천체, 시차 마운트는 노출 시간이 긴 선명한 천체 사진을 위한 전제 조건입니다:
9부: 천체 마운트 다루기
카메라를 일반 사진 삼각대에 고정하면 초점 거리, 촬영하는 하늘의 영역, 사용하는 이미지 센서의 픽셀 크기 및 "선명한" 이미지에 대한 개인적인 요구 사항에 따라 노출 시간이 최대 값을 초과하지 않는 경우에만 천체가 선명하게 이미지화됩니다.
예를 들어 초점 거리가 3000밀리미터인 경우 카메라가 하늘의 움직임을 따라가지 못하면 1/45초보다 긴 노출 시간에서도 이미지가 흐릿해질 수 있습니다. 또한 24mm 광각 렌즈를 사용하더라도 노출 시간이 10초가 지나면 별은 더 이상 점이 아니라 작은 선으로 묘사됩니다.
그 이유는 지구의 자전 때문입니다. 하늘은 우리 머리 위에서 동쪽에서 서쪽으로 회전하는 것처럼 보입니다. 그 결과 해와 달뿐만 아니라 행성과 별들도 동쪽에서 뜨고 서쪽에서 지는 것처럼 보입니다. 이 움직임의 중심은 천구(북반구에서는 북극, 남반구에서는 남극)로, 하늘을 반구로 상상하면 지구의 길쭉한 축이 '천구'에 닿는 하늘의 한 지점입니다. 북반구의 주민들은 북극에 매우 가깝기 때문에 "북극성"이라고도 알려진 북극성을 쉽게 찾을 수 있다는 이점이 있습니다.
긴 노출 시간을 실현하고 별을 정확한 모양으로 정지 이미지화하는 유일한 방법은 노출 시간 동안 하늘의 회전을 따라가는 것입니다. 이를 위해서는 한 축이 지구의 축과 평행하게 정렬된 천문 마운트가 필요합니다.
이 축이 노출 시간 동안 올바른 속도로 움직이면 하늘의 "추적" 사진이 생성됩니다. 이 움직임은 일반적으로 전기 모터에 의해 수행됩니다. 천문 마운트는 적도 또는 시차 마운트라고도 합니다.
적도 마운트의 구성 요소. 범례 - 아래 개요를 참조하세요:
- 1: 삼각대(대안: 기둥 삼각대)
- 2: 컨트롤러(표시된 경우: GoTo 기능과 개체 데이터베이스가 있는 복잡한 컴퓨터 컨트롤러)
- 3: 극지 파인더 스코프의 보기 위치. 시축(4) 내부에 위치하며, 방향은 화살표 방향으로 표시됩니다.
- 4: 시간 축으로, 마운트가 하늘의 자전을 따를 때 구동되는 유일한 축입니다. 하단에는 폴라 파인더 스코프(3)가 있고, 상단에는 폴라 파인더 스코프를 사용할 때 제거되는 커버로 닫혀 있습니다.
- 5: 편각축의 위치로, 카운터웨이트 로드(12)에서 계속 이어집니다. 일반적으로 추적하는 동안 편각 축 주변에는 움직임이 없습니다.
- 6: 압력과 역압을 가하여 시축의 경사각(극 높이)을 조정할 수 있는 한 쌍의 나사. 마운트의 수평을 맞추는 데 사용됩니다. 마운트의 수평이 맞춰지면 이 나사는 더 이상 조정할 필요가 없습니다.
- 7: 압력과 반압력을 가하여 방위각(시축의 수평 "보기 방향")을 조정할 수 있는 한 쌍의 나사(그림에서 후면 나사는 알아보기 어렵습니다). 마운트의 수평을 맞추는 데 사용됩니다. 마운트의 수평을 맞추고 나면 이 나사는 더 이상 조정할 수 없습니다.
- 8: 시축의 레버 클램핑.
- 9: 편각 축의 레버 클램프.
- 10: 망원경이나 카메라를 마운트에 부착하기 위해 도브테일 바를 고정하기 위한 도브테일 가이드.
- 11: 도브테일 가이드(10)에 삽입된 도브테일 바를 고정하는 나사 클램프.
- 12: 카운터웨이트 로드(그림에는 카운터웨이트가 없음).
방위각 마운트
미세 조정이 매우 부드럽더라도 사진 삼각대에서는 이러한 추적이 불가능합니다. 사진 삼각대는 하늘의 회전 운동을 보정할 수 없기 때문에 장노출 시 이미지 필드가 추적하는 별을 중심으로 회전하기 때문에 실패할 것입니다. 오리온 별자리를 상상해 보세요: 동쪽의 왼쪽에 '누워서' 떠오르고 남쪽의 최대 위치에서 수직으로 떠오른 후 서쪽의 오른쪽에 누워서 지는 별자리입니다. 사진 삼각대를 사용하여 이 별자리를 따라가면 회전 운동을 보정하지 않고 카메라가 "위아래" 또는 오른쪽으로만 움직입니다.
오리온자리를 예로 들어 천체 회전을 도식적으로 표현한 것입니다. 방위각으로 장착된 추적 카메라는 오리온자리를 시야에 유지할 수 없으며 이미지 필드가 시간이 지남에 따라 회전합니다(빨간색 이미지 필드 프레임). 카메라를 시차적으로 장착하면 오리온자리의 움직임을 따라가면서 동시에 회전 운동을 수행하여 캡처된 시야가 일정하게 유지됩니다(노란색 시야 프레임).
상하 움직임과 좌우 회전만 인식하는 마운트를 "방위각" 마운트라고 하며, 시차 마운트와 대조됩니다. 따라서 사진 삼각대는 단순한 형태의 방위각 마운트입니다. 움직일 수 있는 축 중 하나는 지면과 수직이며 수평 회전, 즉 방위각 조정이 가능합니다. 다른 축은 지면과 평행하며 위아래로 이동, 즉 고도를 조절할 수 있습니다.
방위각 마운트는 하늘의 이미지를 추적하는 데 적합하지 않습니다. 현대식 대형 천문대의 마운트는 예외입니다. 이 마운트에서는 이미지 필드의 회전을 상쇄하기 위해 노출 중에 광축이 복잡한 과정을 거쳐 회전합니다.
방위각 마운트(왼쪽)와 패럴랙틱 마운트(오른쪽). 방위각 마운트를 사용하면 두 이동 축이 모두 지면과 수직 또는 수평이 됩니다. 사진 삼각대처럼 작동합니다. 시차 마운트(오른쪽)는 시축이 기울어진 것이 특징입니다(왼쪽 위를 가리키는 화살표). "독일식 마운트" 유형은 편각 축(왼쪽 아래에서 오른쪽 위 화살표)에 균형추가 필요합니다.
패럴랙틱 마운트
패럴랙틱 마운트는 다양한 디자인으로 제공됩니다. 이들 모두의 공통점은 하나의 축이 지구 축과 평행하게 정렬되어 있다는 것입니다. 이를 시축이라고 합니다. 망원경이나 카메라를 하늘의 어느 지점에나 정렬할 수 있으려면 이 축에 90도 각도로 기울어진 두 번째 축, 즉 편각 축이 있어야 합니다.
아마추어가 사용할 수 있는 두 가지 주요 유형은 소위 "독일 마운트"(발명가인 독일 안경사이자 물리학자인 조셉 폰 프라운호퍼가 근무한 국가의 이름을 따서 명명)와 포크 마운트입니다.
두 개의 적도 마운트: 포크 마운트(왼쪽)와 "독일 마운트"(오른쪽). 빨간색 화살표는 시축의 위치를 나타냅니다.
독일식 마운트
축 십자형으로 구성되어 있으며, 망원경이나 카메라가 편각 축의 한쪽에 있고 카운터웨이트가 다른 쪽에서 균형을 잡아주는 것이 특징입니다. 이 유형은 시축을 천구의 극에 쉽게 정렬할 수 있기 때문에 천체 사진가들 사이에서 특히 인기 있고 널리 보급되어 있습니다. 또한 독일 마운트의 범위는 광범위합니다. 모든 무게와 가격 범주가 대표되며 대부분은 망원경과 함께뿐만 아니라 개별적으로도 구입할 수 있습니다. 한 가지 단점은 망원경을 사용할 때 피사체를 추적할 때 삼각대나 기둥에 부딪힐 수 있기 때문에 서쪽에서 동쪽 위치로(또는 그 반대로) 회전해야 한다는 것입니다.
포크 마운트
포크 마운트는 실제로 망원경과 함께 상용으로만 제공됩니다. 적도형 디자인으로 포크 전체가 기울어져 시축이 천구의 극을 가리키도록 해야 하므로 기계적으로 불리한 조건이 만들어집니다. 아마추어 시장을 위한 대부분의 포크 마운트는 실제로 뚜렷한 진동 동작을 보이기 때문에 천체 사진 촬영에 거의 사용되지 않습니다. 독일 마운트와 달리 포크 마운트의 장점은 망원경이나 카메라가 장애물(삼각대/기둥)에 부딪힐 위험 없이 밤새 천체를 추적할 수 있다는 점이며, 이는 회전할 필요가 없다는 것을 의미합니다.
주변
마운트를 순전히 축 방향의 역학이라고 생각한다면, 천체 사진 촬영을 위한 기능적인 장치로 바꾸려면 추가 구성품이 필요합니다:
- 1. 삼각대/기둥
삼각대는 거의 모든 곳에 설치할 수 있기 때문에 이동 중에 사용할 때 유리합니다. 기둥은 망원경의 이동이 더 자유롭지만 평평한 표면에만 안정적으로 세워야 합니다. 어떤 결정을 내리든 높은 수준의 안정성이 보장되어야 합니다. 궁극적으로 전체 체인에서 가장 약한 링크는 안정성을 제한하고 따라서 최대 추적 정확도도 제한합니다.
- 2. 모터
일부 마운트는 이미 설치된 모터와 함께 제공되며, 다른 마운트는 별도로 구매해야 합니다. 노출 시간이 짧은 경우 기본적으로 시축의 모터 구동으로 충분하므로 편각 축을 위한 두 번째 모터가 필요하지 않습니다. 노출 시간이 길어지면 편각 축의 보정 움직임도 필요할 수 있으므로 각 축에 하나씩 두 개의 모터를 사용하는 것이 좋습니다. 대부분의 마운트는 마이크로 스텝으로 작동하고 웜과 기어 림을 통해 마운트 축을 움직이는 스텝 모터로 작동합니다. 서보모터도 또 다른 솔루션입니다.
- 3. 제어 장치
모든 마운트에는 컨트롤러가 필요합니다. 배송 범위에 포함되지 않은 경우 별도로 구매해야 합니다. 컨트롤러의 임무는 모터에 전압과 구동 임펄스를 공급하는 것입니다. 또한 4개의 버튼을 통해 마운트를 모든 방향으로 다소 빠르고 미세하게 움직일 수 있도록 합니다.
이러한 기본 기능 외에도 일부 컨트롤러는 추가 기능을 제공합니다:
- 추적 속도 변경(항성, 즉 별에 더해 선택적으로 태양과 달에 대해서도)
- 오토가이더 연결: 필요한 경우 오토가이더라는 특수 디지털 카메라를 사용하여 마운트의 움직임을 조절할 수 있는 소켓입니다. 초점 거리가 길고 노출 시간이 긴 작업을 하는 사람은 조만간 '추적 제어'를 오토가이더에 맡기고 컨트롤러에 오토가이더 연결을 장착하는 것을 중요하게 생각하게 될 것입니다.
- GoTo 기능: 고속 모터와 함께 GoTo 컨트롤을 사용하면 선택한 천체에 마운트를 자동으로 배치할 수 있습니다. 천체 사진가에게 GoTo 기능은 결정적인 역할을 하지는 않으므로 의심스러운 경우 제한된 예산을 보다 안정적인 마운트에 투자해야 합니다.
망원경 마운트의 수동 컨트롤 박스: 각각 2개의 버튼으로 시간 축(1)과 편각 축(2)을 전동으로 조정하여 망원경을 천체에 정확하게 정렬할 수 있습니다. 측면의 슬라이드 스위치(3)를 사용하여 컨트롤을 켜고 끄고 지구의 북반구 또는 남반구에서 작동하도록 선택할 수 있습니다. 스위치 4는 버튼 1과 2를 사용할 때 모터의 이동 속도를 설정하는 데 사용됩니다.
- 4. 폴라 파인더 스코프
마운트의 속이 빈 시축에 나사로 고정하여 빠르고 편리하게 극을 정렬할 수 있는 미니 망원경입니다(아래 참조).
극지 파인더 스코프를 통한 시뮬레이션 보기. 푸른 하늘은 해가 진 황혼의 시야에 해당합니다. 아이피스에 보이는 요소는 빨간색 LED로 비춰지므로 검은 하늘에서도 인식할 수 있습니다. 극성(북극성)의 명목상 위치는 이미지의 해당 위치에서 명확하게 볼 수 있습니다. 극성이 실제 천체의 극(시야의 중심)과의 편차가 자동으로 고려됩니다. 표시된 별자리는 방향만 나타내며 극지 파인더 범위에서는 보이지 않습니다.
- 5. 전원 공급 장치
마운트는 일반적으로 12V 직류로 작동합니다. 따라서 이동 중에 사용하려면 배터리 팩 또는 적절한 충전식 배터리를 준비해야 합니다.
- 6. 마운팅 레일
망원경이나 카메라를 마운트에 부착하려면 일반적으로 작은 부품이 추가로 필요합니다. 많은 마운트에는 연결 플랫폼으로 도브테일 가이드가 있습니다. 그런 다음 망원경 또는 카메라 쪽에 적합한 도브테일 바를 제공해야 합니다. 카메라를 부착할 경우 안정적인 볼 헤드를 추가하는 것이 좋습니다.
설치
적도 마운트는 시축이 천체의 극을 가리키도록(즉, 극성에 가깝도록) 설치해야 합니다. 이 과정을 "극 정렬"이라고 합니다.
극 정렬을 수행하는 가장 쉬운 방법은 극 파인더 스코프를 사용하는 것입니다. 이를 위한 전제 조건은 관측 지점에서 천체의 극과 북극성을 볼 수 있고 나무나 집에 가려져 있지 않아야 한다는 것입니다. 극지 파인더 망원경은 속이 빈 시축을 통해 바라볼 때 극성의 공칭 위치를 나타내는 표시를 보여줍니다.
현재 보름달 지름의 약 1.5배인 실제 천체의 극성과 극성의 편차도 고려됩니다. 마운트 및 폴라 파인더 스코프의 설계에 따라 하루에 한 번 극 주위를 공전하기 때문에 극에 대한 북극성의 현재 위치만 설정하면 됩니다.
그런 다음 극좌표의 경사(극 높이)와 극축의 보기 방향(방위각)만 조정하면 원하는 위치에서 극지방 별이 극 파인더 스코프에 표시될 때까지 조정할 수 있습니다. 극축의 경사는 관측 위치의 위도(프랑크푸르트/M의 경우 약 50도)에 해당합니다. 좋은 마운트를 사용하면 극축의 경사를 민감하게 조정하여 보정할 수 있습니다. 보는 방향도 방위각 조정을 통해 민감하게 조정됩니다.
시축의 '보기 방향', 즉 방위각을 조정하려면 삼각대 플레이트의 스파이크에 압력과 반압력이 작용하여 수평을 맞추는 과정에서 마운트를 민감하게 수평으로 정렬할 수 있는 두 개의 핸드 스크류를 움직여야 합니다.
시축의 경사각, 즉 폴 높이의 조정도 압력과 역압으로 작동하는 두 개의 핸드 스크류로 수행됩니다. 이 경사각은 관측 지점의 위도에 해당하며 정렬 과정에서 한 번만 조정하면 됩니다.
초점 거리가 길고 노출 시간이 길어도 조정된 극좌표 파인더 스코프를 사용하면 극좌표 정렬이 충분히 정확합니다. 초점 거리가 짧고 노출 시간이 짧은 경우에는 폴라리스가 폴라 파인더 스코프 시야의 중앙에 위치하는 것만으로도 충분합니다.
"Scheiner" 방법은 매우 긴 노출 시간, 긴 초점 거리, 고정식 천문대 또는 GoTo 마운트의 최상의 위치 정확도를 위해 필요한 경우와 같이 극 정렬의 정밀도에 대한 높은 요구가 있는 경우에만 극 정렬에 권장됩니다. 망원경과 레티클 아이피스를 사용할 수 있다고 가정합니다. 시간이 오래 걸리는 이 절차에 대한 자세한 설명은 다음 링크에서 확인할 수 있습니다.
http://www.baader-planetarium.de/montierungen/download/scheiner-klassic.pdf
수평을 맞춘 후 마운트를 장착합니다. 즉, 카운터웨이트, 망원경 및/또는 카메라를 장착합니다. 다음 단계는 시축과 편각 축의 균형을 맞추는 것입니다. 마운트가 하늘의 어느 지점에 정렬되든 축이 걸리지 않고 제 위치에 유지되는 것이 이상적입니다.
이를 위해 장착된 망원경은 정확히 남쪽(또는 북쪽)을 가리키고 수평선과 정렬되도록, 즉 수평 위치에 있도록 정렬됩니다. 먼저 카운터웨이트가 카운터웨이트 로드에서 축 방향으로 이동하여 시축을 고정하지 않아도 마운트가 제 위치에 유지되도록 합니다.
남쪽에서 마운트를 바라본 모습. 카메라가 장착된 망원경(오른쪽)은 북쪽 수평선의 한 지점에 정렬되었습니다. 균형추(왼쪽)를 축 방향으로 움직여 시축을 고정하지 않아도 망원경이 이 위치에 유지되도록 균형을 맞췄습니다.
그런 다음 시축 클램프를 조이고 편각 축도 평형을 이룰 때까지 광학 축을 따라 튜브 클램프에서(또는 홀더의 프리즘 레일의 세로 변위에 의해) 망원경을 움직입니다.
동쪽에서 마운트 보기. 카메라(후면)가 있는 망원경은 남쪽 지평선의 한 지점에 정렬되었습니다. 도브테일 가이드의 프리즘 레일(구멍이 있는 알루미늄 색 막대)을 움직이거나 빨간색으로 표시된 이중 화살표를 따라 튜브 클램프의 망원경을 움직이면 다시 평형을 이룹니다. 그러면 편각 축의 클램프를 풀어도 망원경이 이 위치에 유지됩니다.
이 이상적인 위치를 항상 달성할 수 있는 것은 아닙니다. 하지만 적어도 가능한 한 가까이 접근하려고 노력해야 합니다. 밸런싱의 목적은 마운트를 움직일 때 모터가 해야 하는 작업량을 최소화하는 것입니다. 불균형이 심하면 전동 트래킹이 더 이상 필요한 정밀도로 작동하지 않을 것으로 예상해야 합니다.
이 단계가 끝나면 지구의 자전으로 인해 장시간 노출 시 별의 이미지가 줄무늬가 생기는 현상 없이 별의 궤적을 따라 카메라를 추적할 수 있는 기능적인 시스템을 갖추게 됩니다.
이렇게 하려면 마운트의 제어 장치를 연결하고 전원을 공급합니다. 달과 태양 이외의 천체를 촬영하는 경우 추적 속도가 "항성" 또는 "별"로 설정되어 있는지 확인하세요. 컨트롤러에서 마운트를 지구의 남반구에서도 작동할 수 있도록 허용하는 경우 "북쪽"을 설정해야 하며, 그렇지 않으면 시축이 잘못된 방향으로 회전합니다. 이제 시축과 편각 축의 클램프를 풀고 망원경 및/또는 카메라를 원하는 하늘 영역을 가리킨 다음 두 클램프를 부드럽게 다시 조입니다. 첫 노출을 시작하기 전에 몇 초간 기다렸다가 드라이브 웜이 스프라켓의 톱니와 완전히 맞물릴 수 있도록 시간을 줍니다.
"천체 사진 및 하늘 사진" 튜토리얼 시리즈의 다음 두 에피소드에서는 "추적 카메라를 사용한 장노출"과 "장노출 중 추적 제어"를 주제로 다룰 예정입니다.
운송
천체 마운트를 운반할 때는 균형추를 제거하고 시축과 편각축의 클램프를 느슨하게 해야 합니다. 이렇게 하면 진동이 발생했을 때 기계장치를 보호할 수 있습니다.
사진 촬영에 적합한 마운트의 예
짐 크기를 줄이는 데 있어서는 "AstroTrac 320x" 마운트를 능가할 수 없습니다. 사진 삼각대용 어태치먼트로, 사진에 보이는 알루미늄 색상의 부품입니다. 삼각대와 삼각대 헤드가 필요하지만 이 마운트에는 옵션으로 폴라 파인더 스코프(왼쪽 상단)를 장착할 수도 있습니다.
최대 초점 거리가 약 300mm인 렌즈가 장착된 카메라를 추적하는 데 적합하며, 기껏해야 아주 작고 가벼운 망원경에 적합합니다. 배터리 팩이 트래킹을 위한 모터에 전원을 공급합니다. 접었을 때 마운트는 자동차의 경고 삼각형만큼 크지만 안타깝게도 가격이 625유로부터 상당히 높습니다.
다음 이미지에서 볼 수 있듯이 "Skywatcher EQ-3"는 모터가 장착 된 경우 클래식 망원경 마운트로 이미지를 추적 할 수있는 절대적인 하한선을 나타냅니다. 기껏해야 가장 작은 망원경은 초점 거리가 너무 길지 않은 사진 렌즈가 장착 된 카메라가 아닌 "페이로드"로 간주 될 수 있습니다. 그러나 적당한 초점 거리와 몇 분의 노출 시간을 가진 촬영의 경우 삼각대, 모터 및 컨트롤을 포함하여 약 230 유로에 구입할 수있는 적합한 플랫폼입니다.
GoTo 제어 기능이 있는 '셀레스트론 어드밴스드 GT'는 훨씬 더 안정적입니다. 또한 중간 크기와 초점 거리의 망원경도 지원합니다. 그러나 초점 거리가 매우 긴 경우에는 추적의 정밀도가 충분하지 않기 때문에 장시간 노출 시 사진 촬영에 과부하가 걸리지 않도록 주의해야 합니다. 삼각대, 폴라 파인더 스코프, GoTo 컨트롤이 포함된 완전한 패키지인 이 마운트의 가격은 약 750유로입니다.
"Vixen GPD2"는 모든 면에서 사진 촬영에 적합하며 추천할 만한 가치가 있는 진정한 "일꾼"입니다. 저렴하지는 않고 기본 버전에는 모터도 없지만 약 8kg (카운터 웨이트 제외)의 페이로드를 불만없이 운반하고 기계적 정밀도로 사진 사용에 대한 모든 요구 사항을 충족합니다. 삼각대, 컨트롤, 모터가 없지만 매우 정밀한 조명 폴라 파인더 스코프가 장착된 "네이키드" 축 크로스는 800유로입니다. 고속 모터, GoTo 컨트롤, 나무 삼각대가 포함된 완전한 구성은 최대 1800유로까지 추가될 수 있습니다.
Astro-Physics의 "1200 GTO"는 매우 무겁지만 편각 블록을 극고도 장치에서 분리하여 별도로 운반 할 수 있기 때문에 여전히 합리적으로 운반 할 수있는 마운트입니다. 둘을 합치면 액세서리 없이도 50킬로그램이 넘습니다. 이 마운트는 고정식 천문대에서 사용하기에 적합하며, 평형추를 제외하면 하중이 거의 65kg에 달합니다! 액세서리가 없는 마운트이지만 GoTo 컨트롤이 있는 마운트의 경우 5자릿수 유로가 예상됩니다.
