Astronomska, paralaktična montaža je pogoj za ostre astrofotografije z dolgimi časi osvetlitve:
Poglavje 9: Uporaba astronomskih montaž
Če je fotoaparat trdno pritrjen na običajno foto stojalo, bodo nebesna telesa ostra le, če čas osvetlitve ne presega največje vrednosti, ki je odvisna od goriščne razdalje, posnete nebesne regije, velikosti slikovnih pik uporabljenega senzorja in osebnih zahtev po "ostri" sliki.
Na primer, pri žariščni razdalji 3000 milimetrov se lahko pri časih osvetlitve daljših od 1/45 sekunde pričakuje nejasen prikaz, če kamera ne sledi gibanju neba. In celo pri uporabi 24-milimetrskega širokokotnega objektiva se bodo zvezde po 10 sekundah časa osvetlitve prikazovale ne več kot točke, ampak kot majhne črte.
Vzrok za to je rotacija Zemlje. Nebo se zdi, da se vrti nad našimi glavami od vzhoda proti zahodu. Posledično ne le Sonce in Luna, temveč tudi planeti in zvezde vzhajajo na vzhodu in zahajajo na zahodu. Središče te gibanja je nebesni pol (na severni polobli nebesni severni pol, na južni polobli nebeški južni pol). To je mesto na nebu, kjer podaljšana Zemljina os beroče "nebesno svodbo", če si nebo predstavljamo kot polkrog. Prebivalcem severne poloble je to v korist: prav blizu nebesnega severnega pola stoji kot orientacijski znak lahko najden severnica, imenovana tudi "severna zvezda".
Edini način za realizacijo dolgih časov osvetlitve in kljub temu ostre slike z zvezdami je slediti gibanju nebesa med časom osvetlitve. Za to je potrebna astronomsko montiranje, pri kateri je ena os poravnana vzporedno z Zemljino osjo.
Ko se ta os med osvetlitvijo premika s pravo hitrostjo, nastanejo "sledeni" nebesni posnetki. Običajno se ta gibanja izvaja z elektromotorjem. Astronomsko montažo imenujemo tudi paralaktična ali ekvatorialna.
Komponente paralaktične montaže. Legenda - glejte naslednji pregled:
• 1: Stativ z tremi nogami (alternativa: stebrični stativ)
• 2: Kontrola (v prikazanem primeru: kompleksno računalniško krmiljenje z GoTo funkcijo in podatkovno zbirko objektov)
• 3: Pogled na položaj teleskopskega iskalnika na polarni osi. Nahaja se v notranjosti polarnega vozička (4), katere smer je označena s puščico.
• 4: Polarna os, ki je edina os, ki jo poganjamo, ko montaža sledi gibanju neba. V spodnjem delu se nahaja teleskopski iskalnik (3), zgornji del pa je pokrit s pokrovom, ki se odstrani, ko se uporablja teleskopski iskalnik.
• 5: Položaj deklinacijske osi, ki se nadaljuje v palico protiuteži (12). Med sledenjem običajno ne pride do gibanja okoli osi deklinacije.
• 6: Par vijakov, ki omogočajo nastavitev naklona (položaja pola) polarne osi z uporabo pritiska in protipritiska. Služijo za poravnavo montaže. Ko je montaža enkrat poravnana, se teh vijakov ne spreminja več.
• 7: Par vijakov, ki omogočata nastavitev azimuta (horizontalna "smer gledanja" polarne osi) s pritiskom in protipritiskom (zadnji vijak je težko razločljiv na sliki). Služi za poravnavo montaže. Ko je montaža enkrat poravnana, se teh vijakov ne spreminja več.
• 8: Vpenjalna ročica polarne osi.
• 9: Vpenjalna ročica osi deklinacije.
• 10: Vodilna utor za namestitev prismastih tirnic, da se teleskop ali kamera pritrdita na montažo.
• 11. Vijčno vpetje, ki pritrjuje prismasto tirnico (10), vstavljeno v vodilno utoro.
• 12: Palica protiuteži (na sliki brez protiteže).
Referentna montaža
Na običajnem foto stojalu taka sledenja ne bi bilo mogoče doseči, tudi če bi bile nastavitve izvedene zelo nežno. S tem bi spodletelo, ker se slikovno polje med dolgotrajno osvetlitvijo obrača okoli zvezde, na katero se sledi, saj foto stojalo ne more izravnati rotacijskega gibanja neba. Predstavljajte si ozvezdje Orion: na levi strani se "ležeče" dvigne na vzhodu, se pri svojem najvišjem položaju na jugu zravna navpično in na desni strani leže izgine na zahodu. Če sledimo temu ozvezdju s foto stojalom, bo kamera le "navzgor in navzdol" oz. na desno premikana, ne da bi uravnovesila rotacijsko gibanje.
Schematski prikaz vrtenja neba na primeru ozvezdja Orion. Azimutalno montirana, sledena kamera ne more zadržati ozvezdja Orion v vidnem polju, in slikovno polje se v času obračanja vrti (rdeči obroči slike). Če je fotoaparat paralaktično montiran, sledi gibanju Oriona in hkrati izvaja rotacijo, tako da ostane zajeto slikovno polje konstantno (rumeni obroči slike).
Montaža, ki pozna samo premike navzgor in navzdol ter nagibe na desno in levo, se imenuje "azimutalna" montaža in se postavi nasproti paralaktični. Foto stojalo tako predstavlja preprosto obliko azimutalne montaže. Ena izmed njenih gibljivih osi je pravokotna na tla in omogoča vodoravne nagibe, torej nastavitev azimuta. Druga os poteka vzporedno s tlemi in omogoča gibanje navzgor in navzdol, torej višino.
Azimutalna montaža ni primerna za sledenje nebesnih posnetkov. Izjeme so montaže sodobnih velikih zvezdnih opazovalnic. Tam med osvetlitvijo kompleksen postopek vrtenja okoli optične osi kompenzira rotacijo slikovnega polja.
Azimutalna montaža (levo) in paralaktična montaža (desno). Pri azimutalni montaži sta obe premični osi pravokotni oziroma vodoravno na tla. Deluje kot foto stojalo. Paralaktična montaža (desno) se odlikuje po poševno postavljeni polarni osi (puščica v levo zgoraj). Tip "nemška montaža" zahteva protiteže na osi deklinacije (puščica od spodaj levo proti zgoraj desno).
Paralaktična montaža
Paralaktične montaže obstajajo v različnih izvedbah. Vsem je skupno, da je ena od osi usmerjena vzporedno z zemeljsko osjo. Ta os se imenuje uraška os. Pod pravim kotom nanjo mora biti druga os, deklinacijska os, da je mogoče teleskop ali kamero usmeriti na vsako točko neba.
Za amaterja sta imata v osnovi na voljo dva tipa; tako imenovana »nemška montaža« (imenska po državi, v kateri je deloval njen izumitelj, nemški optik in fizik Joseph von Fraunhofer) ter vilinska montaža.
Dve paralaktični montaži: vilinska montaža (levo) in »nemška montaža« (desno). Vrisane rdeče puščice označujejo lego uraške osi.
Nemška montaža
Sestavljena je iz osnove z osmi in je značilna, da na eni strani deklinacijske osi sedi teleskop ali kamera, medtem ko na drugi strani protiutež skrbi za ravnotežje. Zlasti med astrofotografi je ta tip zelo priljubljen in razširjen, ker je uraško os lahko preprosto usmeriti k nebesnemu polu. Poleg tega je ponudba nemških montaž bogata: predstavljene so vse težnosti in cenovne razrede, večino njih je mogoče kupiti posamezno, ne le v povezavi s teleskopom. Kot slabost velja omeniti, da lahko pri uporabi teleskopa ta pri sledenju motivu na stojalu ali stebričku udari, kar zahteva prestavitev iz zahodne v vzhodno lego (ali obratno).
Vilinska montaža
Vilinske montaže se praktično ponujajo samo v povezavi s teleskopi trgovine. Kot paralaktična izvedba mora biti cela vilinska metuljica nagnjena, da kaže uraško os proti nebesnemu polu, kar ustvarja neugodne mehanske razmere. Večina vilinskih montaž za trg amaterjev dejansko kaže izrazito nihajno obnašanje, zato jih v astrofotografski uporabi redko najdemo. Nasprotno, kot prednost vilinske montaže velja omeniti, da lahko nebesni objekt sledimo celo noč, brez nevarnosti, da bi teleskop ali kamera trčila ob oviro (stojalo/stebriček), zato prestavitev ni potrebna.
Periferija
Ko gledamo samo osno mehaniko kot montažo, so potrebni dodatni sestavni deli, da se iz nje ustvari enota, primerna za astrofotografijo:
• 1. Stojalo/stebriček
Tripod v mobilni uporabi prinaša prednosti, ker ga je mogoče praktično postaviti povsod. Stebriček nudi več prostega gibanja za teleskop, vendar je varno postavljen le na ravnem terenu. Kakršna koli že bo odločitev, je treba paziti na visoko stabilnost. Nazadnje bo najšibkejši člen v celotni verigi omejil stabilnost in s tem tudi maksimalno sledenje natančnosti.
• 2. Motorji
Nekatere montaže so opremljene z že vgrajenimi motorji, medtem ko morajo biti pri drugih dokupljeni. Za kratke čase osvetlitve je v bistvu dovolj motorično pogoniranje urne osi, kar pomeni, da se lahko izpusti dodaten motor za deklinacijsko os. Pri daljših časih osvetlitve se lahko pod določenimi pogoji zahtevajo tudi korekcijski premiki deklinacijske osi, zato se priporoča dva motorja – vsakega za svojo os. Večina montaž deluje z korakalnimi motorji, ki delujejo s mikrokoraki ter z vijakom in zobnikom premikajo osi montaže. Druga rešitev so servomotorji.
• 3. Krmiljenje
Vsaka montaža potrebuje krmiljenje. Če ga ni vključeno v paket, ga je treba dodatno kupiti. Naloga krmiljenja je zagotavljanje motorjem napetosti in pogonskih impulzov ter ponujanje bolj ali manj hitrega in natančnega motoričnega gibanja montaže v vse smeri prek štirih gumbov.
Poleg teh temeljnih funkcij ponujajo nekatera krmiljenja dodatne funkcije:
• Sprememba hitrosti sledenja (poleg sideralne, torej za zvezde, lahko izbirate tudi za sonce in luno)
• Priključek za avtovodilo: vtičnica, ki omogoča, da s pomočjo posebne digitalne kamere, imenovane avtovodilo, vplivate na gibanje montaže za regulacijo, če bi bilo to potrebno. Tisti, ki delajo z dolgimi goriščnimi razdaljami in dolgimi časi osvetlitve, bodo prej ali slej »sledenje« želeli prepustiti avtovodilu in dati pomen opremljenosti krmiljenja s priključkom za avtovodilo.
• Funkcija GoTo: v povezavi s hitrimi motorji funkcija GoTo omogoča samodejno pozicioniranje montaže na nebesni objekt po vaši izbiri. Za astrofotografa funkcija GoTo ni odločilnega pomena, zato bi bilo v dvomih bolje vložiti omejen proračun v bolj stabilno montažo.
Rocna krmilna enota teleskopskega stojala: Po dva gumba omogočata motorično nastavitev urne osi (1) in deklinacijske osi (2), da se teleskop natančno usmeri na nebesni objekt. S stikalom na strani (3) je mogoče krmiljenje vklopiti in izklopiti ter izbrati delovanje na severni ali južni polobli Zemlje. S stikalom 4 se določi hitrost gibanja motorjev pri uporabi gumbov 1 in 2.
• 4. Iskalec severnega neba
Gre za miniteleskop, ki ga privijemo v votlo uroško os montaže in omogoča hitro in udobno usmeritev (glej spodaj).
Simetričen pogled skozi iskalec severnega neba. Modro nebo ustreza pogledu v napredni mrak. Elementi, ki so vidni v okularju, so osvetljeni z rdečo svetlobo LED, zato so vidni tudi pred črnim nebom. Jasno je vidna ciljna pozicija Severnjaka (Polaris), ki je na ustrezni točki v sliki. Odstopanje Severnjaka od pravega nebesnega pola (središče vidnega polja) se samodejno upošteva. Vrisane zvezdne slike kažejo le smeri in v iskalnem teleskopu niso vidne.
• 5. Napajanje
Običajen način delovanja montaž je z 12-voltnim enosmernim tokom. Za mobilno uporabo je treba poskrbeti za baterijski paket oz. ustrezen akumulator.
• 6. montažna tirnica
Za pritrditev daljnogleda ali kamere na montažo običajno potrebujete še dodatne drobne dele. Veliko montaž ima na platformi za priključek vodilo v obliki črke j. Na strani daljnogleda ali kamere je treba zagotoviti ustrezno prizmo. Za namestitev kamere je dobra dopolnitev stabilna krogelna glava.
Postavitev
Paralaktično montažo je treba postaviti tako, da ure ur sledi proti nebesnemu polu (v bližini Severnega kroga). Ta postopek imenujemo »usmeritev«.
Najlažje je doseči usmeritev s pomočjo iskalnega daljnogleda. Za to je osnovni pogoj, da je nebesni pol in Severni krog opazovanih z mestom opazovanja in nista zakrita npr. z drevesom ali hišo. Iskalni daljnogled gleda skozi votlo uro ur in pri gledanju prikaže oznako, ki predstavlja želeni položaj Severnega kroga.
Pri tem je upoštevana tudi odstopanje Severnega kroga od pravega nebesnega pola, ki trenutno znaša približno en in pol premera luninega diska. Glede na izvedbo montaže in iskalnega daljnogleda je treba samo nastaviti trenutni položaj Severnega kroga glede na pol, saj se ta vsak dan enkrat vrti okoli pola.
Nato je treba samo še nagniti (višina pola) in usmeriti pogled polne osi (azimut) tako dolgo, dokler se Severni krog v iskalnem daljnogledu ne pojavi na predvidenem mestu. Nagib polne osi ustreza geografski širini mesta opazovanja, približno 50 stopinj za Frankfurt/M. Dobra montaža omogoča natančno nastavitev nagiba polnih osi za morebitne popravke. Smer gledanja se izvede s prav tako občutljivim nastavljanjem azimuta.
Za nastavitev „smeri gledanja“ ure ur, torej azimuta, je treba premikati dve ročici, ki delujeta s pritiskom in protipritiskom na zatič stojala in omogočata občutljivo horizontalno poravnavo montaže med usmeritvijo.
Tudi naklon urne osi, torej nastavitev višine pola, se pojavi s premikanjem dveh ročic, ki delujeta s pritiskom in protipritiskom. Ta naklon ustreza geografski širini mesta opazovanja in se nastavi samo enkrat med usmeritvijo.
Celotno usmerjanje s pravilno nastavljenim iskalnim daljnogledom je dovolj natančno tudi pri daljših goriščnih razdaljah in daljših časih osvetlitve. Pri kratkih časih osvetlitve s krajšimi goriščnimi razdaljami je dovolj, če je Severni krog preprosto postavljen v sredino vidnega polja iskalnega daljnogleda.
Le pri visokih zahtevah po natančnosti usmerjenosti, kot so pri zelo dolgih časih izpostavljenosti, dolgih goriščnih razdaljah, stacionarnih zvezdarnah ali najboljši natančnosti pozicioniranja GoTo montaž, je za usmerjanje priporočljiva metoda „Scheiner“. Zahteva, da sta na voljo daljnogled in prečno gubasto oko. Podrobno opis te zapletene procedure je na voljo na:
http://www.baader-planetarium.de/montierungen/download/scheiner-klassic.pdf
Po usmerjanju se montaža naloži, to pomeni, da se pritrdi protitež, daljnogled in/ali kamera. Sedaj je treba urno in deklinacijsko os vzpostaviti v ravnovesje. V idealnem stanju montaža ostane v svojem položaju, ne da bi bile osi zaklenjene, ne glede na to, na katero točko neba je usmerjena.
Za to je treba usmerjen daljnogled postaviti tako, da natančno kaže na jug (ali sever) in je obrnjen proti obzorju, torej je v vodoravnem položaju. Najprej se protiutež na palici za protiteže premika tako dolgo osno, dokler montaža ne ostane v svojem položaju tudi brez zaklepanja urne osi.
Pogled s juga na montažo. Daljnogled s kamero (desno) je usmerjen na točko na obzorju na severu. Z osnim premikanjem protiteži (levo) se vzpostavi ravnotežje, tako da daljnogled ostane v tem položaju celo brez fiksiranja urne osi.
Nato se zaklene urna os in daljnogled se v svojih obročastih zaponkah (ali z vzdolžnim premikanjem prizemske tirnice v svojem držalu) premika vzdolž svoje optične osi, dokler je tudi deklinacijska os v ravnovesju.
Pogled od vzhoda na montažo. Daljnogled s kamero (zadaj) je usmerjen na točko na obzorju na jugu. Z premikanjem prizemske tirnice (aluminijasta letev z luknjami) v vodilu v obliki črke j ali z premikanjem teleskopa v njenih obročastih zankah vzdolž rdeče označene dvojne puščice se ponovno vzpostavi ravnotežje. Potem teleskop ostane v tem položaju, celo če je zaklepanje deklinacijske osi sproščeno.
Ni vedno mogoče doseči tega idealnega stanja. Vendar bi se mu morali vsaj čim bolj približati. Cilj ravnoteženja je, da motorji pri premikanju montaže delujejo čim manj. Pri močnem neuravnoteženosti je treba tudi pričakovati, da motorično sledenje ne bo delovalo s potrebno natančnostjo.
Po tem koraku boste imeli delujočo napravo, ki omogoča sledenje kameri gibanju nebesnih teles, ne da bi zemeljska rotacija pri dolgotrajnih osvetlitvah povzročala črtaste posnetke zvezd.
Priključite krmilnik montaže in ga napajajte z napetostjo. Poskrbite, da je hitrost sledenja nastavljena na „siderealno“ ali „zvezdno“, kadar posnamete druga nebesna telesa kot Luno in Sonce. Če krmilnik dovoljuje delovanje montaže tudi na južni polobli Zemlje, je treba nastaviti „sever“, sicer se bo urna os vrtela v napačno smer. Nato sprostite zagozdo urne in deklinacijske osi in usmerite teleskop in/ali kamero na želeno nebesno območje, nato pa z nežnim pritiskom ponovno zaprite obe zagozdi. Pred začetkom prve osvetlitve počakajte nekaj sekund, da se pogonski vijak dobro zasidra v zobe obroča.
Naslednji dve epizodi vadnice „Astro- in nebeške fotografije“ bosta obravnavali temi „Dolge osvetlitve s sledenjem kamere“ in „Sledenje med dolgo osvetlitvijo“.
Transport
Med prevozom astronomskega montažnega stojala je treba odstraniti protiuteži in sprostiti sponke za urno in deklinacijsko os. To ohranja mehaniko pri morebitnih tresljajih.
Primeri montaž s fotografijami
Ko gre za zmanjšanje velikosti prtljage, je težko premagati montažo "AstroTrac 320x". Gre za pritrdilni del za foto stojala, na sliki aluminijasti del. Montažo je mogoče opremiti celo z iskalnikom pola (zgoraj levo), vendar je treba imeti stojalo in stojalno glavo.
Primerna je za sledenje kameram z objektivi do približno 300 mm goriščne razdalje ter morebiti za zelo majhne in lahke teleskope. Motor za sledenje napaja baterijski paket. Montaža je zložljiva in velika kot opozorilni trikotnik v avtu, vendar je njen cena žal precej visoka (od 625 evrov naprej).
Montaža "Skywatcher EQ-3" predstavlja absolutno spodnjo mejo za posnetke pri klasičnih teleskopskih montažah s sledenjem, kadar je opremljena s motorji, kot je vidno na naslednji sliki. Morda kot "uporabna obremenitev" pridejo v poštev le najmanjši teleskopi, bolj verjetno pa kamera z foto objektivi in ne preveč dolgimi goriščnimi razdaljami. Za posnetke z zmernimi goriščnimi razdaljami in nekaj minutami časa osvetlitve je vsekakor primeren platforma, ki stane približno 230 evrov, vključno s stojalom, motorji in krmiljenjem.
Precej bolj stabilna je montaža "Celestron Advanced GT" z GoTo krmiljenjem. Zmore tudi teleskope srednje velikosti in goriščne razdalje. Pri fotografiranju z dolgimi osvetlitvami je treba paziti, da je ne preobremenimo; saj pri zelo dolgih goriščnih razdaljah natančnost sledenja ni zadostna. Kot komplet s stojalom, iskalnikom pola in GoTo krmiljenjem stane ta montaža približno 750 evrov.
"Vixen GPD2" je pravi "delovni konj" in v vseh pogledih primeren za fotografiranje ter vreden priporočila. Ni poceni in v osnovni opremi celo manjkajo motorji, vendar z lahkoto nosi približno 8 kg uporabne obremenitve (brez protiuteži) ter z mehansko natančnostjo izpolnjuje vse zahteve fotografiranja. "Čisto" križno os, brez stojala, krmiljenja, motorjev, vendar s zelo natančnim, osvetljivim iskalnikom pola, stane 800 evrov. Celotna oprema s hitrimi motorji, GoTo krmiljenjem, lesenim stojalom pa se lahko skupaj približa 1800 evrov.
"1200 GTO" podjetja Astro-Physics je izjemno težka, a še vedno nekoliko prenosna montaža, saj se blok deklinacije loči od enote za polarni vzorec in se lahko transportira ločeno. Skupaj namreč tehtata že brez dodatne opreme več kot 50 kilogramov. Ta montaža je dobro doma v stalni observatoriju, nosilnost znaša skoraj 65 kilogramov brez protiuteži! Za montažo brez dodatkov, vendar z GoTo krmiljenjem, je treba upoštevati pet mestnih številk v evrih.
