Astronomické, paralaktické montáž je predpokladom pre ostré astrofotografie s dlhými expozičnými časmi:
Časť 9: Ovládanie astronomického montáže
Ak je fotoaparát pevne upevnený na bežnom fotoštvorce, obrazy oblohy budú ostro vykreslené len v prípade, že expozičný čas neprekročí maximálnu hodnotu, ktorá závisí od ohniskovej vzdialenosti, zachytenej oblohy, veľkosti pixelov použitého snímača a osobného nároku na „ostrý“ obraz.
Napríklad pri ohniskovej vzdialenosti 3000 milimetrov musíte rátať s rozmazaným zobrazením pri expozíciách dlhšie ako 1/45 sekundy, ak fotoaparát nezachytáva pohyb oblohy. Dokonca aj pri použití 24-milimetrového širokouhlého objektívu sa hviezdy po 10 sekundách expozície nezobrazujú ako body, ale ako malé čiary.
Dôvodom je rotácia Zeme. Obloha sa zdá otáčať nad našimi hlavami od východu na západ. Preto sa nielen Slnko a Mesiac, ale aj planéty a hviezdy zdvíhajú na východe a zostupujú na západe. Bodom otáčania tejto pohyby je nebeský pól (na Severnej pologuli severný hviezdny pól, na Južnej pologuli južný hviezdny pól). Toto je miesto na oblohe, kde predĺžená os zeme sa dotýka „nebeského oblúka“, ak si predstavujete oblohu ako polkruh. Obyvatelia severnej pologule majú na tento účel obzvlášť blízko ľahko nájdený Polárny hviezda, ktorý je tiež nazývaný „severné svetlo“.
Jediný spôsob, ako dosiahnuť dlhé expozície a pritom zachovať hviezdy bodovito, je počas expozície sledovať otáčanie oblohy pomocou kamery. Na tento účel je potrebná astronómická montáž, pri ktorej je jedna os zameraná paralelne k zemskej osi.
Ak sa potom táto os správne pohybuje počas expozície, vzniknú „nasledujúce“ fotky oblohy. Tento pohyb sa zvyčajne uskutočňuje pomocou elektromotora. Astronomická montáž je tiež nazývaná paralaktická alebo ekvatoriálna.
Komponenty paralaktickej montáže. Legenda - pozri nasledujúci prehľad:
• 1: Trojnožka (alternatíva: stĺpová stojka)
• 2: Ovládanie (v zobrazenom prípade: náročné počítačové ovládanie s funkciami GoTo a databázou objektov)
• 3: Vyzeranie Polárneho hviezda pozorovadla na raženom uhle (4), ktorej smer je naznačený šípkovou orientáciou.
• 4: Hodínová os, ktorá je jediná poháňaná osou, keď montáž nasleduje otáčanie oblohy. V dolnej časti je zasunuté Polárne hviezda pozorovadlo (3), horný koniec je zatvorený krytom, ktorý sa odstráni pri použití Polárneho hviezda pozorovadla.
• 5: Poloha osi deklinácie, ktorá pokračuje v protivážnej tyči (12). Pohyb okolo osi deklinácie zvyčajne počas nasledovania nepracuje.
• 6: Pár skrutiek, ktoré umožňujú nastavenie náklonu (výšky Pola) hodínovej osi tlakom a protitlakom. Používa sa na navrne montáže. Keď je montáž raz poostrená, tieto skrutky sa už neupravujú.
• 7: Pár skrutiek, ktoré umožňujú nastavenie Azimutu (horizontálny "pohľad" hodinovej osi) tlakom a protitlakom (zadná skrutka je ťažko rozpoznateľná na obrázku). Používa sa na navrne montáže. Keď je montáž raz poostrená, tieto skrutky sa už neupravujú.
• 8: Páčka uzamknutia hodinovej osi.
• 9: Páčka uzamknutia osi deklinácie.
• 10: Hrabovitý vedenie na prijatie hranolovej lišty, ktoré vedú k upevneniu ďalekohľadu alebo kamery na montáži.
• 11. Skrutkové zámknutie, ktoré zabezpečuje vloženú hranolovú lištu (10) vedenie.
• 12: Protivážna tyč (na obrázku bez protiváhy).
Azimutálna montáž
S fotoštvorkom by bolo nemožné dosiahnuť takéto nasledovanie, aj keby jemné nastavenie prebiehalo veľmi jemne. Zlyháva by na tom, že obrazové pole sa počas dlhej expozície otáča okolo hviezdy, na ktorú sa nasleduje, pretože fotoštvorec nemôže vyrovnávať rotáciu oblohy. Predstavte si súhvezdie Orion: Na ľavej strane „ľahne“, na východe stúpa, pri svojom maximálnom postavení na juhu sa postaví kolmo a na pravej strane „leží“, pričom na západe zaniká. Ak by ste toto súhvezdie nasledovali s fotoštvorkom, kamera by sa iba „vyšplhávala a klesala“ alebo posúvala doprava, bez vyrovnania rotácie.
Schematické zobrazovanie otáčania oblohy na príklade súhvezdia Orion. Azimutálne namontovaná nasledujúca kamera nemôže udržať súhvezdie Orion vo vizuálnom poli a obrazové pole sa počas času otočí (červený rámček obrazového poľa). Ak je kamera paralakticky namontovaná, jedným spôsobom nasleduje pohyb Orionu a zároveň vykonáva aj rotačný pohyb, takže zachytené obrazové pole zostáva konštantné (žltý rámček obrazového poľa).
Montáž, ktorá pozná iba pohyby nahor a nadol a zákruty doprava a doľava, sa nazýva „azimutálna“ montáž a je proti nej postavená paralaktická. Fotostativ je teda jednoduchou formou azimutálnej montáže. Jedna z jej pohyblivých osí je kolmá na zemský povrch a umožňuje horizontálne zákruty, teda nastavenia Azimutu. Druhá os je rovnobezná s povrchom zeme a zabezpečuje pohyblivosť nahor a nadol, teda výšky.
Na nasledované zábery oblohy azimutálna montáž nie je vhodná. Výnimky tvoria montáže moderných veľkých hviezdnych observatórií. Tam je počas expozície zložitým procesom otáčané okolo optickej osi, aby sa vyrovnalo rotácii obrazového poľa.
Azimutálna montáž (vľavo) a paralaktická montáž (vpravo). Pri azimutálnej montáži sú obe pohybové osi kolmé na alebo vodorovne k zemskému povrchu. Funguje ako fotostativ. Paralaktická montáž (vpravo) sa vyznačuje sklonenou hodínovou osou (šípka smerujúca doľava nahor). Typ „nemeckej montáže“ vyžaduje vyvažovacie záťaže na osi deklinácie (šípka zľava dole doprava nahor).
Paralaktický montáž
Paralaktické montáže existujú v rôznych prevedeniach. Spoločné pre všetky je, že jeden z osí je zarovnaný paralelne s pozemskou osou. Tento os je nazývaný hodinová os. Pod uhlom 90 stupňov k nemu je potrebné mať druhú os, deklináciu, aby bolo možné zarovnať ďalekohľad alebo kameru na akýkoľvek bod na oblohe.
Pre amatéra sú podstatne k dispozícii dva typy; tzv. "nemecká montáž" (podľa krajiny, v ktorej pôsobil jej vynálezca, nemecký optik a fyzik Joseph von Fraunhofer), a vidlicová montáž.
Dve paralaktické montáže: vidlicová (vľavo) a "nemecká montáž" (vpravo). Vyznačené červené šípky ukazujú polohu hodinovej osi.
Nemecká montáž
Skladá sa z kríža osí a je charakteristická tým, že na jednej strane deklinácie sedí ďalekohľad alebo kamera, zatiaľ čo na druhej strane vyvažovací závažie zabezpečuje rovnováhu. Tento typ je obľúbený a rozšírený najmä medzi astrofotografmi, pretože hodinová os môže byť ľahko zarovnaná na nebeský pól. Ponuka nemeckých montáží je bohatá: Sú zastúpené všetky hmotnostné a cenové kategórie a väčšina z nich môže byť zakúpená samostatne a nie len v spojení s ďalekohľadom. Ako nevýhodu možno uviesť, že pri použití ďalekohľadu sa môže tento pri sledovaní objektu zasiahnuť o statív alebo stĺp, čo vyžaduje presunutie západnej do východnej polohy (alebo naopak).
Vidlicová montáž
Vidlicové montáže sa prakticky ponúkajú iba v spojení s ďalekohľadmi v predaji. Ako paralaktické riešenie musí byť celá vidlica naklonená, aby jej hodinová os smerovala na nebeský pól, čo vytvára pomerne nevýhodné mechanické pomery. Väčšina vidlicových montáží určených pre trh amatérov skutočne vykazuje výrazné kmitavé správanie, preto sa v astrofotografickom použití zriedka nachádzajú. Na rozdiel od nemeckej montáže je výhodou vidlicovej montáže možnosť sledovania nebeského objektu celú noc bez toho, aby bol ďalekohľad alebo kamera ohrozené čelom prekážke (statív/stĺp), je preto nepotrebne prepnuté na inú polohu.
Periféria
Ak sa na montáž pozrie len na mechaniku osí, sú potrebné ďalšie komponenty na vytvorenie funkčného celku pre astrofotografiu:
• 1. Statív/Stĺp
Trojnožkový statív má v mobilnom použití výhody, pretože ho je možné prakticky postaviť kdekoľvek. Stĺp poskytuje väčšiu voľnosť pohybu pre ďalekohľad, ale stojí len na rovnom povrchu bezpečne. Nezáleží na tom, aké rozhodnutie sa prijme, mala by sa dbať na vysokú stabilitu. Nakoniec bude stabilita a tým aj maximálna presnosť nasledovania obmedzená slabým článkom celej reťaze.
• 2. Motory
Niektoré montáže sú dodávané s už nainštalovanými motormi, pri iných sa musia dokúpiť. Pre krátke expozície zásadne postačuje motorický pohon hodinovej osi, t. j. druhý motor pre deklináciu môže byť zbytočný. V prípade dlhších expozícií môže byť potrebný aj korektívny pohyb deklinácie, takže sa odporúča mať dva motory - pre každú os jedno. Väčšina montáží pracuje so krokovými motormi, ktoré bežia s mikrokrokmi a pohybujú osami montáže pomocou skrutky a ozubeného kolesa. Iným riešením sú servomotory.
• 3. Ovládanie
Každá montáž potrebuje ovládanie. Ak chýba v balení, musí sa dokúpiť dodatočne. Úlohou ovládania je zabezpečiť motory napätím a impulzmi pohybu. Okrem toho ponúka viac alebo menej rýchly a jemný motorický pohyb montáže vo všetkých smeroch pomocou štyroch tlačidiel.
Okrem týchto základných funkcií ponúkajú niektoré ovládania ďalšie výbavné prvky:
• Zmena rýchlosti sledovania (okrem siderického, teda na hviezdy, voliteľne aj pre Slnko a Mesiac)
• Pripojenie autoguidéra: zásuvka pre zásah do pohybu montáže regulovaného špeciálnym digitálnym fotoaparátom s názvom autoguider, ak je to potrebné. Ten, kto pracuje s dlhými ohniskovými vzdialenosťami a dlhými expozíciami, skôr či neskôr zverí „sledovaciu kontrolu“ autoguideu a bude klásť dôraz na vybavenie ovládania pripojením autoguidéra.
• GoTo funkcia: Spolu s rýchlymi motormi umožňuje GoTo ovládanie automatické pozícionovanie montáže na nebeský objekt podľa vašej voľby. Pre astrofotografa nie je funkcia GoTo kľúčová, preto by pokiaľ je to možné, mal rozpočet investovať skôr do stabilnejšej montáže.
Ovládací box ďalekohľadovej montáže: Po dva tlačidlá na motorické nastavenie hodinovej osi (1) a deklinácie (2), aby bolo možné ďalekohľad presne zorientovať na nebeský objekt. Spínač na boku (3) slúži na zapnutie a vypnutie ovládania a voľbu prevádzky na severnej alebo južnej pologuli Zeme. Tlačidlom 4 sa nastavuje rýchlosť pohybu motorov pri používaní tlačidiel 1 a 2.
• 4. Hviezdiskový ďalekohľad
Je to minidalekohľad, ktorý sa zaráža do dutiny hodinovej osi montáže a umožňuje rýchle a pohodlné začlenenie (pozri nižšie).
Simulovaný pohľad cez hviezdiskový ďalekohľad. Modrá obloha zodpovedá pohľadu v pokročilom súmraku. Prvky viditeľné v okulári sú osvetlené červenou LED, takže sú viditeľné aj pred čiernou oblohou. Jasne viditeľná je cieľová poloha severnej hviezdy (Polaris), ktorá je na príslušnom mieste v zobrazení. Odklon Polárnej hviezdy od skutočného nebeského pólu (stredu zorného poľa) je automaticky zohľadnený. Znakmi vytiahnutými sú zobrazené smerové plochy, ktoré vyznačujú smer, ale v hviezdiskovom ďalekohľade nie sú viditeľné.
• 5. Napájanie
Bežným spôsobom je prevádzka montáží s 12 voltovým stejnosmerným prúdom. Pre mobilné použitie je preto potrebné získať batériový balík alebo príslušnú batériu.
• 6. Montážna lišta
Na upevnenie ďalekohľadu alebo kamery na montáž je zvyčajne potrebné použiť ďalšie malé diely. Mnohé montáže majú ako pripojovaciu platformu vedenie typu drážka husího chvosta. Na strane ďalekohľadu alebo kamery je potrebné mať vhodnú plošinu so skloneným hranolom. Ak sa má pripojiť kamera, stabilná guľová hlava je dobrým doplnkom.
Postavenie
Paralaktická montáž musí byť postavená tak, aby os hodín ukazovala na nebeský pól (teda v bližkosi Polárnej hviezde). Tento proces sa nazýva „zarovnanie“.
Zarovnanie sa najlepšie dosiahne pomocou polového ďalekohľadu. Predpokladom je, že nebeský pól a Polárna hviezda sú viditeľné z miesta pozorovania a nie sú zakryté napríklad stromom alebo domom. Polový ďalekohľad pozera do prázdneho valcového priestoru osi hodín a pri pohľade cez neho ukáže označenie pozície Polárnej hviezdy.
Pri tom sa berie do úvahy aj odchýlka Polárnej hviezdy od skutočného nebeského pólu, ktorá v súčasnosti predstavuje približne jedno a pol násobok priemeru Mesiaca. V závislosti od konštrukcie montáže a polového ďalekohľadu stačí len nastaviť súčasnú polohu Polárnej hviezdy vzhľadom na pól, pretože sa tento tiež jedenkrát denne točí okolo pólu.
Potom stačí len nastaviť sklon (výšku pólu) a smer pohľadu osi pólu (azimut) tak dlho, kým Polárna hviezda voľnehladeckom ukazuje presne na vyznačené miesto v polovom ďalekohľade. Sklon osi pólu zodpovedá geografickej šírke miesta pozorovania, približne 50 stupňov pre Frankfurt/M. Kvalitná montáž umožňuje jemné nastavenie sklonu osí pólu pre prípadné korekcie. Smer pohľadu je nastavený tiež s presným azimutovým nastavením.
Na „smerovanie“ osi hodín, teda azimut, je potrebné posunúť dve ručné skrutky, ktoré pôsobia tlakom a protitlakom na čap so stojanom a umožňujú jemné horizontálne zarovnanie montáže počas zarovnávania.
Odchýlka sklonu osi hodín, teda nastavenie výšky pólu, sa dosiahne pomocou dvoch ručných skrutiek, ktoré pôsobia tlakom a protitlakom. Tento sklon zodpovedá geografickej šírke miesta pozorovania a musí byť nastavený len raz počas zarovnávania.
Aj s dlhými ohniskovými vzdialenosťami a dlhými expozíciou je zarovnanie pomocou prekalibrovaného polového ďalekohľadu dostatočne presné. Pre krátke expozície s kratšími ohniskovými vzdialenosťami postačuje aj to, ak je Polárna hviezda jednoducho umiestnená do stredu zorného poľa polového ďalekohľadu.
Môžete si však vyžadovať veľkú presnosť pri zarovnávaní, ako je to pri veľmi dlhých expozíciách, ohniskovými vzdialenosťami, stacionárnych hviezdnych observatóriách alebo pri najlepšej možnej presnosti umiestnenia montáží typu GoTo, odporúča sa použitie metódy „Scheiner“. Táto metóda vyžaduje prítomnosť ďalekohľadu a dvojdierkového okulára. Podrobný popis tohto časovo náročného postupu nájdete na:
http://www.baader-planetarium.de/montierungen/download/scheiner-klassic.pdf
Po zarovnaní sa montáž zaťažuje, teda sa pripevňuje protiváha, ďalekohľad a/alebo kamera. Teraz je potrebné vyvážiť osi hodín a skláňaciu os. V ideálnom prípade zostane montáž v polohe, pričom osi nie sú zovreté, bez ohľadu na to, na ktorý bod neba je zarovnaná.
Na to sa namontuje ďalekohľad tak, aby presne ukazoval na juh (alebo na sever) a bol namierený na horizont, teda je vo vodorovnom postavení. Najskôr sa protiváha na protiváhovej tyči posúva axiálne, až kým montáž zostane bez zovretia osi hodín vo svojej polohe.
Výhľad z juhu na montáž. Ďalekohľad s kamerou (vpravo) bol namierený na bod na horizonte na severe. Axialným posunom protiváh (vľavo) sa udržuje rovnováha, takže aj pri nezaklepenej osi hodín zostane ďalekohľad v tejto polohe.
sales assistant.
Potom sa os hodín zovrie a ďalekohľad sa pohybuje okolo svojej optickej osi (alebo posunutím plošiny so skloneným hranolom vo svojom držiaku) až kým sa aj sklánacia os dostane do rovnováhy.
Výhľad z východu na montáž. Ďalekohľad s kamerou (vzadu) bol namierený na bod na horizonte na juhu. Posunom plošiny so skloneným hranolom (alúfierový prúžok s dierami) v drážke husieho chvosta alebo posunutom ďalekohľade v jeho držiakoch pozdĺž červeného šípku sa opäť dosiahne rovnováha. Potom sa teleskop zastaví v tejto polohe, aj keď sa zruší zovretie skláňacej osi.
Nie vždy je možné dosiahnuť tento ideálny stav. Avšak mali by ste sa aspoň pokúsiť mu aspoň priblížiť sa. Cieľom vyváženia je minimalizovať prácu motorov počas pohybu montáže. Pri veľkom nevyvážení je tiež možné, že motorické sledovanie nebude pracovať s požadovanou presnosťou.
Po tomto kroku budete mať funkčný systém na sledovanie pohybu nebeských tiel s fotoaparátom, ktorý pri dlhých expozíciách zabráni zahmlievaniu hviezd.
Pripojte ovládanie montáže a dodajte mu napätie. Uistite sa, že rýchlosť sledovania je nastavená na „siderickú“ alebo „hviezdnú“, ak chcete zachytiť iné nebeské objekty ako Mesiac a Slnko. Ak ovládanie umožňuje prevádzku montáže aj na južnej pologuli Zeme, musí byť nastavené na „sever“, inak sa os hodín bude otáčať nesprávnym smerom. Potom uvoľnite zovretie osi hodín a sklonnej osi a otočte teleskop a/alebo fotoaparát na požadovanú oblasť neba, potom znova upne zovretie oboch osí s jemným tlakom. Pred začiatkom prvej expozície počkajte niekoľko sekúnd, aby sa vodiaca šneka dostala dolu do ozubeného kolesa.
Nasledujúce dve časti tutorialovej série „Astrofotografia a fotografia oblohy“ sa zamerajú na témy „Dlhé expozície so sledovaným fotoaparátom“ a „Sledovanie počas dlhej expozície“.
Doprava
Pri preprave astronomického montáže je potrebné odstrániť protiváhy a uvoľniť zámky hodinovej a zemepisnej osi. Toto šetrí mechaniku pri výskyte vibrácií.
Príklady montáží vhodných pre fotografovanie
Ak záleží na znižovaní hmotnosti batožiny, „AstroTrac 320x“-montáž je ťažké prekonať. Ide o príslušenstvo pre fotostojany, na obrázku o hliníkovú časť. Voliteľne je táto montáž dokonca možné vybaviť ďalekohľadom na hľadanie pólu (vľavo hore), ale predpokladá sa prítomnosť statívu a hlavy statívu.
Je vhodná na sledovanie fotoaparátov s objektívmi do približne 300mm ohniskovej vzdialenosti a maximálne pre veľmi malé a ľahké ďalekohľady. Batériový balík napája motor pre sledovanie. Zložená je montáž veľká ako trojuholník na ceste, ale jej cena je bohužiaľ dosť vysoká (od 625 eur).
„Skywatcher EQ-3“ predstavuje absolútne dolné hranice pre fotografovanie s klasickými teleskopickými montážami, ak je - ako je vidieť na ďalšom obrázku - vybavená motormi. Ako „náklad“ prichádzajú do úvahy len najmenšie teleskopy, skôr fotoaparát s fotoobjektívmi a nie príliš dlhými ohniskovými vzdialenosťami. Pre fotografovanie s strednými ohniskovými vzdialenosťami a niekoľkými minútami expozície je však úplne vhodná platforma, ktorá vrátane statívu, motorov a ovládania stojí približne 230 eur.
„Celestron Advanced GT“ s ovládaním GoTo je výrazne stabilnejšia. Dokáže niesť aj teleskopy strednej veľkosti a ohniskovej vzdialenosti. Pri fotografických nárokoch počas dlhých expozícií nesmie byť preťažená; preto pri veľmi dlhých ohniskových vzdialenostiach nie je presnosť sledovania dostatočná. Kompletný balík s statívom, dalekohľadom na hľadanie pólu a GoTo-ovládaním stojí zhruba 750 eur.
"Vixen GPD2" je skutočné „pracovné kôň“ a vo všetkých ohľadoch vhodný na fotografovanie a stojí za odporúčanie. Nenájdete ju lacno a v základnej výbave dokonca chýbajú motory, ale bez ťažkostí nesie približne 8 kg nákladu (bez protiváhy) a s jej mechanickou presnosťou spĺňa všetky požiadavky na fotografické využitie. „Obnažený“ kríž osí bez statívu, ovládania, motorov, ale s veľmi presným, osvetleným dalekohľadom na hľadanie pólu stojí 800 eur. Kompletná výbava s rýchlymi motormi, GoTo-ovládaním, dreveným statívom sa môže pohybovať okolo 1800 eur.
„1200 GTO“ od Astro-Physics je extrémne ťažká, ale stále pomerne prenosná montáž, pretože zemeg- ký blok možno oddeľiť od jednotky polohy pólu a prenášať samostatne. Spoločne vážia bez príslušenstva viac ako 50 kilogramov. Táto montáž sa dobre osvedčuje v stacionárnej hviezdárni, jej nosnosť je takmer 65 kilogramov bez protiváhy! Pre montáž bez príslušenstva, ale s GoTo-ovládaním, je potrebné rátať s päťcifernou sumou eur.
