長時間露光で鮮明な天体写真を撮るためには、天体の視差赤道儀が必要です:
第9部: 天体視差装置の操作方法
通常の三脚にカメラを固定すると、撮影された天体が鮮明になるための最大露光時間は、焦点距離、撮影した天体領域、使用される撮影センサーの画素サイズ、および「鮮明な」画像に対する個々の要求によって決まります。
たとえば焦点距離が3000mmの場合、カメラが天体の移動に追従しない場合、1/45秒以上の露光時間では、画像がぼやけてしまいます。24mmの広角レンズを使用しても、10秒の露光時間を過ぎると、星は点ではなく、細いストライプとして写ります。
その理由は地球の自転にあります。天空は頭上で東から西へ回転しているように見えます。従って、太陽や月だけでなく、惑星や星も東で昇り、西で沈みます。この運動の中心は天の極（北半球では天の北極、南半球では天の南極）です。これは、地球の軸を延長して天空を半球として考えた場合に、軸が天のドームに接する場所であり、地球の北半球の住民はその周辺に「北極星」としても知られる、容易に見つけられる星を持っています。
長い露光時間を実現し、星を点で撮影する唯一の方法は、露光時間中にカメラを天体の回転に追従させることです。そのためには、地球の軸に平行に配置される天文視差装置が必要です。
天文視差装置の構成要素。説明 - 次の概要を参照:
• 1: 三脚（代替: 柱三脚）
• 2: ステアリング（図に示されている場合: GoTo機能とオブジェクトデータベースを備えた高度なコンピュータステアリング）
• 3: 極望遠鏡の視線位置。これは時軸（4）の内部にあり、その方向は矢印の向きで示されています。
• 4: 時軸。これは、天体の回転に追従する際に駆動される唯一の軸です。下端には極望遠鏡（3）が差し込まれ、上端には、極望遠鏡が使用される場合に取り外される蓋が付いています。
• 5: 赤経軸の位置。これは、逆重り棒（12）に続いており、通常、追尾中には赤緯軸を動かしません。
• 6: 傾斜角（極高度）の調整を圧力および反圧力によって可能にするネジ対。これは、視線を整列させるために使用されます。一度視線を整列させたら、これらのネジは調整されません。
• 7: アジミス（時軸の水平方向の「見方」）を調整するための圧力および反圧力によるネジ対（画像では後ろのネジが見にくい）。これも視線の整列に使用されます。一度整列されたら、これらのネジは調整されません。
• 8: 時軸のレバークランプ。
• 9: 赤緯軸のレバークランプ。
• 10: 反り込みレールを固定するためのツバメ尾状のガイド。これにより、望遠鏡やカメラを取り付けることができます。
• 11. プリズムレールに挿入されたねじで固定されるプリズムガイド。
• 12: 逆重り棒（逆重りなしの図でのみ）。
アジマス方向の視差装置
三脚では、非常に滑らかな微調整であってもこのような追尾は不可能です。なぜなら、追尾される星を中心にして撮影領域が回転するため、撮影時間中に星座が昇降や西に移動するためです。オリオン座を想像してみてください: 東で「横たわり」、南で垂直に立ち上がり、西で「横たわり」。オリオン座を三脚で追跡すると、カメラは上下または右に動くだけであり、天体の回転運動を補うことができません。
オリオン座を例にした天体の回転の模式図。アジマス方向に配置された追跡カメラではオリオン座を視野内に保つことができず、時間とともに画像が回転します（赤い枠）。逆に、視差装置によって設置されたカメラはオリオン座の運動に追従し、同時に回転運動も行い、捉えられた画像が一定に保たれます（黄色い枠）。
上下運動や左右へのスウィングだけを持つモービングのみの装置は、「アジマス方向」の視差装置と呼ばれ、視差装置に対して対置されます。したがって、三脚は簡単なアジマス方向の視差装置の形態を表します。そのうちの1つの可動軸は垂直に地面に対して配置され、水平のスウィング、つまりアジミュートの調整を可能にし、もう1つの軸は地面に平行に位置し、上下の動き、すなわち高さを可能にします。
アジマス方向の視差装置は、追跡された天空画像には適していません。例外は、現代の大規模な天文台の装置です。そこでは、光軸の周りを回転させる複雑な手順で、撮影中に画像の回転を補正します。
アジマズ方向の視差装置（左）と視差装置（右）。アジマズ方向の視差装置では、両方の動きが地面に垂直または水平に配置されます。これは三脚のように機能します。視差装置（右）は傾斜した時軸（左上に矢印）で特徴付けられます。「ドイツ式マウント」タイプは、赤緯軸に逆重りが必要です（左下から右上に矢印）。
赤道儀
赤道儀はさまざまなタイプがあります。共通しているのは、その1つの軸が地球の軸に平行に配置されることです。この軸は時軸と呼ばれます。それに対して90度の角度で赤経軸と呼ばれる2つ目の軸が必要です。これにより、望遠鏡やカメラを天空のどの点にでも合わせることができます。
アマチュア向けには主に2つのタイプがあります。それは、ドイツ式赤道儀（その考案者であるドイツの光学技師および物理学者ヨーゼフ・フォン・フラウンホーファーにちなんだ名前）とガベル式赤道儀です。
2つの赤道儀: ガベル式赤道儀（左）と「ドイツ式赤道儀」（右）。描かれた赤い矢印は時軸の位置を示しています。
ドイツ式赤道儀
それは軸十字軸から成り、その一方に赤経軸に望遠鏡またはカメラが取り付けられ、もう一方にはバランスを取るための逆ウエイトが取り付けられていることで特徴づけられます。特に天体写真家にとってこのタイプは非常に人気があり普及しています。なぜなら、時軸を天の極に容易に合わせることができるからです。また、ドイツ式赤道儀の選択肢は豊富です。あらゆる重量および価格帯が代表されており、それらのほとんどは望遠鏡との組み合わせだけでなく個別に購入することができます。欠点としては、望遠鏡の使用時にスタチュにあるか、柱にあるかに関わらず、モチーフをトラッキングする際に振れが生じる可能性があるため、西側から東側（またはその逆）にスイッチする必要がある点です。
ガベル式赤道儀
ガベル式赤道儀は実質的には望遠鏡と組み合わせてのみ市販されています。赤道儀としての構造上、全体のガベルを傾ける必要があり、その時軸が天の極を指すようにするため、機械的には不利な状況を作り出します。アマチュア市場向けのほとんどのガベル式赤道儀は実際に振動の傾向が見られるため、天体写真の際にはそれらをあまり見かけません。ドイツ式赤道儀と比較して、ガベル式赤道儀の利点としては、天体が一晩中追跡されることが可能で、望遠鏡やカメラが障害物（三脚/柱）にぶつかる心配がないため、したがってスイッチが不要となります。
周辺機器
赤道儀を軸機構だけで考えると、それを天体写真のために機能するものにするために追加のコンポーネントが必要です。
• 1. 三脚/柱
三脚は移動中に利点があります。ほぼどこにでも設置できます。柱は望遠鏡により多くの自由度を提供しますが、平らな地面でのみ安全に立てることができます。どちらの選択肢になるかに関わらず、高い安定性に注意を払うべきです。最終的に全連鎖の中で最も弱いリンクが安定性とそれに伴う最大の追随精度を制限するでしょう。
• 2. モーター
一部の赤道儀はすでにモーターが組み込まれて出荷されていますが、それ以外の場合、必要に応じて追加で購入する必要があります。短い露出時間に対しては基本的に時軸のモーター駆動が十分ですので、赤経軸用の2つ目のモーターを省略することが可能です。より長い露出時間では赤経軸の補正運動が必要となる場合があり、それにより両方の軸用、つまりそれぞれモーターを搭載した2つのモーターが推奨されます。ほとんどの赤道儀はステッピングモーターを使用しており、マイクロステップを用いて動作し、ウォームとピニオンの組み合わせで軸を移動させます。別の解決策としてはサーボモーターがあります。
• 3. 制御
すべての赤道儀には制御が必要です。それが付属していない場合は、別途購入する必要があります。制御の役割は、モーターに電圧と駆動パルスを供給すること。さらに、4つのボタンを使用して赤道儀を全方向に対してより速やかな細かいモーター運動する方法を提供します。
これらの基本機能のほか、いくつかの制御は他の機能を提供しています:
• 追尾速度の変更（恒星だけでなく、太陽や月にも選択できます)
• オートガイド接続: オートガイドと呼ばれる特別なデジタルカメラを使用して、必要に応じて制御の運転に介入できるジャックです。焦点距離が長く露出時間が長い場合、アストロフォトグラファーは遅かれ早かれ「オートガイド制御」をデバイスに任せたいと望むでしょう。そのため、制御装置にオートガイド接続が付いていることが重要です。
• GoTo機能: モーターと組み合わせて使用すると、GoTo制御は望む天体に自動的に赤道儀を位置合わせさせることが可能です。アストロフォトグラファーにとってGoTo機能は決定的な役割を果たさないので、予算が限られている場合は安定した赤道儀に投資することが望ましいでしょう。
望遠鏡マウントのハンドコントローラ: 各2つのボタンにより時軸をモーター駆動方向に移動でき（1）、赤経軸（2）を微調整して天体を正確に合わせることができます。側面のスライドスイッチ（3）で制御をオン/オフに切り替え、地球の南半球または北半球での操作を選択できます。使用するボタン1および2のモーターの動き速度をスイッチ4で設定します。
• 4. ポールサーチャー望遠鏡
これは赤道儀の中空の時軸に取り付けられ、簡単で便利な北極星への合わせを可能にします。
ポールサーチャー望遠鏡を通してシミュレートされた眺め。青い空は深い薄明時に見えるものです。接眼部に見える要素は赤色LEDで照らされており、黒い空でも見ることができます。北極星（ポラリス）の理想的位置が明確に見えます。北極星の真の天の極からのずれは自動的に考慮されます。描かれた星座は方向を示すだけであり、ポールサーチャー望遠鏡で見ることはできません。
• 5. 電源供給
赤道儀の動作には12V直流が一般的です。したがって、モバイル使用の場合はバッテリーパックまたは対応する充電池が必要です。
• 6. 取り付けレール
望遠鏡やカメラを取り付けるために、通常は他の小さな部品がさらに必要です。多くの取り付け具には、つなぎプラットフォームとしてスイスフィットチャンネルがあります。望遠鏡やカメラ側には適切なプリズムレールを備える必要があります。カメラを取り付ける場合、安定したボールヘッドが良い補完となります。
設置
赤道儀は、時軸を天の北極（つまり、極星の近く）に向けて設置する必要があります。このプロセスは「経緯度設定」と呼ばれます。
経緯度設定は、ポールサーチャー望遠鏡を使用することにより最も簡単に行うことができます。その前提条件は、天の北極と極星が観察地点から見えることであり、木や家によって隠されていないことです。ポールサーチャー望遠鏡は、中空の時軸を覗くことで、極星の理想的な位置を示すマーキングが見えます。
現在の極星の天の北極からのずれ、現在は約1.5回分の直径となっていますが、赤道儀とポールサーチャー望遠鏡の設計によって、極星の現在の位置を考慮する必要があります。極星の位置を調整するだけで十分であり、極星は1日に1度ポールの周りを回るので、ポールの傾斜（緯度）とポール軸の視線方向（方位角）を調整する必要があります。
その後、極星がポールサーチャー望遠鏡で設定された場所に見えるように、ポール軸の傾斜（緯度）と眺め方向（方位角）を微調整する必要があります。この際、ポール軸の傾斜は観測地点の地理的緯度に対応し、フランクフルトの場合、約50度になります。良質な赤道儀は、ポール軸の傾斜を微調整して補正を行うことができます。眺め方向は、繊細に調整可能な方位角調整によって行われます。
時軸の「見直し方向」である方位角（Azimut）を調整するには、スタンドプレートのダボに圧力と反圧力を加える2つのハンドネジを動かす必要があり、これにより経緯度設定の過程で軽微な水平方向の配置が可能となります。
時軸の傾斜角（つまり、ポールの高さの設定）も、圧力と反圧力を使用して調整される2つのハンドねじによって行われます。この傾斜角は観測地点の地理的緯度に対応し、経緯度設定の過程で一度だけ調整する必要があります。
長焦点距離や長時間露光でも、ポールサーチャー望遠鏡を使って経緯度設定を行うだけで、十分に精度が高くなります。短い焦点距離での短時間露光の場合は、ポールサーチャー望遠鏡の視野の中心に極星が位置するだけで十分です。
非常に長時間露光や長焦点距離、固定望遠鏡天文台、GoToマウントの位置精度が最高に求められる場合など、経緯度設定の精度に高い要求がある場合には、「シャイナー法」による経緯度設定が推奨されます。この方法では、望遠鏡と交差線眼鏡が利用可能であることを前提としています。この時間のかかる手順の詳細な説明は、以下で見つけることができます：
http://www.baader-planetarium.de/montierungen/download/scheiner-klassic.pdf
経緯度設定の後、赤道儀に重りや望遠鏡、またはカメラが取り付けられます。その後、時軸と赤経軸をバランス調整する必要があります。理想的な状態では、赤道儀は位置を維持し、どの天点に合わせても軸が固定されていなくてもそのまま動かないでしょう。
これには、取り付けられた望遠鏡を南（または北）を正確に指し示すように配置し、地平線に対してそこに向けること、つまり水平状態にあることが必要です。まず、時軸のクランキングシステムを繰り返し使わなくても赤道儀が位置に留まるように、重りを軸上で軸方向に動かす必要があります。
南から赤道儀を見た眺め。カメラ付き望遠鏡（右）は北に向けられました。重り（左）を軸方向に動かしてバランスを取り、時軸を固定しなくても望遠鏡がその位置に留まります。
次に、時軸のクランキングを締め、望遠鏡をその光学軸に沿って（またはプリズムレールをホルダーに沿って縦方向に移動して）動かし、赤経軸もバランスを取ります。
東から赤道儀を見た眺め。カメラ付き望遠鏡（後ろ）は南に向けられました。プリズムレール（アルミ色のバーに穴が開いている）をスイスフィットチャンネルや望遠鏡のローラースライド（赤い二重矢印で示されている）に調整して逆バランスを取ります。その後、望遠鏡はその位置に留まります。さらに、赤緯軌道のクランクを締めていなくても常に位置を保ちます。
この理想的な状態に達するのは常に可能とは限りません。しかし、その理想状態にできるだけ近づけてみることが大切です。バランスを取る目的は、赤道儀の移動時にモーターができるだけ少ない作業を行うことです。不均等な場合、モーターの追尾が必要な精度で行われない可能性が高くなります。
この手順の後、星々の動きに追従する機能を持つ施設ができます。長周期露光において地球の回転が星々の光を条線状にすることがあります。
そのため、赤道儀の制御を接続し、電力を供給します。モードが「恒星」または「星座」に設定されていることを確認してください。月や太陽以外の天体を撮影する場合、赤道儀は南極での動作も可能であれば、「北」と設定する必要があります。そうでないと、時軸は逆方向に回転します。次に、時軸と赤経軸のクランクを緩め、望遠鏡やカメラを望むべき天空の領域に向け、その後、両方のクランクをやわらかい圧力で再び締めます。最初の露光を開始する前に、駆動スクリューが歯車に正しくかみ合うように、始めの数秒間待ちます。
次の2回のチュートリアルシリーズ「天文写真撮影」では、「追跡カメラでの長時間露光」および「長時間露光中の追尾制御」について取り上げます。
トランスポート
天体マウントを輸送する際には、カウンターウエイトを取り外し、赤経軸と赤緯軸のクランプを緩める必要があります。これにより、振動が発生した際に機械を保護することができます。
写真撮影に適したマウントの例
荷物を減らすことが重要な場合、「AstroTrac 320x」マウントはかなり優れています。これは写真三脚用のアタッチメントであり、写真ではアルミ色の部分です。オプションで極軸望遠鏡（左上）を装備することもできますが、三脚と三脚ヘッドが必要です。
このマウントは、焦点距離約300mmまでのレンズを装着したカメラや、非常に小型で軽量な望遠鏡に適しています。モーターを駆動するバッテリーパックが搭載されています。折り畳むと、このマウントは車の警告三角板ほどの大きさになりますが、残念ながら価格はかなり高価です（625ユーロから）。
「Skywatcher EQ-3」は、クラシックな望遠鏡マウントの追尾撮影において最低ラインを示すもので、次の写真のようにモーターが搭載されています。ほとんどの小さな望遠鏡が「積載量」として考えられますが、むしろ写真用のレンズと長すぎない焦点距離が適しています。中程度の焦点距離での撮影や数分の露光時間には、三脚、モーター、制御装置を含む価格約230ユーロで利用可能です。
「Celestron Advanced GT」はGoTo制御で非常に安定しています。中程度のサイズと焦点距離の望遠鏡も運べます。長時間露光が要求される写真においては、過重になることは避けなければなりません。短い焦点距離での撮影には非常に適しています。スタンド、極軸望遠鏡、GoTo制御器とともに提供される完全セットは約750ユーロです。
「Vixen GPD2」は真の「ワーキングホース」であり、あらゆる点で写真に適していてお勧めです。安価ではなく、基本装備にはモーターが欠けているが、逆光なしで約8kgのペイロード（カウンターウエイトなし）を支え、機械的精度が写真利用に必要なすべての条件を満たします。スタンド、高速モーター、GoTo制御、木製スタンド付きのフルセットは1800ユーロになることがあります。
「Astro-Physics 1200 GTO」は非常に重いが、まだ比較的運搬可能なマウントで、赤緯ブロックを極高度ユニットから分離して別々に輸送することができます。アクセサリーなしで、両方の重量は既に50キログラムを超えます。モーター付きのGoTo制御なしのマウントは、5桁のユーロで提示されます。
