Астрономическое параллактическое крепление является предпосылкой для получения четких астрофотографий с длительными выдержками:
Часть 9: Обращение с астрономическим креплением
Если камера крепится неподвижно на обычном фотоштативе, небесные объекты будут отображаться четко только в том случае, если время экспозиции не превышает максимальное значение, зависящее от фокусного расстояния, снимаемого небесного региона, размера пикселя используемого датчика и личных требований к "четкому" изображению.
Например, при фокусном расстоянии 3000 мм уже при выдержке более 1/45 секунды следует ожидать нечеткого изображения, если камера не следует за движением неба. И даже при использовании объектива широкого угла диагональю 24 мм, звезды после 10 секунд экспозиции отображаются не как точки, а как маленькие линии.
Причина этого заключается в вращении Земли. Небо кажется вращающимся над нашими головами с востока на запад. Следовательно, не только Солнце и Луна, но и планеты и звезды восходят на востоке и садятся на западе. Центральной точкой этого движения является небесный полюс (на северном полушарии - северный небесный полюс, на южном - южный небесный полюс). Это место на небе, где продленная ось Земли касается "небесного свода", если представить себе небо как полушарие. Жители северного полушария в этом имеют преимущество: в непосредственной близости от северного небесного полюса находится легко обнаруживаемая Орионидами Полярная звезда, которая также называется "Северная звезда".
Единственный способ реализовать длительные выдержки и все же изображать звезды в виде точек - следовать за вращением неба во время экспозиции. Для этого необходимо астрономическое крепление, в котором одна ось выравнивается параллельно оси Земли.
Когда эта ось движется во время экспозиции соответствующей скоростью, образуются "следящие" астрофото. Обычно это движение осуществляется с помощью электродвигателя. Астрономическое крепление также именуется параллактическим или экваториальным.
Компоненты параллактического крепления. Легенда - см. ниже:
• 1: Трехногий штатив (альтернатива: столбовый штатив)
• 2: Управление (в данном случае: сложное компьютерное управление с функцией GoTo и базой данных объектов)
• 3: Положение полярного телескопа. Он находится внутри оси часов (4), направление которой показывается стрелкой.
• 4: Ось часов, которая является единственной осью, приводимой в движение при следовании за вращением неба. В нижнем конце находится полярный телескоп (3), верхний конец закрыт крышкой, которая удаляется при использовании полярного телескопа.
• 5: Положение оси склонения, продолжение которой является стержень противовеса (12). Движение вокруг оси склонения обычно не происходит во время наведения.
• 6: Пара винтов, позволяющих регулировать угол наклона (высоту полярного телескопа) оси часов с помощью давления и противодавления. Используется для наведения крепления. После того как крепление выровнено, эти винты не регулируются.
• 7: Пара винтов, позволяющих регулировать азимут (горизонтальное "направление взгляда" оси часов) с помощью давления и противодавления (задний винт на изображении трудно различим). Используется для наведения крепления. После того как крепление выровнено, эти винты не регулируются.
• 8: Рычажное крепление оси часов.
• 9: Рычажное крепление оси склонения.
• 10: Фиксатор с отверстием для установки призменной рейки для крепления телескопа или камеры на крепление.
• 11. Винтовое крепление, обеспечивающее фиксацию призменной рейки, вставленной в фиксатор (10).
• 12: Стержень противовеса (на изображении без противовеса).
Азимутальное крепление
С фотоштативом такую наводку сделать невозможно, даже если тонкая регулировка происходит очень плавно. Это потому, что во время длительной экспозиции поле изображения вращается вокруг звезды, за которой ведется наведение, потому что фотоштатив не может скомпенсировать вращательное движение неба. Представьте себе созвездие Ориона: оно восходит на востоке, в своем верхнем положении на юге становится перпендикулярным и садится на западе, лежа на правой стороне. Если следовать за этим созвездием с фотоштативом, камера будет двигаться только "вверх и вниз" или вправо, однако не компенсируется вращательное движение.
Схематическое изображение вращения неба на примере созвездия Ориона. Азимутально установленная на наведение камера не может удерживать созвездие Ориона в поле зрения, и поле изображения вращается со временем (красные рамки поля изображения). Если камера установлена параллактически, она следует за движением Ориона и одновременно выполняет вращение, так что захваченное поле изображения остается постоянным (желтые рамки поля изображения).
Крепление, которое позволяет только движения вверх и вниз, а также вправо и влево, называется "азимутальным" и противопоставляется параллактическому. Таким образом, фотоштатив представляет собой простую форму азимутального крепления. Одна из его подвижных осей стоит вертикально относительно земли и допускает горизонтальные повороты, то есть изменения азимута. Другая ось параллельна земной поверхности и обеспечивает подвижность по вертикали, то есть по высоте.
Азимутальное крепление не подходит для наведенных небесных снимков. Исключения составляют крепления современных крупных обсерваторий. Там в ходе сложной процедуры во время экспозиции осуществляется вращение вокруг оптической оси для компенсации вращения поля изображения.
Азимутальное крепление (слева) и параллактическое крепление (справа). В азимутальном креплении обе оси движения стоят перпендикулярно или горизонтально к земной поверхности. Оно работает как фотоштатив. Параллактическое крепление (справа) отличается наклонной осью часов (стрелка слева вверх). Тип "немецкое крепление" требует противовесов на оси склонения (стрелка снизу слева направо).
Параллактическое крепление
Параллактические крепления существуют в различных вариантах. Общим для всех является то, что одна из осей выравнивается параллельно земной оси - это называется часовой осью. Под углом 90 градусов к ней должна быть вторая ось, называемая деклинационной осью, чтобы можно было выровнять телескоп или камеру на любую точку небес.
В основном для любителя доступны два типа; так называемое "немецкое крепление" (названное по имени страны, где действовал его изобретатель - немецкий оптик и физик Иозеф фон Фраунгофер) и вилочное крепление.
Два параллактических крепления: вилочное крепление (слева) и "немецкое крепление" (справа). Изображенные красные стрелки показывают положение часовой оси.
Немецкое крепление
Оно состоит из осевого креста и характеризуется тем, что с одной стороны деклинационной оси находится телескоп или камера, а с другой стороны противовес обеспечивает баланс. Этот тип очень популярен и распространен среди астрофотографов, потому что часовую ось легко можно выровнять на небесный полюс. Кроме того, выбор немецких креплений богат: есть представители всех весовых и ценовых категорий, и большинство из них можно приобрести отдельно, а не только вместе с телескопом. Недостатком является то, что при использовании телескопа он может удариться при преследовании объекта о штатив или столб, что может потребовать поворота из западного в восточное положение (или наоборот).
Вилочное крепление
Вилочные крепления практически всегда предлагаются вместе с телескопами в торговле. В качестве параллактического исполнения всю вилку необходимо наклонить, чтобы ее часовая ось указывала на небесный полюс, что создает неудобные механические условия. Большинство вилочных креплений для любителей на самом деле проявляют выраженные колебания, поэтому их редко встретишь в астрофотографическом использовании. В отличие от немецкого крепления, как преимущество вилочного крепления можно отметить, что объект на небе можно отслеживать всю ночь, без опасности столкновения телескопа или камеры с препятствием (штатив/столб), так что поворот не требуется.
Периферия
Если рассматривать крепление только как механику осей, нужны дополнительные компоненты, чтобы сделать из него работоспособную единицу для астрофотографии:
• 1. Штатив/столб
Триножный штатив имеет преимущества в мобильном использовании, потому что его можно поставить практически везде. Столб обеспечивает большую свободу движения для телескопа, но стоит только на ровной поверхности. В любом случае надо обращать внимание на высокую стабильность. В конечном итоге самое слабое звено во всей цепи ограничит стабильность и, следовательно, максимальную точность слежения.
• 2. Двигатели
Некоторые крепления поставляются с предустановленными двигателями, а для других их нужно дополнительно приобрести. Для коротких экспозиций фактически достаточно моторного привода часовой оси, то есть на второй двигатель для деклинационной оси можно не тратиться. Для длительных экспозиций возможно также понадобятся корректирующие движения деклинационной оси, поэтому рекомендуется использовать два двигателя - по одному для каждой оси. Большинство креплений работают с шаговыми двигателями, которые работают с микрошагами и с помощью червячного колеса и зубчатого круга перемещают оси крепления. Другим решением являются серводвигатели.
• 3. Управление
Каждое крепление требует управления. Если его нет в комплекте, придется дополнительно приобрести. Задача управления - обеспечить двигатели питанием и импульсами привода. Кроме того, оно предлагает более или менее быстрое и точное моторное движение крепления во все стороны через четыре кнопки.
Помимо этих основных функций некоторые управления обладают дополнительными особенностями:
• Изменение скорости слежения (помимо сидерической, также для звезд, возможно также для Солнца и Луны)
• Подключение автогайдера: разъем для регулирующего влияния на движение крепления специальной цифровой камеры, называемой автогайдером, если это потребуется. Те, кто работает с длинными фокусными расстояниями и длительными экспозициями, рано или поздно захотят передать "контроль над слежением" автогайдеру и будут ценить наличие управления с разъемом для автогайда.
• Функция GoTo: В сочетании с быстрыми двигателями управление GoTo позволяет автоматически позиционировать крепление на выбранный объект на небе. Для астрофотографов функция GoTo не играет решающую роль, так что в случае с ограниченным бюджетом лучше инвестировать в стабильное крепление.
Ручное управление фотомонтажа: По две кнопки позволяют моторно регулировать часовую ось (1) и деклинационную ось (2), чтобы точно навести телескоп на объект на небесах. Выключить и включить управление и выбрать работу на северном или южном полушарии Земли можно с помощью переключателя на боковой панели (3). Кнопкой 4 определяется скорость движения двигателей при использовании кнопок 1 и 2.
• 4. Полярный поисковый телескоп
Это миниатюрный телескоп, который вкручивается в пустую часовую ось крепления и позволяет быстро и удобно выровнять (см. ниже).
Симуляция обзора через полярный поисковый телескоп. Голубое небо соответствует виду в продвинутом сумеречном времени. Элементы, видимые в окуляре, подсвечены красным светодиодом и могут быть узнаны даже на фоне черного неба. Четко видна исходная позиция Полярной звезды (Поляриса), которая отображена в соответствующем месте на изображении. Отклонение Полярной звезды от истинного небесного полюса (центр поля зрения) автоматически учитывается. Показанные созвездия только указывают направления и в поисковом телескопе не видны.
• 5. Электропитание
Обычно крепления работают от 12-вольтового постоянного тока. Для мобильного использования необходимо приобрести батарейный блок или соответствующий аккумулятор.
• 6. Монтажная шина
Чтобы закрепить телескоп или камеру на креплении, зачастую необходимы дополнительные мелкие детали. Многие крепления имеют торцевую площадку в виде швальбе. Со стороны телескопа или камеры следует использовать соответствующую призматическую шину. При установке камеры хорошим дополнением является устойчивая шаровая головка.
НАСТРОЙКА
Параллактическое крепление должно быть установлено так, чтобы ось часов указывала на полюс небесного экватора (т.е. вблизи Полярной звезды). Этот процесс называется «выравниванием».
Лучше всего это удается с помощью полярного искателя. Необходимо, чтобы Полярный полюс и Полярная звезда были видны с места наблюдения и не были закрыты, например, деревом или домом. Полярный искатель смотрит через полую ось часов и показывает при взгляде маркировку, соответствующую заданному положению Полярной звезды.
При этом также учитывается отклонение Полярной звезды от истинного небесного полюса, которое в настоящее время составляет примерно полтора диаметра полной Луны, в зависимости от конструкции крепления и полярного искателя требуется только настроить текущее положение Полярной звезды относительно Полярного полюса, потому что Полярная звезда также кружит вокруг Полярного полюса один раз в сутки.
Затем необходимо просто регулировать наклон (высоту) и направление взгляда полюсной оси (азимут) до тех пор, пока Полярная звезда через полярный искатель не будет видна на заданном месте. Наклон полюсной оси соответствует географической широте местоположения наблюдения, например около 50 градусов для Франкфурта/Майна. Хорошее крепление позволяет чувствительно настраивать наклон полюсных осей для возможных коррекций. Направление взгляда регулируется также чувствительно работающей регулировкой азимута.
Для регулировки «направления» оси часов по азимуту необходимо переместить два регулирующих винта, воздействующих на выступ на пластине штатива с силой и противодействием, позволяющими чувствительную горизонтальную настройку крепления во время выравнивания.
Угол наклона оси часов, т.е. настройка высоты полюcной оси, также регулируется двумя регулирующими винтами, работающими с противодействием. Этот угол наклона соответствует географической широте места наблюдения и должен быть отрегулирован лишь однократно во время выравнивания.
Даже с более длинными фокусными расстояниями и более длительными экспозициями выравнивание с помощью отрегулированного полярного искателя достаточно точное. Для коротких экспозиций с меньшими фокусными расстояниями достаточно просто расположить Полярную звезду в центре поля зрения полярного искателя.
Транспортировка
Во время транспортировки астрономического монтажа необходимо снять противовесы и разблокировать зажимы часовой и деклинационной оси. Это позволит сберечь механику при возможных вибрациях.
Примеры монтажей для фотосъемки
Когда дело доходит до сокращения габаритов багажа, монтаж "AstroTrac 320x" трудно побить. Это аксессуар для фотостоек, на изображении - алюминиевая часть. По желанию этот монтаж можно оснастить даже полюсным искателем (в левом верхнем углу), однако для этого потребуется наличие штатива и штативной головки.
Он подходит для слежения за камерами с объективами до примерно 300 мм фокусного расстояния и возможно для очень маленьких и легких телескопов. Для питания двигателя слежения предусмотрен аккумуляторный блок. В сложенном виде монтаж размером с треугольный аварийный знак в автомобиле, но его стоимость, к сожалению, довольно высока (от 625 евро).
Намного стабильнее является монтаж "Celestron Advanced GT" с системой GoTo. Он способен нести также средние по размеру и фокусному расстоянию телескопы. Однако при фотографических требованиях в рамках долгосветовых экспозиций его нельзя перегружать; потому что при очень длинных фокусных расстояниях точность слежения недостаточна. В комплекте со штативом, полюсным искателем и GoTo-системой этот монтаж стоит около 750 евро.
"Vixen GPD2" - это настоящий "трудяга" и во всех отношениях пригоден для фотосъемки и заслуживает рекомендации. Он не является дешевым, и даже в стандартной комплектации отсутствуют двигатели, но он без труда держит около 8 кг полезной нагрузки (без противовеса) и со своей механической точностью удовлетворяет все требования фотографического использования. "Голое" крестообразие осей без штатива, системы управления, двигателей, но с очень точным, подсвечиваемым полюсным искателем стоит 800 евро. Комплектация с быстрыми двигателями, системой GoTo, деревянным штативом может обойтись в 1800 евро.
"1200 GTO" от Astro-Physics является чрезвычайно тяжелым, но всё же относительно переносимым монтажем, поскольку блок деклинации можно отделить от блока полюсного отверстия и транспортировать отдельно. Вместе они весят уже более 50 кг без аксессуаров. Этот монтаж хорошо себя покажет в стационарной обсерватории, его грузоподъемность составляет почти 65 кг без противовесов! Для монтажа без аксессуаров, но с GoTo-системой, придется заплатить пятизначную сумму евро.
