celeste de su elección. La función GoTo no desempeña un papel decisivo para los astrofotógrafos, por lo que, en caso de duda, conviene invertir un presupuesto limitado en una montura más estable.
Caja de control manual de una montura telescópica: Dos botones permiten cada uno el ajuste motorizado del eje horario (1) y del eje de declinación (2) para alinear el telescopio con precisión a un objeto celeste. Un interruptor deslizante lateral (3) permite conectar y desconectar el mando y seleccionar el funcionamiento en el hemisferio norte o sur de la Tierra. El interruptor 4 se utiliza para ajustar la velocidad de movimiento de los motores cuando se utilizan los botones 1 y 2.
- 4. buscador polar
Se trata de un minitelescopio que se enrosca en el eje horario hueco de la montura y permite una alineación polar rápida y cómoda (véase más adelante).
Vista simulada a través de un buscador polar. El cielo azul corresponde a la vista en crepúsculo avanzado. Los elementos visibles en el ocular están iluminados por un LED rojo, por lo que pueden reconocerse incluso en un cielo negro. La posición nominal de la estrella polar (Polaris) es claramente visible en la posición correspondiente de la imagen. La desviación de la estrella polar respecto al verdadero polo celeste (centro del campo visual) se tiene en cuenta automáticamente. Las constelaciones mostradas sólo indican las direcciones y no son visibles en el visor polar.
- 5. alimentación eléctrica
Las monturas suelen funcionar con corriente continua de 12 voltios. Por lo tanto, para el uso móvil debe adquirirse un paquete de baterías o una batería recargable adecuada.
- 6. carril de montaje
Para fijar un telescopio o una cámara a una montura, suelen necesitarse piezas pequeñas adicionales. Muchas monturas disponen de una guía de cola de milano como plataforma de conexión. A continuación, se debe proporcionar una barra de cola de milano adecuada en el lado del telescopio o de la cámara. Si se va a acoplar una cámara, una cabeza esférica estable es un buen complemento.
Instalación
Una montura ecuatorial debe instalarse de forma que el eje horario apunte al polo celeste (es decir, cerca de la estrella polar). Este proceso se conoce como "alineación polar".
La forma más sencilla de lograr la alineación polar es con un buscador polar. El requisito para ello es que el polo celeste y la estrella polar sean visibles desde el punto de observación y no queden ocultos por un árbol o una casa. El telescopio polar mira a través del eje horario hueco y muestra una marca que representa la posición nominal de la estrella polar cuando se mira a través de él.
También se tiene en cuenta la desviación de la estrella polar con respecto al verdadero polo celeste, que actualmente es de aproximadamente un diámetro y medio de luna llena. Dependiendo del diseño de la montura y del visor polar, sólo es necesario ajustar la posición actual de Polaris con respecto al polo, ya que también orbita alrededor del polo una vez al día.
A continuación, sólo es necesario ajustar la inclinación (altura del polo) y la dirección de observación del eje polar (acimut) hasta que la estrella polar pueda verse en el visor polar en la posición deseada. La inclinación del eje polar corresponde a la latitud del lugar de observación, es decir, unos 50 grados para Frankfurt/M. Una buena montura permite ajustar la inclinación del eje polar de forma sensible para cualquier corrección. De la dirección de visión se encarga un ajuste acimutal igualmente sensible.
Para ajustar la "dirección de visión" del eje horario, es decir, el acimut, hay que mover dos tornillos manuales, que actúan por presión y contrapresión sobre una espiga en la placa del trípode y permiten alinear sensiblemente la montura en horizontal en el curso de la nivelación.
El ángulo de inclinación del eje horario, es decir, el ajuste de la altura del mástil, también se realiza mediante dos tornillos manuales que actúan a presión y contrapresión. Este ángulo de inclinación corresponde a la latitud del lugar de observación y sólo debe ajustarse una vez durante el proceso de alineación.
Incluso con distancias focales más largas y tiempos de exposición más largos, la alineación polar es suficientemente precisa utilizando un visor polar ajustado. Para tiempos de exposición cortos con distancias focales más cortas, basta con situar la estrella polar en el centro del campo visual del visor polar.
El método "Scheiner" sólo se recomienda para la alineación polar si se exige una gran precisión en la alineación polar, como puede ser necesario para tiempos de exposición muy largos, longitudes focales largas, observatorios estacionarios o la mejor precisión de posicionamiento posible de las monturas GoTo. Supone que se dispone de un telescopio y un ocular reticulado. Encontrará una descripción detallada de este laborioso procedimiento en
http://www.baader-planetarium.de/montierungen/download/scheiner-klassic.pdf
Tras la nivelación, se carga la montura, es decir, se colocan el contrapeso, el telescopio y/o la cámara. El siguiente paso consiste en equilibrar los ejes horario y de declinación. Lo ideal es que la montura permanezca en su posición sin que los ejes se atasquen, independientemente del punto del cielo al que se alinee.
Para ello, se alinea un telescopio montado de forma que apunte exactamente al sur (o al norte) y esté alineado con el horizonte, es decir, que se encuentre en posición horizontal. En primer lugar, el contrapeso se desplaza axialmente sobre la barra de contrapeso hasta que la montura permanezca en su posición incluso sin sujetar el eje horario.
Vista de la montura desde el sur. El telescopio con la cámara (derecha) se alineó con un punto del horizonte en el norte. Moviendo axialmente los contrapesos (izquierda), se consigue un equilibrio de modo que el telescopio permanece en esta posición incluso si no se sujeta el eje horario.
A continuación se aprieta la abrazadera del eje horario y se desplaza el telescopio a lo largo de su eje óptico en sus abrazaderas de tubo (o por desplazamiento longitudinal del raíl del prisma en su soporte) hasta que el eje de declinación también esté en equilibrio.
Vista de la montura desde el este. El telescopio con la cámara (parte trasera) se alineó con un punto del horizonte en el sur. Desplazando el carril del prisma (barra de color aluminio con orificios) en la guía de cola de milano o desplazando el telescopio en sus abrazaderas de tubo a lo largo de la doble flecha marcada en rojo, se alcanza de nuevo el equilibrio. El telescopio permanecerá en esta posición aunque se suelte la sujeción del eje de declinación.
No siempre es posible alcanzar esta posición ideal. Pero entonces debería intentar al menos acercarse lo más posible a ella. El objetivo del equilibrado es minimizar el trabajo de los motores al mover la montura. Si hay un fuerte desequilibrio, también es de esperar que el seguimiento motorizado deje de funcionar con la precisión necesaria.
Después de este paso, dispondrá de un sistema funcional para el seguimiento de la cámara al curso de las estrellas sin que la rotación de la Tierra cause imágenes rayadas de las estrellas durante exposiciones largas.
Para ello, conecte la unidad de control de la montura y aliméntela. Asegúrese de que la velocidad de seguimiento está ajustada en "sideral" o "estelar" si va a fotografiar objetos celestes distintos de la luna y el sol. Si el controlador también permite utilizar la montura en el hemisferio sur de la Tierra, debe ajustarse "norte", ya que de lo contrario el eje horario girará en la dirección equivocada. Ahora afloje las abrazaderas de los ejes horario y de declinación y apunte con su telescopio y/o cámara a la región del cielo deseada, después apriete de nuevo ambas abrazaderas con una suave presión. Espere unos segundos antes de iniciar la primera exposición para dar tiempo a que el tornillo sin fin de accionamiento encaje completamente con los dientes de la rueda dentada.
Los dos próximos episodios de la serie de tutoriales "Astrofotografía y fotografía del cielo" tratarán los temas "Exposiciones prolongadas con una cámara de seguimiento" y "Control del seguimiento durante una exposición prolongada".
Transporte
Al transportar una montura astronómica, deben retirarse los contrapesos y aflojarse las abrazaderas de los ejes horario y de declinación. De este modo se protege la mecánica en caso de vibraciones.
Ejemplos de monturas adecuadas para fotografía
Cuando se trata de reducir las dimensiones del equipaje, la montura "AstroTrac 320x" es difícil de superar. Se trata de un accesorio para trípodes fotográficos, la parte de color aluminio de la imagen. Esta montura puede incluso equiparse opcionalmente con un visor polar (arriba a la izquierda), aunque se necesita un trípode y una cabeza de trípode.
Es adecuada para cámaras de seguimiento con objetivos de hasta 300 mm de distancia focal y, en el mejor de los casos, para telescopios muy pequeños y ligeros. Una batería alimenta el motor de seguimiento. Cuando está plegada, la montura es tan grande como el triángulo de advertencia de un coche, pero su precio es, por desgracia, bastante elevado (a partir de 625 euros).
El "Skywatcher EQ-3" representa el límite inferior absoluto para el seguimiento de imágenes con monturas de telescopio clásicas si está equipado con motores, como puede verse en la siguiente imagen. En el mejor de los casos, los telescopios más pequeños pueden considerarse como una "carga útil", más bien una cámara con objetivos fotográficos y distancias focales no demasiado largas. Sin embargo, para tomas con distancias focales moderadas y unos minutos de tiempo de exposición, es sin duda una plataforma adecuada, que está disponible con trípode, motores y mandos incluidos por unos 230 euros.
El "Celestron Advanced GT" con control GoTo es significativamente más estable. También admite telescopios de tamaño y distancia focal medios. Sin embargo, no debe sobrecargarse para exigencias fotográficas en el curso de exposiciones largas, ya que la precisión del seguimiento no es suficiente para distancias focales muy largas. Como paquete completo con trípode, visor polar y control GoTo, esta montura cuesta unos 750 euros.
El "Vixen GPD2" es un verdadero "caballo de batalla", adecuado para la fotografía en todos los aspectos y digno de recomendación. No es barata e incluso faltan los motores en la versión básica, pero soporta una carga útil de unos 8 kg (sin contrapeso) sin quejarse y cumple todos los requisitos para el uso fotográfico con su precisión mecánica. La cruz de ejes "desnuda", sin trípode, mando ni motores, pero con un visor polar iluminado muy preciso, cuesta 800 euros. El equipo completo con motores rápidos, control GoTo y trípode de madera puede ascender a 1800 euros.
La "1200 GTO" de Astro-Physics es una montura extremadamente pesada, pero aún así razonablemente transportable, ya que el bloque de declinación puede separarse de la unidad de altitud polar y transportarse por separado. Ambos pesan más de 50 kilogramos sin accesorios. Esta montura está en buenas manos en un observatorio estacionario, ¡su capacidad de carga es de casi 65 kilogramos sin los contrapesos! Para la montura sin accesorios, pero con control GoTo, hay que estimar una cantidad de cinco cifras en euros.
