En astronomisk parallaktisk montering är en förutsättning för skarpa astrofoton med långa exponeringstider:
Del 9: Hantering av en astronomisk montering
Om en kamera är fastsatt på ett vanligt kamerastativ, kommer himmelsobjekt endast att avbildas skarpt om exponeringstiden inte överskrider ett maximalt värde, som beror på brännvidden, det himmelsområde som fotograferas, pixelförhållandet på den använda sensorn och personliga krav på vad som anses vara en "skarp" bild.
Vid 3000 millimeters brännvidd måste en oskarp avbildning förväntas redan vid exponeringstider längre än 1/45 sekund om kameran inte följer himlens rörelse. Även med användning av ett 24-millimeters vidvinkelobjektiv kommer stjärnorna efter 10 sekunders exponeringstid inte längre att visas som punkter utan som små streck.
Anledningen till detta är Jordens rotation. Himmeln verkar vrida sig över våra huvuden från öst till väst. Därför går inte bara solen och månen upp och ner, utan också planeterna och stjärnorna går upp i öster och går ner i väster. Mittpunkten för denna rörelse är himmelspolen (nordpolen på norra halvklotet, sydpolen på södra halvklotet). Det är platsen på himlen där den förlängda jordaxeln berör "himmelshimlen" om man tänker sig himlen som en halvklot. Invånarna på den norra jordhalvan har en fördel: I närheten av himmelsnordpolen finns Polstjärnan, som också kallas "Nordstjärnan", som en orienteringspunkt.
Det enda sättet att uppnå långa exponeringstider och ändå få stjärnorna att avbildas som punkter är att följa himlens rotation under exponeringstiden. För detta krävs en astronomisk montering där en axel är parallell med jordens axel.
Om denna axel sedan rör sig med rätt hastighet under exponeringen skapas "följda" himlelfoton. Vanligtvis sker denna rörelse med en elmotor. En astronomisk montering kallas också parallaktisk eller ekvatorial.
Komponenter i en parallaktisk montering. Se nedan för förklaring:
• 1: Trebensstativ (alternativt: pelarstativ)
• 2: Kontroll (i det avbildade fallet: avancerad datorstyrning med GoTo-funktion och objektdatabas)
• 3: Polsiktekikare. Den befinner sig inne i timaxeln (4), vars riktning indikeras av pilorienteringen.
• 4: Timaxel, som är den enda axeln som drivs när monteringen följer himmelsrörelsen. I nedre änden sitter polsiktekikaren (3), den övre änden är täckt med en lock som tas bort när polsiktekikaren används.
• 5: Placering av deklinationsaxeln, som fortsätter i en motviktstång (12). En rörelse kring deklinationsaxeln sker vanligtvis inte under efterföljningen.
• 6: Skruvpar som genom tryck och mottryck möjliggör inställningen av timaxelns lutningsvinkel (polsk höjd). Det används för att rikta monteringen. När monteringen är riktad kommer dessa skruvar inte att justeras vidare.
• 7: Skruvpar som genom tryck och mottryck möjliggör inställningen av azimut (timaxelns horisontella "visningsriktning") (den bakre skruven är svår att se på bilden). Det används för att rikta monteringen. När monteringen är riktad kommer dessa skruvar inte att justeras vidare.
• 8: Spakfäste på timaxeln.
• 9: Spakfäste på deklinationsaxeln.
• 10: Svansled för att montera en prismaskena som möjliggör montering av ett teleskop eller en kamera på monteringen.
• 11. Skruvfäste som säkrar en prismaskena som skjutits in i svansleden (10).
• 12: Motviktstång (i bilden utan motvikt).
Azimutal montering
Med ett kamerastativ skulle en sådan efterföljning inte vara möjlig, även om finjusteringen görs mycket försiktigt. Det skulle misslyckas eftersom bildfältet roterar runt stjärnan som följs under en längre exponering, eftersom ett kamerafäste inte kan kompensera för himlens rotationsrörelse. Tänk på stjärnbilden Orion: Den går upp i öst, ställer sig upp vertikalt när den är som högst i söder och går ner i väst på sin sida. Om man följer denna stjärnbild med kamerastativet, skulle kameran bara röras "upp och ner" eller åt höger, utan att kompensera för rotationsrörelsen.
Schematisk illustration av himmelens rotation med stjärnbilden Orion som exempel. En azimutalmonterad, efterföljd kamera kan inte hålla stjärnbilden Orion i synfältet, och bildfältet roterar över tiden (röda bildfältsramar). Om kameran är parallaktiskt monterad följer den dels Orionrörelsen och gör samtidigt en rotationsrörelse, så att det fångade bildfältet förblir konstant (gula bildfältsramar).
En montering som bara känner till upp- och nedåtrörelser samt svängningar åt höger och vänster kallas "azimutal" montering och jämförs med den parallaktiska. Ett kamerastativ utgör således en enkel form av azimutal montering. En av dess rörliga axlar är vertikal i förhållande till marken och tillåter horisontella svängningar, det vill säga justeringar av azimuth. Den andra axeln löper parallellt med marken och möjliggör rörelse uppåt och nedåt, det vill säga höjd.
En azimutal montering är inte lämplig för följda himmelsbilder. Undantag utgör monteringarna på moderna stora observatorier. Där roteras optisk axeln under exponeringen på ett komplicerat sätt för att motverka bildfältsrotationen.
Azimutal montering (till vänster) och parallell montering (till höger). Med azimutalmontagen (till vänster) är båda rörelseaxlarna vertikala eller horisontella i förhållande till marken. Den fungerar som ett kamerastativ. Den parallella monteringen (till höger) karaktäriseras av den lutande timaxeln (pil upp till vänster). Typen "tysk montering" kräver motvikter på deklinationsaxeln (pil från nedre vänster till övre höger).
Parallellmontering
Parallellmonteringar finns i olika utföranden. Gemensamt för dem alla är att en axel av dem är justerad parallellt med jordens axel. Den kallas timaxeln. Vid vinkeln 90 grader till detta måste det finnas en andra axel, deklinationsaxeln, för att kunna rikta en teleskop eller en kamera mot varje punkt på himlen.
För amatören finns i huvudsak två typer tillgängliga; den s.k. "tyska monteringen" (uppkallad efter det land där dess uppfinnare, den tyska optikern och fysikern Joseph von Fraunhofer, verkade), och gaffelmonteringen.
Två parallellmonteringar: gaffelmontering (vänster) och "tysk montering" (höger). De röda pilarna visar timaxelns position.
Tysk montering
Den består av ett axelkors och är kännetecknad av att teleskopet eller kameran sitter på ena sidan om deklinationsaxeln, medan en motvikt på andra sidan ser till att balansera. Speciellt bland astrofotografer är den här typen väldigt populär och vanlig, eftersom timaxeln enkelt kan riktas mot himmelspolen. Dessutom är utbudet av tyska monteringar rikligt: Alla viktklasser och prisnivåer är representerade, och de flesta av dem kan köpas individuellt och inte bara tillsammans med ett teleskop. Som nackdel är det värt att nämna att vid användning av ett teleskop kan detta slå mot stativet eller stolpen vid förföljning av ett motiv, vilket kräver en omställning från väst- till östläge (eller vice versa).
Gaffelmontering
Gaffelmonteringar erbjuds i praktiken endast tillsammans med teleskop från handeln. Som en parallellkonstruktion måste hela gaffeln lutas för att dess timaxel ska peka mot himmelspolen, vilket skapar ganska ogynnsamma mekaniska förhållanden. De flesta gaffelmonteringar för amatörmarknaden uppvisar faktiskt en tydlig svängningstendens, vilket gör att de sällan används inom astrofotografi. Till skillnad från den tyska monteringen är en fördel med gaffelmonteringen att ett himmelsobjekt kan följas hela natten utan att teleskopet eller kameran riskerar att kollidera med ett hinder (stativ/stolpe), så omställning inte behövs.
Periferi
När man betraktar ren axelmekanik som montering krävs ytterligare komponenter för att göra den till en funktionsduglig enhet för astrofotografi:
• 1. Stativ/Stolpe
Ett trefotsstativ har fördelar vid mobil användning eftersom det kan placeras praktiskt taget var som helst. En stolpe ger mer rörelsefrihet för ett teleskop, men står endast stabilt på platt underlag. Oavsett vilket beslut som fattas, bör man se till att det finns en hög stabilitet. Slutligen kommer den svagaste länken i hela kedjan att begränsa stabiliteten och därmed också den maximala spårningsnoggrannheten.
• 2. Motorer
Vissa monteringar levereras med redan installerade motorer, medan andra måste köpas separat. För korta exponeringstider räcker i grund och botten den motoriska drivningen för timaxeln, dvs. en andra motor för deklinationsaxeln kan ses som överflödig. Vid längre exponeringstider kan det emellertid vara nödvändigt med korrigering av deklinationsaxeln, vilket gör att två motorer - en för varje axel - rekommenderas. De flesta monteringar används med stegmotorer som körs med mikrosteg och som rör monteringsaxlarna genom en skruv och en kugghjul. En annan lösning är servomotorer.
• 3. Styrning
Varje montering behöver en styrning. Om den inte ingår måste den köpas separat. Styrningens uppgift är att leverera spänning och drivimpulser till motorerna. Dessutom erbjuder den en mer eller mindre snabb och fin motorisk rörelse av monteringen i alla riktningar via fyra knappar.
Utöver dessa grundläggande funktioner erbjuder vissa styrenheter ytterligare funktioner:
• Ändra spårningshastighet (förutom sidereal, alternativt även för solen och månen)
• Autoguider-anslutning: en kontakt för att med hjälp av en speciell digital kamera kallad autoguider kunna korrigera monteringens rörelse om det skulle behövas. Den som arbetar med långa brännvidder och exponeringstider kommer förr eller senare att vilja överlåta "spårningskontrollen" till en autoguider och uppskatta att styrningen har en autoguideanslutning.
• GoTo-funktion: I kombination med snabba motorer möjliggör en GoTo-styrning den automatiska positioneringen av monteringen mot ett valfritt himmelsobjekt. För astrofotografen spelar GoTo-funktionen inte en avgörande roll, så ett begränsat budget bör i tvivelaktiga fall investeras i en stabilare montering istället.
Handstyrningslåda för ett teleskopmontering: Två knappar var tillåter den motoriska justeringen av timaxeln (1) och deklinationsaxeln (2) för att exakt rikta teleskopet mot ett himmelsobjekt. Med en skjutreglage på sidan (3) kan styrningen slås av och på och driften väljas för norra eller södra halvklotet på jorden. Med strömbrytaren 4 regleras motorernas rörelsehastighet vid användning av knapparna 1 och 2.
• 4. Polarsökarteleskop
Detta är ett miniteleskop som skruvas in i den ihåliga timaxeln på monteringen och möjliggör snabb och bekväm inriktning (se nedan).
Simulerad vy genom ett polarsökarteleskop. Den blå himlen motsvarar synfältet i den avancerade skymningen. Elementen synliga i okularet belyses av en röd LED-lampa, så de kan också ses före en svart himmel. Tydligt synlig är Polarstjärnans (Polaris) målposition, som är synlig på rätt plats i bilden. Avvikelsen hos Polarstjärnan från den sanna himmelspolen (mitt i synfältet) beaktas automatiskt. De inritade stjärnbilderna visar bara riktningarna och är inte synliga i polarsökarteleskopet.
• 5. Strömförsörjning
Vanligt är att monteringar drivs med 12 volts likström. För mobil användning krävs således ett batteripaket eller en lämplig batteri.
• 6. Monteringsskena
För att fästa ett teleskop eller en kamera på en montering krävs oftast ytterligare smådelar. Många monteringsanordningar har en fästanordning i form av en svansguidning. En passande prismaskena behövs då på teleskop- eller kameradel. För montering av en kamera är en stabil kulled en bra komplettering.
Uppställning
En parallaktisk montering måste placeras så att timaxeln pekar mot himmelspolen (alltså i närheten av polarstjärnan). Denna process kallas "inklädningsprocess".
Inklädningsprocessen är enklast att utföra med hjälp av en polsökare. Förutsättningen är att himmelspolen och polarstjärnan är synliga från observationsplatsen och inte skymda av ett träd eller ett hus. Polsökaren tittar genom den ihåliga timaxeln och visar en markering som representerar polarstjärnans solläge när man tittar igenom den.
Därigenom beaktas även avvikelsen hos polarstjärnan från den sanna himmelspolen, som för närvarande är cirka en och en halv fullmånadsdiameter. Beroende på monteringsanordningens och polsökarens utformning behöver endast den aktuella positionen för polarstjärnan justeras i förhållande till polen eftersom denna rör sig en gång per dag runt polen.
Därefter måste bara lutningen (polhöjden) och riktningsaxeln för polaxeln (azimut) justeras tills polarstjärnan syns på angivet ställe i polsökaren. Lutningen hos polaxeln motsvarar den geografiska bredden på observationsplatsen, ungefär 50 grader för Frankfurt/M. En bra montering möjliggör finjustering av polens lutning för eventuella korrigeringar. Riktningsjusteringen görs med en azimutjustering som också är känslig.
För att justera "riktningen" för timaxeln, alltså azimuth, måste två handskruvar röras som verkar på en axel på stativplattan och tillåter finjustering av monteringens horisontella inriktning under inkädningsprocessen.
Också lutningsvinkeln för timaxeln, det vill säga inställningen av polhöjden, justeras med två handskruvar som arbetar med tryck och mottryck. Denna lutningsvinkel motsvarar observationsplatsens geografiska bredd och behöver endast justeras en gång under inkädningsprocessen.
Även med längre brännvidder och längre exponeringstider är inkädningsprocessen tillräckligt noggrann med hjälp av en justerad polsökare. För korta exponeringstider med kortare brännvidder räcker det till och med att polarstjärnan bara placeras i mitten av synfältet i polsökaren.
Endast vid höga krav på noggrannheten i inkädningsprocessen, såsom vid mycket långa exponeringstider, långa brännvidder, stationära stjärnobservatorier eller bästa möjliga positioneringsnoggrannhet för GoTo-monteringar, rekommenderas ”Scheiner”-metoden för inkänning. Den förutsätter att ett teleskop och ett trådkorsokular finns tillgängliga. En detaljerad beskrivning av denna tidskrävande procedur finns att hitta på:
http://www.baader-planetarium.de/montierungen/download/scheiner-klassic.pdf
Efter inkänningen lastas monteringssystemet med motvikt, teleskop och/eller kamera. Nu gäller det att balansera tim- och deklinationsaxlarna. I idealiskt fall stannar monteringen i sin position utan att axlarna är fastlåsta oavsett vilken punkt på himlen den riktas mot.
För att åstadkomma detta placeras ett monterat teleskop så att det pekar exakt mot söder (eller norr) och är riktat mot horisonten, det vill säga att det befinner sig i en vågrät position. Först placeras motvikten på motviktsstången axiellt tills monteringen står kvar i position utan fastlåsning av timaxeln.
Vy från söder på monteringssystemet. Teleskopet med kameran (höger) riktas mot en punkt i norr vid horisonten. Genom axiell förflyttning av motviktarna (vänster) uppnås en balans så att teleskopet står i denna position även utan fastlåst timaxeln.
Sedan dras fastspänningen för timaxeln och teleskopet flyttas längs sin optiska axel i sina rörskenor (eller genom längsförskjutning av prismaskenan i sitt fäste) tills deklinationsaxeln också är i balans.
Vy från öst på monteringssystemet. Teleskopet med kameran (på baksidan) riktas mot en punkt i söder vid horisonten. Genom att flytta prismaskenan (aluminiumfärgade listen med hål) i svansguidningen eller genom att flytta teleskopet längs sina rörskenor längs den röda dubbelriktade pilen uppnås återigen en balans. Därefter stannar teleskopet i denna position även om deklinationsaxelns fastspänning löses.
Det är inte alltid möjligt att uppnå denna idealiska balans. I sådana fall bör man emellertid försöka nå den så nära som möjligt. Målet med balanseringen är att motormekanismerna ska behöva göra så lite arbete som möjligt vid rörelsen av monteringssystemet. Vid kraftig obalans är det också troligt att motorföljningen inte fungerar med nödvändig precision.
Efter detta steg har du en funktionsduglig anläggning för att följa himlakropparnas rörelser med kameran utan att jordrotationen vid långtidsbelystning skapar strimmande bilder av stjärnorna.
Anslut sedan styrningen av monteringssystemet och mata den med spänning. Se till att följningshastigheten står på "sidereal" eller "stjärna" om du tar bilder av andra himmelsobjekt än månen och solen. Om styrningen tillåter användning av monteringssystemet på södra halvklotet måste "Nord" ställas in, annars roterar timaxeln åt fel håll. Lossa sedan fastspänningen för tim- och deklinationsaxlarna och rikta teleskopet och/eller kameran mot önskad himmelsregion, dra sedan åt båda spännfästena med lätt tryck. Vänta några sekunder före starten av den första exponeringen för att låta drivmasken få tillräckligt med tid att gripa in i kuggarna på kugghjulet.
De två följande delarna av handledningsserien "Astro- och himmelsfotografering" kommer att handla om "Långtidsbelystningar med en följd kamera" och "Följkontroll under en långtidsbelystning".
Transport
Vid transport av en astronomisk montering bör motvikterna avlägsnas och klämmorna för tim- och deklinationsaxlarna lossas. Det skonar mekaniken vid eventuella skakningar.
Exempel på fotovänliga monteringar
När det gäller att minska bagagemängden är monteringen "AstroTrac 320x" svår att slå. Det är en montering för kamerastativ, på bilden är den silverfärgade delen. Valfritt kan denna montering även utrustas med en polsökare (överst till vänster), dock krävs närvaro av ett stativ och en stativhuvud.
Den är lämplig för att följa kameror med objektiv upp till cirka 300 mm brännvidd och eventuellt för mycket små och lätta teleskop. Ett batteripack driver motorn för spårningen. Hopfälld är monteringen lika stor som en varningstriangel i bilen, men dess pris är tyvärr ganska högt (från 625 euro).
"Skywatcher EQ-3" utgör det absoluta minimi för följda bilder med klassiska teleskopmonteringar när de är utrustade med motorer, som visas i nästa bild. Endast mycket små teleskop är lämpliga som "nyttolast", snarare en kamera med fotolinser och inte för långa brännvidder. För bilder med måttliga brännvidder och några minuters exponeringstid är den emellertid en lämplig plattform som inkluderar stativ, motorer och kontroll går att få för ca 230 euro.
"Vixen GPD2" är en riktig "arbetsmaskin" och i alla avseenden lämplig för fotografering och hög rekommendation. Den är inte billig och i grundutförandet saknas till och med motorer, men den bär cirka 8 kg last (utan motvikt) smidigt och uppfyller med sin mekaniska precision alla krav på fotografisk användning. Det "nakna" axelkorset utan stativ, kontroll, motorer, men med mycket exakt, bakgrundsbelyst polsökare kostar 800 euro. En komplett utrustning med snabba motorer, GoTo-styrning, trästativ kan summeras till 1800 euro.
"1200 GTO" från Astro-Physics är en extremt tung men ändå någorlunda transportabel montering, eftersom deklinationsblocket kan separeras från polhöjdenheten och transporteras separat. Båda tillsammans väger nämligen redan över 50 kilogram utan tillbehör. Denna montering passar bra i ett stationärt observatorium, dess bärförmåga är nästan 65 kilogram utan motvikter! För monteringen utan tillbehör men med GoTo-styrning måste en femsiffrig summa euro räknas med.
