Космічна, паралактична монтура є передумовою для отримання чітких астрофото з тривалими експозиціями:
Частина 9: Керування космічною монтурою
Якщо камера жорстко закріплена на звичайному фотостативі, небесні об'єкти будуть зображені чітко лише тоді, коли тривалість експозиції не перевищує максимального значення, яке залежить від фокусної відстані, зніманої небесної області, розміру пікселів використаного датчика та персональних вимог до "чіткого" зображення.
Наприклад, при фокусній відстані 3000 мм вже при тривалості експозиції більше 1/45 секунди можна очікувати нечіткого зображення, якщо камера не відстежує рух неба. Навіть при використанні об'єктива на 24 мм перестають зображатися зірки як точки через 10 секунд тривалості експозиції, а замість цього вони зображаються як дрібні смуги.
Причиною цього є обертання Землі. Небо здається обертатися над нашими головами з сходу на захід. Відповідно, денне та нічне світло, а також планети та зірки з'являються на сході та знову заходять на західі. Центром цього руху є небесний полюс (на північній півкулі - північний небесний полюс, на південній півкулі - південний небесний полюс). Це місце на небі, де подовжена земна вісь доторкається до "небесного своду", якщо уявити собі небо як півкулю. Жителі північної півкулі мають перевагу: зовсім поруч з північним небесним полюсом знаходиться легко впізнаваний Полярна зірка, яку також називають "Північною зіркою".
Єдиний спосіб отримати довгі експозиції та при цьому зображати зорі у вигляді точок - це стежити за рухом неба камери під час експозиції. Для цього потрібна астрономічна монтура, де одна вісь вирівнюється паралельно земній вісі.
Якщо ця вісь рухатиметься під час експозиції з правильною швидкістю, будуть створюватися "відслідковані" небесні фотографії. Зазвичай цей рух виконується за допомогою електромотора. Космічна монтура також називається паралактичною або екваторіальною.
Компоненти паралактичної монтури. Легенда - див. наступний огляд:
• 1: Трипід (альтернатива: колонний трипід)
• 2: Керування (у зображеному випадку: складне комп'ютерне управління з функцією GoTo та базою даних об'єктів)
• 3: Позиція вглядування полюсного орієнтира. Він знаходиться всередині годинної вісі (4), чия напрямна вказана стрілковим орієнтуванням.
• 4: Годинна вісь, яка приводиться в рух лише однією віссю, коли монтура слідує за рухом неба. У нижньому кінці знаходиться полюсний орієнтир (3), верхнє кінце закрите кришкою, яку знімають під час використання полюсного орієнтира.
• 5: Положення деклінаційної вісі, яка продовжується в гірлянду противаг (12). Рух навколо деклінаційної вісі зазвичай не відбувається під час відслідковування.
• 6: Пара гвинтів, які за допомогою тиску і контртиску дозволяють налаштовувати кут нахилу (висоту полюсу) годинної вісі. Їх використовують для установки монтури. Якщо монтаж вже установлено, ці гвинти не регулюються.
• 7: Пара гвинтів, які за допомогою тиску і контртиску дозволяють налаштовувати азимут (горизонтальна "напрямок" годинної вісі) (задній гвинт на зображенні важко розрізнити). Це використовується для установки монтури. Якщо монтаж вже установлено, ці гвинти не регулюються.
• 8: Ручна затискання годинної вісі.
• 9: Ручна затискання деклінаційної вісі.
• 10: Шарнірно-щільна направляюча для установки призмової рейки для закріплення телескопа або камери на монтажі.
• 11. Затискання гвинти, що фіксує примчок, викладений у шарнірно-щільну направляючу (10).
• 12: Гірлянда противаги (на зображенні без противаги).
Азимутальна монтаж
Звичайний фотостатив не зможе забезпечити таке відслідковування, навіть якщо дотримуватися дуже плавного фінішування. Це справа в тому, що під час довшої експозиції поле зображення обертається навколо зірки, за якою ведеться слідкування, оскільки фотостатив не може компенсувати обертальний рух неба. Уявіть собі сузір'я Оріона: воно з'являється, починаючи з лівого боку, на сході, досягає верхньої точки свого руху на півдні вертикально і заходить на захід, лежачи на правому боці. Якщо слідкувати за цим сузір'ям Оріона за допомогою фотостатива, камера буде просто "піднімати й опускатися" чи рухатися вправо, не компенсуючи обертальний рух.
Схематичне зображення обертання неба на прикладі сузір'я Оріона. Азимутально монтувана, відслідкована камера не може утримати у полі зору сузір'я Оріона, і поле зображення обертається з часом (червоні рамки зображення). Якщо камера монтується паралактично, вона, з одного боку, слідкує за рухом Оріона, а з іншого, робить обертальний рух, щоб поля зображення залишалися постійними (жовті рамки зображення).
Монтаж, який знає тільки вертикальні рухи вгору і вниз та горизонтальні повороти вправо і вліво, називається "азимутальною" монтажем, і він протиставляється паралактичному. Фотостатив представляє собою просту форму азимутальної монтажі. Їх рухомі осі стоять вертикально відносно землі та дозволяють горизонтальні оберти, то є нахил.
Азимутальна монтаж не підходить для відстежених небесних знімків. Винятком є монтажі сучасних великих обсерваторій. Там під час експозиції виконується складний процес обертання навколо оптичної вісі, щоб компенсувати обертання поля зображення.
Азимутальний монтаж (ліворуч) та паралактичний монтаж (праворуч). У випадку азимутального монтажу обидві рухомі вісі стоять вертикально або горизонтально відносно землі. Він працює як фотостатив. Паралактичний монтаж (праворуч) відрізняється нахилом годинної вісі (стрілка вліво вгору). Тип "німецький монтаж" потребує противаги на деклінаційній вісі (стрілка зліва внизу вправо вгору).
Паралактичний монтаж
Паралактичні монтажі існують в різних варіаціях. Всі вони мають спільним те, що одна з осяй паралельною до земної виси зорі. Цю ось називають годинною віссю. Під кутом 90 градусів до цієї осі повинна бути друга ось, деклінаційна, для того щоб можливо було налаштувати телескоп або камеру на будь-яку точку неба.
Для аматора в основному доступні два типи; так званий "німецький монтаж" (названий на честь країни, де діяв його винахідник, німецький оптик і фізик Йозеф фон Фраунгофер), та вилковий монтаж.
Два паралактичних монтажи: вилковий монтаж (зліва) і "німецький монтаж" (справа). Показані червоні стрілки показують положення годинної вісі.
Німецький монтаж
Він складається з вісьового хреста і характеризується тим, що по одну сторону деклінаційної осі інд поміщається телескоп або камера, тоді як по іншу сторону противага забезпечує баланс. Особливо в астрофотографів цей тип дуже популярний і поширений, оскільки годинну вісь можна легко налаштовувати на полюс небесний. Крім того, асортимент німецьких монтажів є різноманітним: представлені всі категорії цінового діапазону, і більшість з них можуть бути придбані окремо, а не тільки у зв'язку з телескопом. Як недолік можна відмітити те, що використання телескопа при відстеженні об'єкта може спричинити вдар від штатива або стовпа, що вимагає переключення з заходу на східну позицію (або навпаки).
Вилковий монтаж
Вилкові монтажі практично пропонуються тільки в зв'язку з телескопами від торгівлі. Як паралактичне виконання, весь вилок повинен бути нахилений, щоб його годинна вісь вказувала на полюс неба, що створює досить невигідні механічні умови. Більшість вилкових монтажів для ринку аматорів фактично показують виражений коливальний характер, тому їх рідко можна побачити в астрофотографічному використанні. На відміну від німецького монтажу як перевагу вилкового монтажу можна вказати те, що небесний об'єкт може бути відстежений цілу ніч, без того щоб телескоп або камера загрожували зіткненням з перешкодою (штатив/стовп), тому перехід не є необхідним.
Периферія
Якщо розглядати монтаж як чисто механічний вісьовий механізм, потрібні додаткові компоненти, щоб зробити з нього працездатну одиницю для астрофотографії:
• 1. Штатив/Стовп
Трипод має переваги в мобільному застосуванні, оскільки його можна поставити практично в будь-якому місці. Стовп надає більше вільності рухів для телескопа, але стоїть стабільно тільки на рівній площині. Незалежно від того, яке рішення буде прийнято, слід звернути увагу на високу стабільність. В остаточному підсумку, найслабке ланцюжок усього процесу обмежить стабільність та, отже, максимальну точність відстеження.
• 2. Двигуни
Деякі монтажі поставляються з вже встановленими моторами, в інших їх треба докупити. Для коротких часів експозиції в основному достатньо механічного приводу годинної осі, тобто можна обійтися без другого мотору для деклінаційної осі. При довших часах експозиції можуть знадобитися корекційні рухи деклінаційної вісі, тож рекомендується використовувати два мотори - по одному для кожної вісі. Більшість монтажів працюють з кроковими моторами, які працюють з мікрокроками і переміщують вісі монтажу через черв"ячний гвинт і зубчасте колесо. Іншим варіантом є серводвигуни.
• 3. Керування
Кожен монтаж потребує керування. Якщо його немає в комплекті, його потрібно придбати додатково. Завданням керування є постачання моторів електричною напругою та імпульсами приводу. Крім того, воно надає швидкий і дрібний механічний рух монтажу в усіх напрямках через чотири кнопки.
Поміж цими фндаментальними функціями деякі керування пропонують додаткові особливості:
• Зміна швидкості відстеження (окрім сидеричної, тобто на зірки, також на вибір для Сонця та Місяця)
• Порт для автодовідника: роз"єм для регулювання роботи монтажу за допомогою спеціальної цифрової камери, яка називається автодовідник, у разі потреби. Ті, хто працює з довгими фокусними відстанями та тривалими часами експозиції, швидше за все, захочуть покластися на "відстежування" автодовідника і оцінити устаткування керування портом для автодовідника.
• Функція GoTo: У зв"язку з швидкими двигунами GoTo-керування дозволяє автоматично розмістити монтаж на об'єкт вашого вибору. Для астрофотографа функція GoTo не грає вирішальної ролі, тому що в разі сумнівів обмежений бюджетними коштами слід інвестувати в більш стійкий монтаж.
Пульт керування телескопічним монтажом: По дві кнопки служать для моторного руху годинної осі (1) та деклінаційної осі (2), щоб точно налаштувати телескоп на об'єкт неба. З боковим перемикачем (3) керування може бути увімкнено або вимкнено, а також вибрано роботу на північній або південній півкулі Землі. За допомогою перемикача 4 вказується швидкість руху моторів при використанні кнопок 1 та 2.
• 4. Пошуковий телескоп на полюс
Це мінітелескоп, який закручується в порожній осі годинника монтажу і дозволяє швидке та зручне вирівнювання (див. нижче).
Симульований перегляд через пошуковий телескоп на полюс. Синє небо відповідає виду в розквіті сутінків. Відображувані елементи, що видимі в окулярі, підсвічуються червоним світлом світлодіода, тому їх можна розпізнати ще до чорного неба. Чітко видно середину графи, у якій розташований Полярний зір (Поляріс), який знаходиться в відповідному місці на зображенні. Відхилення Полярного зір від справжнього небесного полюсу (середина поля) автоматично враховується. Позначені зіркові картини вказують тільки на напрямки і не є видимими через пошуковий телескоп.
• 5. Живлення
Зазвичай монтажі працюють з 12 вольтами постійного струму. Для мобільного застосування потрібно постачати батарейний блок або відповідний акумулятор.
• 6. Монтажна шина
Для закріплення телескопа або камери на монтажі зазвичай потрібні додаткові дрібні деталі. Багато монтажів мають рейку для підключення вигляд або камери. Для телескопа або камери потрібно передбачити відповідну призмову шину. Якщо камера має бути встановлена, стабільна кульова головка - гарне доповнення.
Розташування
Паралактичний монтаж повинен бути встановлений так, що годинна вісь вказує на небесний полюс (тобто близько до Полярної зірки). Цей процес називається «еінордунг».
Найлегше є еінордунгом за допомогою полюсного телескопа. Передумовою для цього є те, що небесний полюс і Полярна зірка видно з місця спостереження та їх не приховують, наприклад, дерево чи будинок. Полюсний телескоп дивиться через порожню годинну вісь і під час перегляду показує маркування, яке вказує на положення Полярної зірки.
Під час цього також враховується відхилення Полярної зірки від істинного небесного полюсу, яке наразі становить приблизно полтори діаметра повного місяця. Залежно від виконання монтажу та полюсного телескопа потрібно лише відрегулювати поточне положення Полярної зірки відносно полюсу, оскільки вона також обертається навколо полюсу раз на день.
Потім потрібно лише встановити нахил (висоту полюсу) та напрямок погляду полюсної вісі (азимут), доки Полярна зірка у полюсному телескопі не з'явиться на передбаченому місці. Нахил полюсної вісі відповідає географічній широті місця спостереження, наприклад, близько 50 градусів для Франкфурту на Майні. Добрий монтаж дозволяє чутливе регулювання нахилу полюсної вісі для можливих корекцій. Пошукова позиція встановлюється за допомогою також чутливого регулювання азимуту.
Для того щоб «погляд полюсної вісі», тобто азимут, регулювати, потрібно рухати два ручних гвинти, які завади і звинуюються на штир стійки та дозволяють чутливе горизонтальне вирівнювання монтажу під час еінордунгу.
Кут нахилу годинної вісі, тобто налаштування висоти полюсу, також регулюється за допомогою двох ручних гвинтів, що працюють з тиском і контртиском. Цей кут нахилу відповідає географічній широті місця спостереження і потрібно встановити його лише один раз під час еінордунгу.
Навіть з більшими фокусними відстанями та довгими часами експозиції еінордунг з використанням налаштованого полюсного телескопа є достатньо точним. Для коротких часів експозиції зі скороченими фокусними відстанями достатньо просто того, що Полярна зірка буде просто в центрі поля видимості полюсного телескопа.
Тільки за високими вимогами до точності еінордунгу, які можуть бути необхідні при дуже довгих часах експозиції, довгих фокусних відстанях, стаціонарних астрономічних обсерваторіях або найпередовішій точності позиціювання монтажів GoTo, рекомендується для еінордунгу метод за «Шейнером». Це передбачає наявність телескопа та окуляра зі стандартною сіткою. Детальний опис цієї тривалої процедури можна знайти за посиланням:
http://www.baader-planetarium.de/montierungen/download/scheiner-klassic.pdf
Після еінордунгу монтаж завантажується, тобто приєднуються ваги, телескоп та/або камера. Тепер потрібно збалансувати годинну та деклінаційну вісі. У кращому випадку монтаж залишається в своєму положенні без защемлення вісей, незалежно від того, на яку точку неба він націлено.
Для цього телескоп, який встановлений, регулюється так, що він точно вказує на південь (або на північ) та направлений на горизонт, тобто знаходиться в горизонтальному положенні. Спочатку ваги на важелі встановлюються вздовж нього, доки монтаж в своєму положенні не зупиняється навіть без защемлення вісі годинників.
Вид з півдня на монтаж. Телескоп з камерою (праворуч) був спрямований на точку на горизонті на північ. За допомогою вісів вздовж важелів (ліворуч) створюється рівновага, тому телескоп навіть без защемлення вісі годинників залишається в цьому положенні.
Тоді защемлюється вісь годинної вісі та телескоп рухається відповідно до його оптичної вісі в металевих кріпленнях (чи переміщенням призмової шини в її кріпленні), поки деклінаційна вісь не знаходиться в рівновазі.
Вид зі сходу на монтаж. Телескоп з камерою (ззаду) був спрямований на точку на горизонті на південь. За допомогою переміщення призмової шини (алюмінієва стрічка з отворами) в рейці для з’єднання або переміщення телескопа в його металевих кріпленнях вздовж червоної зображеної подвійною стрілкою наводиться рівновага. Потім телескоп залишається в цьому положенні, навіть якщо защемлюється вісь деклінації.
Не завжди можливо досягти цього ідеального стану. Тоді варто принаймні намагатися наблизитися до нього. Мета балансування - щоб при русі монтажу двигуни витрачали якнайменше роботи. З надмірним дисбалансом також можна очікувати, що моторна наступність не буде працювати з необхідною точністю.
Після цього кроку у вас є працююча система для слідування за рухом планет за допомогою камери, не допускаючи появи розмитих зображень зірок від повзаючої обертання Землі під час довгих експозицій.
Підключіть управління монтажем та подайте на нього напругу. Переконайтеся, що швидкість слідування стоїть на «сидеральному» або «зірковому» режимі, якщо ви збираєтеся робити знімки інших об'єктів на небі, окрім Місяця та Сонця. Якщо управління дозволяє роботу монтажу також на південній півкулі Землі, потрібно встановити «Північ», інакше годинна вісь буде обертатися в неправильному напрямку. Тоді защеміть вісі годинної та деклінаційної вісей та налаштуйте свій телескоп та/або камеру на бажаний регіон неба, після чого знову заціпіть обидві защемлені вісі з м'яким тиском. Почекайте кілька секунд перед початком першої експозиції, щоб гвинтовий бік можі відпрацювати на взаємодію з зубчастими кільцями.
Наступні два відеоуроки серії «Астро- та небесна фотографія» будуть присвячені темам «Довгі експозиції при слідуванні за камерою» та «Контроль слідування під час довгих експозицій».
Транспорт
Під час транспортування астрономічного монтажу слід зняти противаги та відкрутити зажими годинної і деклінаційної вісей. Це допоможе зберегти механіку при виникненні поштовхів.
Приклади монтажів, придатних для фотозйомки
Коли йдеться про скорочення обсягів багажу, монтаж "AstroTrac 320x" важко перевершити. Це насадка для фотостійок, на зображенні показаний алюмінієвий елемент. Необов’язково, цей монтаж може бути обладнаний полярним пошуковим телескопом (зверху ліворуч), проте передбачається наявність стійки та головки стійки.
Він підходить для слідування за камерами з об’єктивами до приблизно 300 мм фокусної відстані та максимум для дуже малих і легких телескопів. Для живлення двигуна слідження служить пакет батарей. У складеному вигляді монтаж настільки великий, як трікутний примус на автомобілі, однак його ціна, на жаль, досить висока (від 625 євро).
"Skywatcher EQ-3" становить абсолютну нижню межу для фотозйомки на класичних телескопічних монтажах, якщо вони, як показано на наступному зображенні, обладнані двигунами. Можливі використання найменших телескопів як "завантаження", скоріше за все, камери з фотооб'єктивами та не дуже довгими фокусними відстанями. Проте для фотозйомок з помірними фокусними відстанями та кількома хвилинами експозиції він є вполні придатною платформою, яку можна придбати за близько 230 євро зі стійкою, двигунами та управлінням.
Пристрій "Celestron Advanced GT" з управлінням GoTo є значно більш стійким. Він також підтримує телескопи середнього розміру та фокусну відстань. Однак при фотоапаратних вимогах у зв'язку з витрата часу на експозицію тривалого часу він не повинен бути перевантажений; оскільки при дуже великих фокусних відстанях точність слідження недостатня. В комплекті зі стійкою, полярним пошуковим телескопом та управлінням GoTo цей монтаж коштує близько 750 євро.
Модель "Vixen GPD2" є справжньою "робочою кіньми" і в усіх відношеннях придатна для фотозйомки і заслуговує рекомендації. Вона не є дешевою і в базовій комплектації навіть відсутні двигуни, проте вона спокійно несе близько 8 кг корисного навантаження (без противаги) і з її механічною точністю відповідає всім вимогам для фотозйомки. "Голий" кріжок вісей без стійки, управління, двигунів, проте з дуже точним підсвічуваним полярним пошуковим телескопом коштує 800 євро. Комплектація зі швидкими двигунами, управлінням GoTo та дерев'яною стійкою може обійтися у 1800 євро.
Монтаж "1200 GTO" від Astro-Physics є екстремально важким, але все ще досить транспортованим, оскільки блок деклінації може бути відокремлений від одиниці полюсної висоти і транспортуватися окремо. Разом вони важать вже понад 50 кілограмів без аксесуарів. Цей монтаж вагою практично 65 кілограм без противаги найкраще тримати в постійній зоряній обсерваторії! Для монтажу без аксесуарів, але з управлінням GoTo, можна очікувати п’ятизначну суму в євро.
