Uma montagem astronômica e paralática é o requisito para obter fotos astronômicas nítidas com longos tempos de exposição:
Parte 9: Manuseio de uma montagem astronômica
Se uma câmera for fixada firmemente em um tripé fotográfico comum, os objetos celestes só serão nitidamente capturados se o tempo de exposição não exceder um valor máximo, que depende da distância focal, da região celestial capturada, do tamanho dos pixels do sensor de captura usado e dos requisitos pessoais para uma imagem "nítida".
Por exemplo, a uma distância focal de 3000 milímetros, uma representação embaçada será percebida em exposições com mais de 1/45 segundo, se a câmera não seguir o movimento celeste. E mesmo ao usar uma lente grande angular de 24 milímetros, estrelas após 10 segundos de exposição já não serão mais pontos, mas finos traços.
O motivo para isso é a rotação da Terra. O céu parece girar sobre nossas cabeças de leste a oeste. Portanto, não apenas o Sol e a Lua, mas também os planetas e as estrelas surgem a leste e se põem a oeste. O ponto crucial desse movimento é o polo celeste (no hemisfério norte, o polo norte celeste; no hemisfério sul, o polo sul celestial). Este é o ponto no céu onde o eixo da Terra prolongado toca a "abóbada celeste", se imaginarmos o céu como uma semiesfera. Os habitantes do hemisfério norte têm uma vantagem: Bem perto do polo norte celeste está a estrela polar, facilmente identificável, também conhecida como "Estrela do Norte".
A única maneira de realizar exposições longas e ainda assim capturar estrelas pontuais é acompanhar o movimento de rotação celeste durante a exposição. Para isso, é necessário uma montagem astronômica, na qual um eixo é alinhado paralelamente ao eixo da Terra.
Quando este eixo é movido na velocidade correta durante a exposição, são criadas fotos do céu "rastreado". Normalmente, esse movimento é feito por um motor elétrico. Uma montagem astronômica também é chamada de paralática ou equatorial.
Componentes de uma montagem paralática. Legenda - veja a tabela a seguir:
• 1: Tripé de três pernas (Alternativa: tripé de coluna)
• 2: Controle (no caso da imagem: controle por computador complexo com função GoTo e banco de dados de objetos)
• 3: Posição de visualização do buscador polar. Está dentro do eixo horário (4), cuja direção é indicada pela seta de orientação.
• 4: Eixo horário, o único eixo acionado quando a montagem segue a rotação celeste. Na extremidade inferior está o buscador polar (3), a extremidade superior está fechada com uma tampa que é removida quando o buscador polar é utilizado.
• 5: Posição do eixo da declinação, cuja extensão é a haste de contra-peso (12). Um movimento em torno do eixo da declinação geralmente não ocorre durante o rastreamento.
• 6: Par de parafusos que, por pressão e contrapressão, permitem o ajuste do ângulo de inclinação (altura polar) do eixo horário. É usado para ajustar a orientação da montagem. Uma vez que a montagem foi orientada, esses parafusos não são mais ajustados.
• 7: Par de parafusos que, por pressão e contrapressão, permitem o ajuste do azimute (direção "horizontal" do eixo horário) (o parafuso traseiro é de difícil identificação na imagem). É usado para ajustar a orientação da montagem. Uma vez que a montagem foi orientada, esses parafusos não são mais ajustados.
• 8: Braçadeira de alavanca do eixo horário.
• 9: Braçadeira de alavanca do eixo da declinação.
• 10: Guia de cauda de andorinha para fixação de uma placa de prisma, a fim de prender um telescópio ou câmera à montagem.
• 11: Braçadeira de parafuso que prende uma placa de prisma inserida no guia de cauda de andorinha (10).
• 12: Haste de contra-peso (na imagem sem contrapeso).
Montagem Azimutal
Com um tripé fotográfico, tal rastreamento não é viável, mesmo se o ajuste fino for realizado suavemente. Isso ocorreria porque o campo de visão giraria em torno da estrela durante uma exposição longa, não sendo compensada a rotação do céu. Imagine a constelação de Orion: ela surge a "deitada" no lado esquerdo, sobe verticalmente ao atingir a altura máxima ao sul e se põe a "deitada" no lado direito ao oeste. Seguindo esta constelação com o tripé fotográfico, a câmera se moveria apenas para cima e para baixo ou para a direita, sem compensar o movimento de rotação.
Representação esquemática da rotação celeste com base na constelação de Orion. Uma câmera montada e rastreada azimutalmente não consegue manter a constelação de Orion no campo de visão, e o campo visual gira ao longo do tempo (bordas vermelhas do campo visual). Se a câmera for montada paralaticamente, ela segue o movimento de Orion e ao mesmo tempo realiza um movimento de rotação, mantendo assim o campo visual constante (bordas amarelas do campo visual).
Uma montagem que só conhece movimentos para cima, para baixo e para os lados é chamada de montagem "azimutal" em contraste com a montagem paralática. Um tripé fotográfico, portanto, representa uma forma simples de montagem azimutal. Um de seus eixos móveis fica perpendicular ao solo e permite movimentos horizontais, ou seja, ajustes de azimute. O outro eixo está paralelo ao solo e proporciona a mobilidade para cima e para baixo, ou seja, a altura.
Uma montagem azimutal não é adequada para fotos rastreadas do céu. Exceções incluem as montagens de observatórios de estrelas modernas. Lá, é realizada uma rotação em torno do eixo ótico durante a exposição de forma complexa para compensar a rotação do campo visual.
Montagem azimutal (esquerda) e montagem paralática (direita). Na montagem azimutal, ambos os eixos de movimento estão perpendiculares ou paralelos ao solo. Funciona como um tripé fotográfico. A montagem paralática (direita) é caracterizada pelo eixo do horário inclinado (seta apontando para cima à esquerda). O tipo "montagem alemã" requer contrapesos no eixo de declinação (seta de baixo para cima da esquerda para a direita).
Montagem paralática
As montagens paraláticas estão disponíveis em várias versões. Todas têm em comum o alinhamento de um eixo paralelo ao eixo da Terra. Ela é chamada de eixo horário. A 90 graus disso, deve haver um segundo eixo, chamado eixo de declinação, para que um telescópio ou uma câmera possa ser direcionado para qualquer ponto do céu.
Para o amador, essencialmente dois tipos estão disponíveis; a chamada "Montagem Alemã" (nomeada em homenagem ao país onde seu inventor, o óptico e físico alemão Joseph von Fraunhofer, trabalhou) e a montagem de garfo.
Duas montagens paraláticas: montagem de garfo (esquerda) e "montagem alemã" (direita). As setas vermelhas indicam a posição do eixo horário.
Montagem Alemã
É composta por um cruzamento de eixos e é caracterizada pelo fato de que de um lado do eixo de declinação fica o telescópio ou a câmera, enquanto do outro lado um contrapeso mantém o equilíbrio. Esse tipo é muito popular e difundido entre os astrofotógrafos, pois o eixo horário pode ser facilmente alinhado com o polo celeste. Além disso, a oferta de montagens alemãs é variada: todos os pesos e faixas de preço estão representados, e a maioria delas pode ser adquirida individualmente e não apenas em conjunto com um telescópio. Como desvantagem, vale ressaltar que ao utilizar um telescópio, ele pode bater no tripé ou coluna ao seguir um objeto, exigindo a mudança da posição oeste para leste (ou vice-versa).
Montagem de garfo
As montagens de garfo são praticamente oferecidas apenas em conjunto com telescópios pelo comércio. Como uma implementação paralática, todo o garfo deve ser inclinado para que seu eixo horário aponte para o polo celeste, o que cria condições mecânicas desfavoráveis. A maioria das montagens de garfo para o mercado amador mostra, de fato, um comportamento vibratório pronunciado, por isso são raramente encontradas em uso astrofotográfico. Ao contrário da montagem alemã, como vantagem da montagem de garfo, destaca-se o fato de um objeto celeste poder ser seguido durante toda a noite sem que um telescópio ou câmera corra o risco de colidir com um obstáculo (tripé/coluna), portanto, não sendo necessária nenhuma mudança de posição.
Periféricos
Ao considerar apenas a mecânica dos eixos como montagem, são necessários outros componentes para transformá-la em uma unidade funcional para astrofotografia:
• 1. Tripé/Coluna
Um tripé tem vantagens em termos de mobilidade, pois pode ser colocado praticamente em qualquer lugar. Uma coluna oferece mais liberdade de movimento para um telescópio, mas apenas fica segura em superfícies planas. Não importa qual seja a escolha, a estabilidade deve ser priorizada. Eventualmente, o elo mais fraco em toda a cadeia limitará a estabilidade e, portanto, a precisão máxima de follow-up.
• 2. Motores
Algumas montagens são fornecidas com motores instalados, enquanto outros devem ser adquiridos separadamente. Para exposições curtas, o acionamento motorizado do eixo horário é essencial, ou seja, um segundo motor para o eixo de declinação pode ser dispensado. Para exposições mais longas, correções no movimento do eixo de declinação podem ser necessárias, portanto, recomenda-se dois motores - um para cada eixo. A maioria das montagens opera com motores de passo que funcionam com micro passos e movem os eixos da montagem através de um parafuso sem-fim e coroa. Outra solução são servomotores.
• 3. Controle
Toda montagem requer um controle. Se ele não estiver incluído, deve ser adquirido separadamente. A função do controle é fornecer a tensão e pulsos de acionamento aos motores. Além disso, ele oferece o movimento motorizado mais rápido e preciso da montagem em todas as direções através de quatro botões.
Além dessas funções fundamentais, alguns controles oferecem características adicionais:
• Variação da velocidade de follow-up (além do sideral, ou seja, seguindo as estrelas, opcionalmente também para o sol e a lua)
• Conexão do autoguiador: uma tomada que permite intervir no movimento da montagem com uma câmera digital especial chamada autoguiador, se necessário. Quem trabalha com longas distâncias focais e exposições longas eventualmente desejará delegar o "controle de follow-up" a um autoguiador e valorizar o equipamento do controle com uma conexão de autoguiador.
• Função GoTo: Em conjunto com motores rápidos, um controle GoTo permite o posicionamento automático da montagem em um objeto celeste à sua escolha. Para o astrofotógrafo, a função GoTo não desempenha um papel crucial, portanto, um orçamento limitado, em caso de dúvida, deve ser direcionado para uma montagem mais estável.
Caixa de controle manual para uma montagem de telescópio: Dois botões permitem o ajuste motorizado do eixo horário (1) e do eixo de declinação (2) para alinhar o telescópio exatamente a um objeto celeste. Com um interruptor deslizante na lateral (3), o controle pode ser ligado e desligado e a operação na metade norte ou sul da Terra selecionada. O interruptor 4 define a velocidade de movimento dos motores ao usar os botões 1 e 2.
• 4. Telescópio buscador de pólo
Trata-se de um mini telescópio que é rosqueado no eixo horário oco da montagem e permite um alinhamento rápido e conveniente (veja abaixo).
Vista simulada através de um telescópio buscador de pólo. O céu azul corresponde à visão no crepúsculo avançado. Os elementos visíveis no ocular são iluminados por um LED vermelho, portanto, também podem ser reconhecidos antes de o céu estar escuro. A posição ideal da estrela polar (Polaris), visível na imagem, é claramente visível. A divergência da estrela polar do verdadeiro polo celeste (meio do campo de visão) é automaticamente considerada. As constelações desenhadas indicam apenas as direções e não são visíveis no telescópio buscador de pólo.
• 5. Fonte de alimentação
O funcionamento das montagens com corrente contínua de 12 volts é comum. Portanto, para uso móvel, uma bateria ou bateria correspondente deve ser adquirida.
• 6. Trilho de montagem
Para fixar um telescópio ou uma câmera em uma montagem, geralmente são necessárias outras peças pequenas. Muitas montagens possuem como plataforma de conexão uma guia tipo rabo de andorinha. Do lado do telescópio ou da câmera, é necessário fornecer um trilho de prisma adequado. Quando uma câmera precisa ser instalada, uma cabeça de bola estável é um bom complemento.
Montagem
Uma montagem paralática deve ser instalada de forma que o eixo das horas aponte para o polo celestial (ou seja, para perto da estrela polar). Esse processo é conhecido como "alinhamento polar".
O alinhamento polar é mais facilmente realizado usando um buscador polar. Isso requer que o polo celestial e a estrela polar sejam visíveis do local de observação, sem estarem obstruídos por uma árvore ou casa. O buscador polar olha através do eixo oco das horas e, ao olhar através dele, exibe uma marcação que representa a posição desejada da estrela polar.
Nesse processo, é também considerada a discrepância da estrela polar em relação ao verdadeiro polo celestial, que atualmente é de cerca de um diâmetro e meio da Lua cheia. Dependendo do modelo da montagem e do buscador polar, apenas a posição atual da estrela polar em relação ao polo precisa ser ajustada, pois a estrela polar também faz uma órbita em torno do polo uma vez por dia.
Então, é necessário ajustar a inclinação (altura do polo) e a direção de visualização do eixo polar (azimute) até que a estrela polar seja vista no buscador polar no local previsto. A inclinação do eixo polar corresponde à latitude geográfica do local de observação, cerca de 50 graus para Frankfurt/M. Uma boa montagem permite o ajuste sensível da inclinação dos eixos polares para correções eventuais. O ajuste da direção é feito através de um ajuste de azimute que também é sensível.
Para ajustar a "direção de visualização" do eixo horário, ou seja, o azimute, é necessário mover dois parafusos manuais que atuam sobre um pino do prato do tripé por pressão e contra pressão, permitindo o ajuste horizontal sensível da montagem durante o processo de alinhamento.
O ângulo de inclinação do eixo horário, ou seja, o ajuste da altura do polo, é feito através de dois parafusos manuais que operam com pressão e contra pressão. Esse ângulo de inclinação corresponde à latitude geográfica do local de observação e só precisa ser ajustado uma vez durante o alinhamento.
Mesmo com distâncias focais mais longas e tempos de exposição mais longos, o alinhamento usando um buscador polar ajustado é preciso o suficiente. Para exposições de curta duração com distâncias focais mais curtas, é suficiente posicionar a estrela polar ao centro do campo de visão do buscador polar.
Apenas em casos de alta precisão no alinhamento, como em exposições muito longas, distâncias focais longas, observatórios astronômicos estacionários ou a precisão máxima de posicionamento de montagens GoTo, é recomendável o método "Scheiner" para o alinhamento. Isso requer a disponibilidade de um telescópio e ocular de retículo. Uma descrição detalhada deste procedimento demorado pode ser encontrada em:
http://www.baader-planetarium.de/montierungen/download/scheiner-klassic.pdf
Após o alinhamento, a montagem é carregada, ou seja, contrapeso, telescópio e/ou câmera são instalados. Agora, o objetivo é equilibrar os eixos das horas e da declinação. No estado ideal, a montagem permanece em sua posição sem que os eixos estejam presos, independentemente do ponto do céu para o qual esteja apontando.
Para isso, um telescópio montado é direcionado para apontar exatamente ao sul (ou norte) e estar alinhado com o horizonte, ou seja, em posição horizontal. Primeiramente, o contrapeso na haste do contrapeso é movido ao longo do eixo até que a montagem permaneça na posição desejada mesmo sem o travamento do eixo das horas.
Vista do sul para a montagem. O telescópio com câmera (direita) foi dirigido para um ponto no horizonte ao norte. O equilíbrio é alcançado movendo os contrapesos axiais (esquerda) para que o telescópio permaneça nessa posição mesmo sem o travamento do eixo das horas.
Então o travamento do eixo das horas é apertado e o telescópio é movido em suas presilhas (ou através do movimento longitudinal do trilho do prisma em seu suporte) ao longo de seu eixo óptico até que também o eixo de declinação esteja equilibrado.
Vista do leste para a montagem. O telescópio com câmera (atrás) foi dirigido para um ponto no horizonte ao sul. Movendo o trilho do prisma (faixa de alumínio com furos) na guia tipo rabo de andorinha ou movendo o telescópio em suas presilhas ao longo da seta de dupla face vermelha desenhada, o equilíbrio é alcançado novamente. Depois disso, o telescópio permanece nessa posição, mesmo quando o travamento do eixo de declinação é liberado.
Nem sempre é possível alcançar esse estado ideal. No entanto, deve-se tentar se aproximar dele o máximo possível. O objetivo do balanceamento é minimizar o trabalho dos motores ao mover a montagem. Em caso de grande desequilíbrio, também é provável que o seguimento motorizado não funcione com a precisão necessária.
Após este passo, você terá um sistema funcional para rastrear a câmera ao longo da órbita dos astros, evitando que a rotação da Terra cause imagens estreladas em exposições de longa duração.
Conecte o controle da montagem e forneça energia a ela. Certifique-se de que a velocidade de rastreamento esteja definida como "sidérea" ou "estelar" se desejar capturar objetos celestes diferentes da Lua e do Sol. Se o controle permitir a operação da montagem no hemisfério sul da Terra, selecione "Norte"; caso contrário, o eixo das horas girará na direção errada. Em seguida, aperte os travamentos dos eixos das horas e de declinação e aponte seu telescópio e/ou câmera para a região celeste desejada, depois aperte ambos os travamentos novamente com pressão suave. Antes de iniciar a primeira exposição, aguarde alguns segundos para permitir que o mecanismo de acionamento se engaje plenamente nos dentes da cremalheira.
Os próximos dois episódios da série de tutoriais "Fotografia Astronômica e Celestial" irão abordar os temas "Exposições de Longa Duração com Câmera em Rastreamento" e "Controle de Rastreamento Durante uma Exposição de Longa Duração".
Transporte
Ao transportar uma montagem astronômica, os contrapesos devem ser removidos e as braçadeiras dos eixos de ascensão reta e declinação devem ser soltas. Isso preserva a mecânica contra as vibrações que possam ocorrer.
Exemplos de montagens adequadas para fotografia
Quando se trata de reduzir o peso da bagagem, é difícil vencer a montagem "AstroTrac 320x". Trata-se de um acessório para tripés fotográficos, mostrado em alúminio na imagem. Opcionalmente, esta montagem pode até ser equipada com um buscador polar (canto superior esquerdo), mas a presença de um tripé e uma cabeça de tripé é necessária.
Ela é adequada para o rastreamento de câmeras com lentes de até cerca de 300mm de comprimento focal e possivelmente para telescópios muito pequenos e leves. Uma bateria alimenta o motor para o rastreamento. Quando dobrada, a montagem é do tamanho de um triângulo de aviso dentro do carro, porém o seu preço é bastante elevado (a partir de 625 euros).
A "Skywatcher EQ-3" representa o limite inferior absoluto para capturas rastreadas com montagens de telescópios clássicos, quando equipada com motores, como mostrada na próxima imagem. Somente os telescópios mais pequenos são aceitos como "carga útil", preferencialmente uma câmera com lentes fotográficas e de foco não muito longo. No entanto, para fotografias com distâncias focais moderadas e vários minutos de exposição, ela é uma plataforma adequada, disponível por cerca de 230 euros com tripé, motores e controle inclusos.
Muito mais estável é a "Celestron Advanced GT" com controle GoTo. Ela suporta até mesmo telescópios de médio porte e comprimento focal. Contudo, em termos de exigências fotográficas em longas exposições, ela não deve ser sobrecarregada; pois em comprimentos focais muito longos, a precisão do rastreamento não é suficiente. Como um pacote completo com tripé, buscador polar e controle GoTo, essa montagem custa cerca de 750 euros.
A "Vixen GPD2" é um verdadeiro "cavalo de trabalho" e é recomendável em todos os aspectos para a fotografia. Ela não é barata e na configuração básica até mesmo carece de motores, mas ela suporta aproximadamente 8 kg de carga útil (sem contrapeso) sem problemas e atende a todos os requisitos para o uso fotográfico com sua precisão mecânica. Apenas o cruzamento dos eixos "nus", sem tripé, controle, motores, mas com um buscador polar iluminado bastante preciso, custa 800 euros. Um conjunto completo com motores rápidos, controle GoTo, tripé de madeira pode somar 1800 euros.
O "1200 GTO" da Astro-Physics é uma montagem extremamente pesada, mas ainda razoavelmente transportável, pois a unidade de declinação pode ser separada do bloco da altura polaar e transportada separadamente. Ambos juntos pesam mais de 50 quilogramas sem acessórios. Esta montagem é ideal para um observatório fixo, suportando quase 65 quilogramas sem os contrapesos! Para a montagem sem acessórios, mas com controle GoTo, um valor na casa dos cinco dígitos é a estimativa.
