Partea 12: Controlul urmăririi în timpul unei expuneri lungi
Obiectele cerești slabe de pe cerul nopții necesită un timp îndelungat de expunere. Chiar dacă în era fotografiei digitale sunt făcute mai multe cadre expuse mai scurt în loc de o singură expunere foarte lungă, care sunt apoi adăunate printr-un software de prelucrare a imaginii, atunci când sunt folosite focale de expunere lungi, urmărirea automată a unei monturi astronomice nu este suficient de exactă pentru a produce fotografii clare cu fiabilitate.
Atunci este necesar să controlați traiectoria monturii în timpul expunerilor și - dacă este necesar - să interveniți corectiv. Acest proces este numit controlul urmăririi sau, în termeni noi, "ghidaj", iar activitatea ca "ghidare". Atunci când o cameră specială preia acest proces, aceasta este numită cameră de urmărire, "ghidaj automat". Un control de urmărire devine necesar atunci când, chiar și cu urmărirea motorizată a monturii în timpul perioadei dorite de expunere, stelele nu sunt reprezentate exact ca puncte, ci usor sub forma de linii.
Cauzele acestei inexactități pot fi diverse:
• Execuția mecanică a monturii nu corespunde cerințelor
• Montura nu a fost suficient de bine axată (consultați Partea 9 a seriei de tutoriale „Astro- și fotografie astronomică” (Manipularea unei monturi astronomice)
• Viteza de urmărire motorizată nu corespunde exact cu viteza de rotație a cerului aparent
• Efectul de prisma al atmosferei terestre (refracția atmosferica) provoacă faptul că stelele nu stau la locul lor cu sută la sută, unde ar trebui să fie
• Mișcările în sistem, cum ar fi ușoara înclinare a ocularului în timpul expunerii
• Eroarea perioadică a melcului, pe care fiecare melc de acționare o produce în raport cu coroana acționată în timpul unei rotații
• Inegalitatea coroanei acționate de melc
În timp ce multe aspecte pot fi influențate de construirea cu grijă, cel puțin cele două ultime menționate rămân problematice. Orice mecanism, chiar și unul atât de bun și costisitor, va avea abateri minime de la starea ideală, ceea ce se va reflecta mai devreme sau mai târziu în fotografiile lung expuse. Un calcul simplu arată ce precizie de urmărire ar trebui să se obțină teoretic.
Să luăm ca exemplu un telescop cu o lungime focală de 1500mm, la care este conectată o cameră DSLR. Dimensiunea pixelilor senzorului o considerăm ca fiind de 5,7 de micro-metri, adică 5,7 de miimi de milimetru, o valoare care se aplică de exemplu pentru Canon EOS 400D sau EOS 1000D. Să presupunem, de asemenea, că agitația aerului deviază locul unei stele pe o zonă de patru secunde de arc (1 grad = 60 de minute de arc = 3600 de secunde de arc), ceea ce corespunde condițiilor bune până la medii din Germania.
Aceasta înseamnă că, în timpul expunerii, prin tremurul aerului, fiecare stea formează un disc cu un diametru de patru secunde de arc. Stelele nu le putem reprezenta mai clar.
Acum trebuie să calculați un unghi pe care un pixel al senzorului de captură îl reprezintă. Acest lucru se face cu următoarea formulă.
Formulă pentru calcularea unui unghi de imagine Alpha. În acest caz, „L” este lungimea laturii pixelului și „f” este lungimea focală. Ambele valori trebuie exprimate în aceeași unitate (aici metri).
Astfel, scala de imagine este de 0,8 secunde de arc pe pixel. Deci, discul stelar va avea un diametru de 5 pixeli (echivalent cu 4 secunde de arc) pe senzor. Acum stabilim toleranța pe care dorim să o permitem înainte ca o reprezentare ușor sub forma de linie a stelei să fie necesară. Propun ca o deviere de 20% să fie încă acceptabilă. Totul peste aceste 20% ar trebui să fie considerat ca fiind neclaritate. Această toleranță este o concesie mai generoasă.
Stânga o reprezentare perfectă a stelei în timpul unei urmăriri optime. Dreapta o stea ușor deformată a cărei axă lungă depășește pe cea scurtă cu 20%.
În cazul unei reprezentări stelare cu un diametru de cinci pixeli, 20% corespund exact unui pixel de toleranță. Acest lucru înseamnă că urmărirea în timpul expunerii trebuie să abată doar 0,8 secunde de arc de la starea ideală. 0,8 secunde de arc reprezintă 2,2 zece miimi de grade (pentru a reaminti: Luna plină are aproximativ 0,5 grade diametru aparent!). Acest calcul poate pune în evidență provocarea reprezentată de urmărirea cu focale lungi și subliniază necesitatea controlului urmăririi.
Controlul urmăririi în practică
Cum deja am indicat, există două metode de bază ale controlului urmăririi, manuală și folosind un autoguider.
1. Controlul urmăririi manual
În timpul controlului urmăririi manuale, se folosește un ocular cu crucișet, în centrul căruia se poziționează o stea. În timpul întregii perioade de expunere, observatorul menține „steaua directoare” sub observație și se asigură că nu se abate de la centrul crucișetului. Dacă apare o deviere, atunci steaua este readusă imediat la poziția sa dorită prin apăsarea butoanelor de direcție de pe panoul de control al monturii.
În timpul controlului manual al urmăririi, fotograful controlează traiectoria monturii, observând o stea în ocularul cu crucișet, în timp ce aparatul de fotografiat realizează expunerea. Prin intermediul panoului de control manual al monturii, se poate interveni corectiv.
Dacă telescopul principal este folosit ca optică de captare, este necesar să se utilizeze un al doilea telescop, care este denumit „telescop directoare” sau pe scurt „telescopul direct”. Acest telescop este montat împreună cu telescopul principal pe aceeași montură și este orientat mai mult sau mai puțin paralel cu acesta. Nu este necesară o paralelitate absolută. Dimpotrivă, multe telescoape directoare sunt fixate pe telescopul principal în așa-numitele cleme pentru telescop directoare, care prind telescopul directoare în două cleme cu câte trei șuruburi de mână. Prin ajustarea șuruburilor de mână, telescopul directoare poate fi mișcat în anumite limite față de telescopul principal. Scopul acestei aranjări este de a găsi întotdeauna o stea directoare suficient de luminoasă, pentru că nu fiecare motiv pe cer conține o stea strălucitoare în câmpul imaginii.
O pereche de cleme pentru telescop directoare (săgeți roșii), montate pe telescopul principal, oferă telescopului directoare libertate de mișcare pentru a se putea alinia la o stea directoare mai luminoasă. Fiecare clema are trei șuruburi de mână care fixează telescopul directoare în toate pozițiile. Dacă unul dintre șuruburi se eliberează, altul trebuie strâns pentru a asigura fixarea.
Deci, pentru controlul manual al urmăririi aveți nevoie de următoarele:
• a) Telescop de conducție
Calitatea imaginii nu joacă un rol important, astfel că un telescop ieftin poate fi considerat adecvat ca telescop de conducție. Este important ca distanța focală să nu fie prea scurtă. Ideal ar fi ca distanța focală să fie dublul distanței focale de captură. Prin utilizarea unei lentile Barlow (un sistem de lentile similar cu un teleconversor), distanța focală efectivă a telescopului de conducere poate fi extinsă. Mufa oculară a telescopului de conducție ar trebui să fie stabilă și să nu se clatine, deoarece altfel precizia de urmărire necesară nu poate fi obținută.
• b) Ocular cu reticul
Modelele simple au două fire la un unghi de 90 de grade; pentru controlul urmăririi sunt mai utile tipurile cu reticul dublu, în care steaua de conducere în poziția sa centrală nu dispare în spatele firelor. Asigurați-vă că poate fi iluminat. Acest lucru înseamnă că reticulul este iluminat printr-un LED roșu, alimentat de baterii, astfel încât să poată fi văzut și sub un cer întunecat de noapte. De obicei, dispozitivul de iluminare poate fi reglat în intensitate.
În cazul unui ocular simplu cu reticul (stânga), reticulul acoperă steaua de conducere. Un ocular cu reticul dublu (dreapta) evită această situație.
Un ocular cu reticul iluminat reglabil (săgeata roșie). Bateriile tip buton în interior alimentează un LED roșu cu tensiunea necesară:
• c) Suport de montare pentru telescopul de conducere
Telescopul de conducere trebuie să fie fixat pe telescopul principal cât mai stabil posibil. Deformațiile în timpul timpului de expunere ar anula controlul manual al urmăririi. O soluție elegantă sunt clemele menționate mai sus pentru telescopul de conducere. Procedura: În primul rând, telescopul principal este aliniat cu camera conectată la obiectivul ceresc dorit. Dacă este necesar, prin rotirea camerei în mufa oculară, este optimizat cadrul imaginii dorit. Acum, sunt făcute toate setările necesare la cameră. Apoi se face focalizarea, pentru care eventual trebuie să se pivoteze pe o stea strălucitoare nu departe de porțiunea cerului aleasă.
După focalizare, cadrul imaginii este verificat din nou, ceea ce pentru obiectele slabe din punct de vedere luminos este ușurat printr-o expunere de probă cu o durată, posibil, de o minută, fără a se folosi controlul de urmărire. Abia apoi telescopul de conducere cu ocularul de conducere cu reticul este mutat în clemele sale de pe tubul de conducere, până când o stea suficient de strălucitoare se află în centrul reticulului. Acum ocularul cu reticul este rotit în mufă până când cele două fire coincid exact cu direcția de deplasare a celor două axe de montare (axa de ascensiune dreaptă și axa de declinație). Pentru aceasta, viteza de deplasare a motoarelor de pe panoul de control este setată la aproximativ 16 ori viteza și montarea este deplasată în jurul axei de ascensiune dreaptă. Ocularul este rotit până când steaua de conducere se deplasează de-a lungul unui fir în ocularul cu reticul.
Vedere prin ocularul cu reticul cu stea de conducere (stânga). Direcția de mișcare a axelor de montare este marcată cu săgeți albastre deschis. Prin rotirea ocularului în mufă, este realizat faptul că direcția de mișcare corespunde cu reticulul (dreapta).
Apoi, steaua de conducere este adusă în centrul reticulului de motoarele de pe montură și viteza motoarelor este redusă din nou, ideal pe o viteză simplă (1x) sau jumătate (0,5x). Apoi, trebuie să vă amintiți exact care dintre butoanele de pe panoul de control trebuie apăsat pentru a face steaua să alerge la stânga, dreapta, sus și jos, pentru a putea compensa imediat și cu precizie un posibil derapaj al stelei din centrul reticulului. După o scurtă perioadă de exerciții, ar trebui să ajungeți la această stare. Apoi, este momentul: Experiența de expunere este pornită. După deschiderea obturatorului camerei, steaua de conducere trebuie să fie monitorizată în mod constant.
Dacă se deplasează din centrul reticulului, apăsați imediat butonul corespunzător de pe panoul de control pentru a o readuce în centru. Cu montările care au bune caracteristici de urmărire, s-ar putea să nu fie necesare corecții decât foarte rar, în timp ce montările cu un sistem de acționare relativ imprecis ar putea necesita corecții într-un interval de doar câteva secunde. Atunci controlul manual al urmăririi devine o muncă care necesită o mare concentrare în timp. Unghiul de obervare confortabil în ocularul cu reticul și o înălțime de privire plăcută, dacă este posibil, sunt importante. Pentru multe obiecte cerești, o singură expunere cu durata maximă menționată nu este suficientă. Atunci trebuie să se facă mai multe fotografii, care vor fi adăugate ulterior (a se vedea Numărul 16 al seriei „Fotografie astronomică și de ceruri”: „Controlul zgomotului electronic al imaginii」).
Sfat: Comerțul specializat oferă alternative pentru un telescop de conducere numite Ghidaj Off-Axis. Aceste dispozitive sunt montate între telescop și cameră și conțin o oglindă mică care deviază lumina unei stele mult afară de axa optică, dincolo de câmpul vizual al camerei, la un unghi de 90 de grade. Teoretic, aceasta face posibil ca telescopul principal să fie utilizat ca telescop de conducere în timpul expunerii. Din păcate, calitatea imaginii a majorității telescopelor este destul de slabă la distanță de axă, astfel încât o imagine clară a unei stele de conducere nu poate fi văzută. În plus, căutarea unei stele de conducere cu un Ghidaj Off-Axis devine o odisee solicitantă și se termină de obicei cu faptul că trebuie să vă schimbați neintenționat cadrul imaginii alese pentru a găsi o stea de conducere. Chiar și atunci, poziția de vizualizare este adesea incomodă, uneori posibilă doar prin contorsiuni. Într-o astfel de poziție a corpului, controlul manual al urmăririi devine o tortură fizică.
2. Control automat de urmărire
Dintr-o privință atentă, controlul manual al urmăririi este o muncă destul de stupidă. Rapid, se maturizează convingerea că ar trebui să fie posibil să automatizăm această activitate printr-unelte tehnice. Vestea bună este: funcționează, și anume prin intermediul unor camere digitale speciale denumite "autoguidere". Vestea proastă: soluțiile Plug-And-Play nu există în domeniul autoguidingului, adică conectarea și cablarea nu sunt suficiente pentru a determina un autoguider să facă ceea ce se așteaptă de la el.
Ținta de pe ocularul de ghidare al telescopului este înlocuită de o cameră de urmărire (autoguider).
Se va trebui să se aibă în vedere o fază inițială în care nu se vor obține încă fotografii astronomice, ci autoguiderul va trebui pus în funcțiune împreună cu montura utilizată. Fără experiență, această activitate poate necesita câteva ore sau chiar nopți! Tehnic, autoguidingul funcționează astfel: Ca autoguider este folosită o cameră digitală specială sau o cameră video sau web. Senzorul acestor camere este de obicei foarte mic, cu un număr scăzut de pixeli. Pe senzorul autoguiderului este proiectată o stea, a cărei poziție este determinată de un software. Senzorul autoguiderului este citit în intervale scurte, iar poziția stelei este reevaluată.
Dacă steaua de ghidare se abate de la poziția sa inițială, software-ul este capabil să efectueze o mișcare opusă pentru a îndrepta montura și a reapropia steaua de poziția sa inițială. Pentru aceasta, este necesar să conectați autoguiderul sau computerul de control printr-un cablu la montura. La rândul său, controlul monturii trebuie să aibă o interfață pentru autoguiding, adică o opțiune de conectare.
Exemplu de cablare (schematic). DSLR-ul este conectat la PC printr-un cablu USB (roșu închis, 2). Autoguiderul utilizează o altă interfață USB a calculatorului pentru transmiterea imaginii (albastru, 3). Pentru ca software-ul de control al ghidajului să poată efectua mișcările corective ale monturii, este necesar un alt cablu (rosu, 1), în acest caz o conexiune serială (COM1). Deoarece laptopurile moderne de multe ori nu mai au o interfață serială, singura soluție este un adaptor USB-serial. În funcție de montura utilizată și de autoguiderul instalat, cablarea poate diferi față de acest schemă.
„Autoguidere standalone”, adică dispozitive care funcționează fără a fi conectate la un computer, sunt aproape nefiabile disponibile în comerț. De obicei, funcționarea este posibilă doar cu un computer (în cazul utilizării terestre, un laptop). În acest caz, punerea în funcțiune urmează acești pași:
a) Căutarea stelei de ghidare în telescop și ducerea acesteia în centrul câmpului vizual cu ajutorul unui ocular de ghidare cu cruce.
b) Înlocuirea ocularului de ghidare cu autoguiderul.
c) Focalizarea stelei de ghidare cu ajutorul software-ului autoguiderului pe laptop.
d) Alegerea unei viteze scăzute a motorului de control al monturii (de ex. 1x viteza stelei).
e) Pozitionarea stelei de ghidare aproximativ în mijlocul câmpului vizual.
Observăm afișajul care prezintă abaterile stelei directoare fie sub formă de serie numerică, fie sub formă grafică. Dacă abaterile se încadrează în limitele așteptate, expunerile pot fi începute.
Afișajul software-ului MaxIm în timpul ghidajului. În partea dreaptă sus, este afișată o imagine curentă a stelei directoare capturată, inclusiv crucea centrală. În partea de jos, un grafic prezintă abaterile observate ale stelei directoare față de poziția sa dorită în ambele axe.
Din păcate, în cadrul unui tutorial nu este posibil să redactăm o instrucțiune pas-cu-pas mai precisă, deoarece detaliile procedurii diferă în funcție de camera de autoghidaj utilizată. Prin urmare, trebuie să facem trimitere la manualul de utilizare al modelelor respective de camere.
Câteva sfaturi generale pentru un autoghidaj reușit:
a) Multe dispozitive de autoghidaj funcționează mai bine când sunt montate astfel încât direcția mișcării axelor monturii să coincidă cu rândurile și coloanele de pixeli.
b) Punctul de calibrare menționat mai sus sub f) trebuie repetat de fiecare dată când telescopul este orientat spre o altă regiune a cerului.
c) În multe cazuri, în cadrul software-ului trebuie să fie stabilite câteva secunde în care dispozitivul de autoghidaj trebuie să miște axele în timpul etapei de calibrare înainte ca poziția stelei directoare să fie din nou determinată. Acest interval de timp trebuie să fie calculat astfel încât steaua să nu părăsească suprafața senzorului, dar în același timp să aibă o schimbare de poziție suficient de mare pentru ca software-ul să poată determina direcția în mod clar și, de asemenea, în mod ideal, steaua directoare să fie mutată de la centrul senzorului către marginea acestuia în timpul rutinei de calibrare.
Utilizând cele două câmpuri "Timp de calibrare", în MaxIm este stabilit câte secunde rulează software-ul motoarele monturii în timpul rutinei de calibrare:
d) Software-ul de control al multor dispozitive de autoghidaj conține numeroși parametri pentru optimizarea ghidajului. Un punct important este "Agresivitatea". Aceasta determină dacă, în cazul unei deriveri observate a stelei directoare, se va încerca corectarea acesteia în următoarea etapă sau dacă software-ul ar trebui să încerce să se apropie de valoarea dorită în pași mai mici. Dacă agresivitatea este prea mare, sistemul poate oscila, iar steaua directoare poate oscila constant în jurul valorii dorite din cauza reacțiilor excesive. Dacă este prea mică, o derivă continuă într-o direcție poate fi dificil de compensat. Prin urmare, prin experiență practică, trebuie găsit un echilibru care să țină cont de caracteristicile monturii utilizate și a distanței focale a telescopului.
Reglarea "Agresivității" în modulul de ghidaj din MaxIm. Valoarea "8" înseamnă că o abatere observată a stelei directoare față de poziția sa dorită va fi corectată deja în următoarea etapă cu 80%. O corectare de 100% duce adesea la oscilații ale sistemului.
Camerele care sunt potrivite pentru autoghidaj?
Cei care caută un autoghidaj independente care funcționează fără un computer conectat, au de fapt o singură opțiune pentru un dispozitiv nou: Baader LVI-SmartGuider, http://www.baader-planetarium.de/sektion/s21/s21.htm.
"LVI SmartGuider" este un auto-ghidaj independent care nu necesită un PC/laptop pentru funcționare.
Nu se poate nega că acesta este un produs nou lansat și că încă nu există experiențe practice fundamentate. În acest moment, nu pot recomanda sau descuraja achiziționarea acestui dispozitiv.
Următoarele dispozitive de autoghidaj necesită un computer pentru funcționare:
Alccd ALccd 5 Autoguider http://www.astrolumina.de
Imaging Source: DMK 21AU04.AS și alte modele, module video http://www.astronomycameras.com.
Camera video DMK de la ImagingSource. În pachetele pentru astrofotografi există un adaptor pentru telescop (în partea de sus, pe dreapta), dar nu există software pentru a utiliza camera ca dispozitiv de autoghidaj.
SBIG ST-402ME: cameră CCD http://www.sbig.de
Meade DSI 2 Deep Sky Camera,
CCD-Camere, diverse modele http://www.meade.de
"Deep Sky Imager PRO II" de la Meade este o cameră CCD pentru fotografii astronomice, însă senzorul său este mai mic în comparație cu cel al unei DSLR. Cei care doresc să o folosească ca dispozitiv de autoghidaj se pot bucura, deoarece software-ul necesar este inclus în pachet.
Înainte de achiziționarea unuia dintre aceste modele de camere, trebuie să stabiliți ce cabluri și mai ales ce software ar putea fi necesare pentru a le utiliza ca dispozitive de autoghidaj. Un avantaj al acestor camere este că pot fi folosite nu doar ca dispozitive de autoghidaj, ci și ca camere, în special pentru fotografii planetare (vezi Episodul Nr. 14 al seriei "Fotografie astronomică și a cerului": "Capturarea planetelor cu camera web").
Clasicii în domeniul autoghidajului independent sunt modele precum SBIG ST-4 și SBIG ST-V, care din păcate nu se mai produc. Ca achiziție second-hand, ambele sunt o recomandare excelentă!
Disponibilă doar ca produs second-hand: SBIG ST-4, un vechi dar eficient ghidaj independent. Afișajul cu șase cifre este interfața strictă pentru utilizatori, inițial neobișnuită.
Exemple de capturi
A fost necesară o distanță focală de șase metri pentru a fotografia cum trebuie clusterul stelar „Messier 13” din constelația Heracles pe senzorul unei camere Canon EOS 450D. Exponerea a fost făcută timp de zece minute la ISO 400. Ghidajul a fost realizat folosind un telescop ghid și o cameră SBIG ST-4 Autoguider.
Această fotografie a Nebuloasei Orion a fost realizată cu o cameră Canon EOS 400D modificată pentru astrofotografie. Timpul total de expunere a fost de o oră și jumătate la ISO 800. Distanța focală a fost de 600 de milimetri la diafragma 1:6,0. În locul telescopului ghid a fost folosit un obiectiv foto de 300 de milimetri, la care a fost conectată o cameră SBIG ST-4 Autoguider.
De asemenea, această imagine a Galaxiei Andromeda a fost capturată cu ajutorul camerei modificate EOS 400D. Obiectivul de captură a fost un telescop cu o deschidere de doar 60 de milimetri și o distanță focală de 350 de milimetri. Expunerea a durat o oră și 40 de minute la ISO 400. Datorită lipsei unui autoguider, urmărirea a fost realizată manual, folosind un tub ghid cu ocular cu reticul.
