Un montaggio astronomico e parallattico è il requisito per ottenere foto astronomiche nitide con tempi di esposizione lunghi:
Parte 9: Gestione di un montaggio astronomico
Se una fotocamera viene fissata saldamente su un normale treppiede fotografico, gli oggetti celesti saranno nitidi solo se il tempo di esposizione non supera un valore massimo, che dipende dalla lunghezza focale, dalla regione celeste ripresa, dalle dimensioni dei pixel del sensore di acquisizione utilizzato e dai requisiti personali per un'immagine "nitida".
Con una lunghezza focale di 3000 millimetri, ad esempio, bisogna aspettarsi un'immagine sfocata già con tempi di esposizione superiori a 1/45 di secondo se la fotocamera non segue il movimento celeste. Anche utilizzando un obiettivo grandangolare da 24 millimetri, dopo 10 secondi di tempo di esposizione le stelle non saranno più rappresentate come punti, ma come piccole linee.
La ragione di ciò è la rotazione della Terra. Il cielo sembra ruotare sopra le nostre teste da est a ovest. Di conseguenza, non solo il sole e la luna, ma anche i pianeti e le stelle sorgono a est e tramontano a ovest. Il punto centrale di questo movimento è il polo celeste (il polo nord celeste nell'emisfero settentrionale, il polo sud celeste nell'emisfero meridionale). Questo è il punto nel cielo in cui l'asse esteso della Terra tocca la "volta celeste" se immaginiamo il cielo come una semisfera. Gli abitanti dell'emisfero settentrionale hanno un vantaggio: Vicino al polo nord celeste si trova la Stella Polare, facilmente individuabile come punto di riferimento.
L'unico modo per realizzare tempi di esposizione lunghi e allo stesso tempo ottenere stelle puntiformi è seguire il movimento di rotazione del cielo durante il tempo di esposizione. A tal fine è necessario un montaggio astronomico, in cui un asse viene allineato parallelamente all'asse terrestre.
Quando questo asse viene mosso alla giusta velocità durante l'esposizione, si ottengono foto del cielo "seguite". Solitamente questo movimento avviene tramite un motore elettrico. Un montaggio astronomico è anche chiamato parallattico o equatoriale.
Componenti di un montaggio parallattico. Legenda - vedere la descrizione dettagliata successiva:
• 1: Treppiede (alternativa: colonna)
• 2: Controllo (nel caso mostrato: sofisticato controllo tramite computer con funzione GoTo e banca dati degli oggetti)
• 3: Posizione di osservazione del cercatore polare. Si trova all'interno dell'asse delle ore (4), la cui direzione è indicata dall'orientamento della freccia.
• 4: Asse delle ore, l'unico asse guidato quando il montaggio segue la rotazione celeste. Nell'estremità inferiore si trova il cercatore polare (3), l'estremità superiore è chiusa da un tappo che viene rimosso quando si utilizza il cercatore polare.
• 5: Posizione dell'asse di declinazione, che continua con il contrappeso (12). Durante il monitoraggio, di solito non c'è movimento attorno all'asse di declinazione.
• 6: Coppia di viti che, attraverso pressione e contropressione, consentono di regolare l'inclinazione (altezza polare) dell'asse delle ore. Viene utilizzata per l'allineamento del montaggio. Una volta che il montaggio è stato allineato, queste viti non vengono più regolate.
• 7: Coppia di viti che, attraverso pressione e contropressione, consentono di regolare l'azimut (direzione orizzontale dell'asse delle ore) (la vite posteriore è difficile da vedere nell'immagine). Viene utilizzata per l'allineamento del montaggio. Una volta che il montaggio è stato allineato, queste viti non vengono più regolate.
• 8: Blocco a leva dell'asse delle ore.
• 9: Blocco a leva dell'asse di declinazione.
• 10: Guida a coda di rondine per montare una slitta a prisma e fissare un telescopio o una fotocamera al montaggio.
• 11. Serratura a vite per fissare una slitta a prisma inserita nella guida a coda di rondine (10).
• 12: Asta per contrappeso (nell'immagine senza contrappeso).
Montaggio azimutale
Con un treppiede fotografico tale inseguimento non sarebbe possibile, nemmeno se l'aggiustamento fosse molto delicato. Fallirebbe perché durante un'esposizione lunga il campo dell'immagine ruota attorno alla stella seguita, poiché il treppiede non può compensare il movimento di rotazione del cielo. Immaginate la costellazione di Orione: Sorge a est, si posiziona verticalmente a sud quando è al culmine e tramonta a ovest. Se si segue questa costellazione con il treppiede, la fotocamera si muoverà solo "su e giù" o a destra, senza tuttavia compensare il movimento di rotazione.
Un montaggio azimutale, che conosce solo movimenti su e giù e panoramici a destra e a sinistra, è chiamato "azimutale" ed è contrastato dal montaggio parallattico. Un treppiede fotografico rappresenta quindi una forma semplice di montaggio azimutale. Uno dei suoi assi mobili è perpendicolare al suolo e consente rotazioni orizzontali, ossia regolazioni dell'azimut. L'altro asse corre parallelamente al suolo e permette movimenti verso l'alto e il basso, ossia l'altezza.
Un montaggio azimutale non è adatto per scatti celesti seguiti. Le eccezioni sono rappresentate dai montaggi delle moderne osservazioni di stelle. Qui, durante l'esposizione, si compie un elaborato processo di rotazione attorno all'asse ottico per contrastare la rotazione del campo visivo.
Montaggio azimutale (a sinistra) e montaggio parallattico (a destra). Nel montaggio azimutale entrambi gli assi di movimento sono perpendicolari o orizzontali rispetto al suolo. Funziona come un treppiede. Il montaggio parallattico (a destra) si distingue per l'asse delle ore inclinato (freccia verso sinistra in alto). Il tipo "montaggio tedesco" richiede contrappesi sull'asse di declinazione (freccia da sinistra in basso a destra in alto).
Montatura parallattica
Le montature parallattiche sono disponibili in diverse versioni. Ciò che hanno in comune è che un asse di esse viene allineato parallelamente all'asse terrestre. Questo asse viene chiamato asse orario. Ad un angolo di 90 gradi rispetto ad esso deve esserci un secondo asse, l'asse di declinazione, per poter puntare un telescopio o una telecamera su qualsiasi punto del cielo.
Per gli amatori, in sostanza, ci sono due tipi principali disponibili: la cosiddetta "Montatura tedesca" (così chiamata in onore del Paese in cui ha operato il suo inventore, il tedesco ottico e fisico Joseph von Fraunhofer) e la montatura a forcella.
Due montature parallattiche: la montatura a forcella (a sinistra) e la "montatura tedesca" (a destra). Le frecce rosse disegnate indicano la posizione dell'asse orario.
Montatura tedesca
È composta da una croce degli assi ed è caratterizzata dal fatto che su un lato dell'asse di declinazione si trova il telescopio o la telecamera, mentre dall'altro lato un contrappeso garantisce l'equilibrio. Questo tipo è molto apprezzato e diffuso specialmente tra gli astrofotografi, poiché l'asse orario può essere facilmente allineato con il polo celeste. Inoltre, l'offerta di montature tedesche è ampia: sono presenti tutti i tipi di peso e di prezzo, e per la maggior parte di essi è possibile acquistarli singolarmente e non solo in combinazione con un telescopio. Come svantaggio, va considerato che utilizzando un telescopio, durante il inseguimento di un soggetto, questo può urtare il treppiede o il pilastro, richiedendo quindi un cambio dalla posizione ovest a est (o viceversa).
Montatura a forcella
Le montature a forcella sono praticamente offerte solo in combinazione con telescopi in commercio. Essendo una versione parallattica, l'intera forcella deve essere inclinata in modo che il suo asse orario punti al polo celeste, creando condizioni meccaniche piuttosto sfavorevoli. La maggior parte delle montature a forcella per il mercato amatoriale effettivamente mostrano un comportamento oscilante pronunciato, quindi non sono molto comuni nell'uso astrofotografico. Rispetto alla montatura tedesca, come vantaggio della montatura a forcella si può menzionare che un oggetto celeste può essere seguito per tutta la notte senza che telescopio o telecamera rischino di urtare un ostacolo (treppiede/pilastro), evitando quindi la necessità di un cambiamento di posizione.
Periferia
Quando si considerano solo le meccaniche degli assi come montatura, sono necessari ulteriori componenti per renderlo un'unità funzionale per l'astrofotografia:
• 1. Treppiede/Pilastro
Un treppiede a tre gambe ha dei vantaggi nell'uso mobile perché può essere posizionato praticamente ovunque. Un pilastro offre maggiore libertà di movimento per un telescopio, ma poggia in modo sicuro solo su una superficie piana. Qualunque sia la scelta, si dovrebbe prestare attenzione ad una elevata stabilità. Alla fine, il punto debole di tutta la catena limiterà la stabilità e quindi anche la massima precisione di inseguimento.
• 2. Motori
Alcune montature vengono fornite con motori già installati, mentre per altre è necessario acquistarli separatamente. Per tempi di esposizione brevi, in generale è sufficiente il motore sull'asse orario, quindi si può fare a meno di un secondo motore per l'asse di declinazione. Per tempi di esposizione più lunghi, potrebbero essere necessari anche movimenti correttivi dell'asse di declinazione, quindi si consiglia l'uso di due motori - uno per ciascun asse. La maggior parte delle montature funziona con motori passo-passo, che operano con micro-passi e muovono gli assi della montatura tramite un trascinatore e una cremagliera. Un'altra soluzione sono i motori servo.
• 3. Controllo
Ogni montatura ha bisogno di un controllo. Se non è incluso nella confezione, deve essere acquistato separatamente. Il compito del controllo è di alimentare i motori con tensione e impulsi di guida. Inoltre, offre movimenti motori più o meno rapidi e precisi della montatura in tutte le direzioni tramite quattro pulsanti.
Oltre a queste funzioni fondamentali, alcuni controlli offrono ulteriori caratteristiche:
• Regolazione della velocità di inseguimento (oltre al siderico, cioè alle stelle, è possibile scegliere anche per il sole e la luna)
• Connessione per autoguida: un connettore per poter intervenire regolando il funzionamento della montatura con l'aiuto di una fotocamera digitale speciale chiamata autoguida, nel caso in cui fosse necessario. Chi lavora con lunghe distanze focali e tempi di esposizione lunghi, prima o poi preferirà lasciare il "controllo di inseguimento" ad un'autoguida e valorizzarà l'equipaggiamento del controllo con una connessione per autoguida.
• Funzione GoTo: In abbinamento a motori veloci, un controllo GoTo consente il posizionamento automatico della montatura su un oggetto celeste a scelta. Per l'astrofotografo la funzione GoTo non gioca un ruolo decisivo, quindi in caso di budget limitato sarebbe meglio investire in una montatura più stabile.
Box di controllo manuale di una montatura per telescopi: Due pulsanti consentono l'aggiustamento motorizzato dell'asse orario (1) e dell'asse di declinazione (2) per puntare il telescopio in modo preciso su un oggetto celeste. Un interruttore scorrevole sul lato (3) permette di accendere e spegnere il controllo e di selezionare il funzionamento nell'emisfero nord o sud della Terra. Con il pulsante 4 viene impostata la velocità di movimento dei motori quando si utilizzano i pulsanti 1 e 2.
• 4. Oculare di puntamento polare
Si tratta di un minitelescopio che viene avvitato nell'asse orario cavo della montatura e permette un allineamento rapido e comodo (vedi sotto).
Vista simulata attraverso un oculare di puntamento polare. Il cielo blu corrisponde all'aspetto durante il crepuscolo avanzato. Gli elementi visibili nell'oculare sono illuminati da un LED rosso, quindi possono essere riconosciuti anche prima del cielo nero. Si può vedere chiaramente la posizione desiderata della Stella Polare (Polaris), che è visibile sullo sfondo dell'immagine. Il disallineamento della Stella Polare rispetto al vero polo celeste (centro del campo visivo) viene automaticamente preso in considerazione. Le costellazioni disegnate indicano solo le direzioni e non sono visibili nell'oculare di puntamento polare.
• 5. Alimentazione
Comunemente, le montature funzionano a 12 volt di corrente continua. Per un utilizzo mobile, è quindi necessario procurarsi un pacchetto batterie o una batteria appropriata.
• 6. Barra di montaggio
Per fissare un telescopio o una fotocamera su una montatura, sono spesso necessarie ulteriori parti di piccole dimensioni. Molte montature dispongono di una piattaforma di collegamento a coda di rondine. Sul lato telescopio o fotocamera è necessario prevedere una slitta prisma compatibile. Se si desidera montare una fotocamera, un robusto testa a sfera è un ottimo complemento.
Installazione
Una montatura parallattica deve essere posizionata in modo che l'asse delle ore punti verso il polo celeste (quindi vicino alla Stella Polare). Questo processo è chiamato "allineamento".
La modalità più semplice per l'allineamento avviene tramite un cannocchiale cercatore polare. È essenziale che il polo celeste e la Stella Polare siano visibili dal luogo di osservazione e non coperti da un albero o da una casa. Il cannocchiale cercatore polare guarda attraverso l'asse cavo delle ore e mostra, guardando, una marcatura che rappresenta la posizione desiderata della Stella Polare.
Inoltre, viene considerata la deviazione della Stella Polare dal vero polo celeste, attualmente di circa un diametro e mezzo della Luna piena. A seconda del tipo di montatura e del cannocchiale cercatore polare, è sufficiente regolare solo la posizione attuale della Stella Polare rispetto al polo, poiché essa ruota anche una volta al giorno intorno al polo.
Poi è necessario regolare l'inclinazione (altezza polare) e la direzione di vista dell'asse polare (azimut) finché la Stella Polare nel cannocchiale cercatore polare è visibile nella posizione prevista. L'inclinazione dell'asse polare corrisponde alla latitudine geografica del luogo di osservazione, quindi circa 50 gradi per Francoforte sul Meno. Una buona montatura consente la regolazione delicata dell'inclinazione dell'asse polare per eventuali correzioni. La direzione di vista è regolata anche da un meccanismo di azimut altamente sensibile.
Per regolare la "direzione di vista" dell'asse delle ore, cioè l'azimut, è necessario muovere due viti manuali che agiscono su un perno della piastra del treppiede con pressione e contropressione e consentono un'accurata orientamento orizzontale della montatura durante l'allineamento.
Il punto di inclinazione dell'asse delle ore, cioè il settaggio dell'altezza polare, è raggiunto con due viti manuali che agiscono con pressione e contropressione. Questo angolo di inclinazione corrisponde alla latitudine geografica del luogo di osservazione e deve essere regolato solo una volta durante l'allineamento.
Anche con lunghe distanze focali e tempi di esposizione più lunghi, l'allineamento mediante un cannocchiale cercatore polare correttamente tarato è abbastanza preciso. Per tempi di esposizione brevi con distanze focali più corte, è sufficiente posizionare semplicemente la Stella Polare al centro del campo visivo del cannocchiale cercatore polare.
Solo se si hanno elevate esigenze di precisione per l'allineamento, come nel caso di tempi di esposizione molto lunghi, lunghe distanze focali, osservatori stazionari o la massima precisione di posizionamento delle montature GoTo, è consigliabile utilizzare il metodo "Scheiner" per l'allineamento. Questo metodo richiede la disponibilità di un telescopio e un oculare a reticolo. Una descrizione dettagliata di questa procedura laboriosa può essere trovata a:
http://www.baader-planetarium.de/montierungen/download/scheiner-klassic.pdf
Dopo l'allineamento, la montatura viene caricata, cioè vengono installati contrappesi, telescopio e/o fotocamera. A questo punto, è necessario bilanciare l'asse delle ore e l'asse di declinazione. Nelle condizioni ideali, la montatura rimane in posizione senza che gli assi siano bloccati, indipendentemente dal punto del cielo a cui è allineata.
A tal fine, un telescopio montato viene orientato esattamente a sud (o a nord) e puntato sull'orizzonte, cioè si trova in posizione orizzontale. Inizialmente, il contrappeso sulla pertica del contrappeso viene spostato axialmente fino a che la montatura rimane in posizione senza bloccare l'asse delle ore.
Vista da sud alla montatura. Il telescopio con fotocamera (a destra) è stato orientato verso un punto all'orizzonte a nord. Bilanciando axialmente i contrappesi (a sinistra), viene raggiunto un equilibrio in modo che il telescopio rimanga in questa posizione anche senza l'asse delle ore bloccato.
Quindi, si stringe il blocco dell'asse delle ore e si sposta il telescopio nei morsetti del tubo (o spostando lungo l'asse ottico della slitta prisma nel suo supporto) lungo l'asse ottico, finché anche l'asse di declinazione è bilanciato.
Vista da est alla montatura. Il telescopio con fotocamera (sul retro) è stato orientato verso un punto all'orizzonte a sud. Spostando la slitta prisma (astuccio di colore alluminio con fori) nella coda di rondine o spostando il telescopio nei morsetti lungo la freccia doppia segnata in rosso, si raggiunge di nuovo un equilibrio. Dopo di che, il telescopio rimane in questa posizione, anche se si allenta il blocco dell'asse di declinazione.
Non sempre è possibile raggiungere questo stato ideale. Tuttavia, è consigliabile cercare di avvicinarsi il più possibile. L'obiettivo del bilanciamento è che i motori debbano fare il minor sforzo possibile durante il movimento della montatura. Con un forte sbilanciamento, è probabile che il tracciamento motorizzato non funzioni con la precisione richiesta.
Dopo questo passaggio, si disporrà di un impianto funzionante per seguire con la fotocamera il movimento dei corpi celesti, senza che la rotazione terrestre causi immagini stellari a strisce durante le esposizioni a lunga durata.
Collegare il controllo della montatura e alimentarlo. Assicurarsi che il tasso di tracking sia impostato su "sidereo" o "stella" se si desiderano immortalare oggetti celesti diversi dalla Luna e dal Sole. Se il controllo consente il funzionamento della montatura anche nell'emisfero sud della Terra, è necessario impostare "Nord", altrimenti l'asse delle ore ruoterà nella direzione sbagliata. Allentare quindi i blocchi dell'asse delle ore e di declinazione ed orientare il telescopio e/o la fotocamera verso la zona celeste desiderata, successivamente bloccare entrambi i blocchi con una pressione leggera. Attendere alcuni secondi prima di avviare la prima esposizione, affinché la vite senza fine abbia il tempo di ingranare pienamente nei denti della corona.
Le prossime due puntate della serie di tutorial "Astrofotografia e fotografia celeste" tratteranno i temi "Esposizioni a lunga durata con una telecamera inseguita" e "Controllo del tracciamento durante un'esposizione a lunga durata".
Trasporto
Durante il trasporto di una montatura astronomica, è consigliabile rimuovere i contrappesi e allentare le morse degli assi di ascensione retta e declinazione. Questo preserva la meccanica dalle vibrazioni.
Esempi di montature adatte alla fotografia
Quando si tratta di ridurre le dimensioni del bagaglio, è difficile trovare una montatura migliore della "AstroTrac 320x". Si tratta di un accessorio per treppiedi fotografici, nella foto è rappresentata dalla parte color alluminio. Facoltativamente, questa montatura può essere equipaggiata con un cercatore polare (in alto a sinistra), tuttavia si presume la presenza di un treppiede e di una testa treppiede.
È adatta per seguire fotocamere con obiettivi fino a circa 300 mm di lunghezza focale e al massimo per telescopi molto piccoli e leggeri. Un pacchetto batterie alimenta il motore per il tracciamento. Ripiegata, la montatura è grande quanto un triangolo di emergenza in auto, purtroppo il suo prezzo è piuttosto alto (a partire da 625 euro).
La "Skywatcher EQ-3" rappresenta il limite inferiore assoluto per scatti seguiti con montature classiche per telescopi, quando è dotata di motori, come si vede nella foto successiva. Solo i telescopi più piccoli sono idonei come "carico utile", piuttosto una fotocamera con obiettivi fotografici e lunghezze focali non troppo estese. Tuttavia, per scatti con lunghezze focali moderate e alcuni minuti di tempo di esposizione, è certamente una piattaforma adatta, completa di treppiede, motori e controllo al prezzo di circa 230 euro.
Decisamente più stabile è la "Celestron Advanced GT" con controllo GoTo. Può sostenere anche telescopi di dimensioni medie e lunghissime. Tuttavia, non deve essere sovraccaricata per esigenze fotografiche durante esposizioni a lungo termine; infatti, a lunghe lunghezze focali, la precisione del tracciamento non è sufficiente. Come pacchetto completo con treppiede, cercatore polare e controllo GoTo, questa montatura costa circa 750 euro.
La "Vixen GPD2" è un vero "cavallo di battaglia" e adatta alla fotografia in ogni aspetto ed è degna di raccomandazione. Non è economica e nella dotazione di base mancano persino i motori, ma può sopportare circa 8 kg di carico utile (senza contrappeso) senza problemi ed è all'altezza di soddisfare tutti i requisiti dell'uso fotografico con la sua precisione meccanica. La croce delle assi "nuda" senza treppiede, controllo, motori, ma con un cercatore polare molto preciso e illuminato, costa 800 euro. Una dotazione completa con motori veloci, controllo GoTo, treppiede di legno può arrivare a 1800 euro.
La "1200 GTO" di Astro-Physics è una montatura estremamente pesante, ma comunque abbastanza trasportabile poiché il blocco della declinazione può essere separato dall'unità dell'altezza polare e trasportato separatamente. Insieme pesano già oltre 50 chilogrammi senza accessori. Questa montatura trova il suo migliore impiego in un osservatorio fisso, è in grado di sostenere quasi 65 chilogrammi di carico utile senza i contrappesi! Per la montatura senza accessori, ma con controllo GoTo, si deve calcolare un costo a cinque cifre in euro.
