Точная установка полярной оси астрографа
Мне пришлось ещё раз возвратиться к вопросу выставления полярки из-за того, что я никак не мог её выставить так, чтобы получить минимальное смещение звёзд между кадрами. Ирония ещё и в том, что у меня стационарная колонна, поэтому полярку можно было бы настроить один раз так, чтобы не трогать её месяцами. В какой-то момент, я понял, что придётся заняться этим вопросом очень плотно и в итоге на это ушло 7 ночей. Это долго, но зато я смог отработать методику, которой хочу поделиться.
Проблематика
Выставление полярки — это в той или иной мере метод дрейфа. Я чаще пользуюсь его модификацией, которую назвал метод «Карандашей».
Этот метод позволяет выставить полярную ось с точностью для 30 секундных выдержек. На практике можно их увеличить до 1-2-минутных.
Но по факту любой метод имеет определённую точность, поэтому всегда будет смещение по кадру. Оценить это смещение достаточно просто.
На компьютере смотрим первый кадр и кадр сделанный через 30 минут (можно и больше). Измеряем экранной линейкой расстояние между какой-то одной звездой. Например у меня были кадры, где звёзды смещались примерно на 70 пикселей (изображения в 100% масштабе). Это значит, что каждую минуту неточная полярка приводит к смещение примерно на 2px или 1px за 30 секунд. Диаметр звезды 4-6 пикселей, поэтому за 30 секунд просто не видно такого смещения (в треках «карандашей») — оно потеряется в либо в турбулентности атмосферы, либо в «зигзазообразном» треке из-за неточности механики.
Таким образом, единственным способом выставить полярную ось будет отслеживание смещения звезды за более длительный период. Если мы хотим получить очень высокую точность (смещение в несколько пикселей), то придётся потратить ещё больше времени.
Метод дрейфа. Проблемы его описания
Сам по себе метод очень простой: смотрим на юг — крутим на монтировке болты азимута, смотрим на восток/запад, крутим болты высоты. Проблемы возникают с пониманием того, в какую сторону и какой болт крутить (всё-таки их 4 штуки).
Если пройтись по различным Интернет-публикациям, то мы встретим разные описания, вроде такого: «Если звезда уползает к югу, значит северный конец полярной оси смещен к западу и его необходимо винтами тонкой регулировки сместить в сторону востока». И вишенка на торте: «звезда уползает к югу» — это вид в окуляр, то есть изображение перевернутое и юг это на самом деле низ?..
За разъяснениями я обратился к первоисточнику. Это журнал Звездочёт, где первая статья была в номере 3 за 1995 год (здесь описаны и другие методы) и вторая номерах 2 и 3 за 2001 год. Именно эти статьи послужили источником всех остальных интерпретаций. (Причём первая статья — это перевод с английского: автор Майкл Порцеллино, журнал Astronomy за май 1992 года.)
Здесь необходимо отметить, что используется обычный окуляр с перекрестием, а значит возникает проблема понимания «верх/вниз» и «юг/север». Процитирую первую статью.
Если звезда в окуляре смещается вниз (для телескопов, дающих перевёрнутое изображение), то полярную ось необходимо сдвинуть к востоку.
Цитата из второй статьи:
Если звезда смещалась вверх (изображение гида перевёрнутое), то монтировку нужно поворачивать против часовой стрелки. Если вниз, то по часовой стрелке.
Поскольку мы наблюдаем не в окуляр, а в матрицу фотоаппарата (астрокамеры), то мы теряем её ориентацию: реальный «верх» может оказаться слева по кадру. К тому же неясно: матрица — это прямое изображение или перевёрнутое? Рефрактор и рефлектор имеют одну и туже ориентацию изображения? А если смотреть через диагональную призму?..
Такая путаница заставляет нас использовать «метод тыка», когда мы пытаемся угадать какой болт крутить в монтировке. И если не записать свои действия, то в следующий раз опять приходится действовать наугад.
Сейчас я расскажу о своём способе, который позволяет работать с любым телескопом, монтировкой и произвольной ориентацией фотоаппарата.
Приготовления
Поскольку нам нужно будет направляться на звезды с нулевым склонением (на небесном экваторе), то есть смысл сделать небольшую отметку на корпусе монтировки напротив центрального регулировочного болта. Потом нужно навестись на звезду с нулевым склонением и зафиксировать ноль шкалы напротив отметки.
Высокая точность не нужна, поскольку всё равно придётся немного смещаться в процессе выбора звезды.
Для выставления юга можно сделать такие же отметки на южной стороне корпуса, но лично я использую уголок 90 градусов — обычный угловой ключ-шестигранник. На фото я это схематично нарисовал.
Опять же высокая точность не нужна, поскольку телескоп будет постоянно смещаться (поскольку работает часовой механизм).
Теперь нужно предварительно выставить полярную ось хотя бы в искатель. То есть точности в 1 градус будет достаточно. Это нужно, чтобы правильно сориентировать фотоаппарат.
Лично я креплю фотоаппарат вот так:
Обратите внимание, что он немного повёрнут относительно оси трубы. Это происходит из-за того, что нужно настроить рамку Live View («живой просмотр» на дисплее фотоаппарата) по осям азимута и высоты.
На пульте монтировки есть кнопки «Влево/вправо» и «Верх/вниз». Нужно их сориентировать так, чтобы при их нажатии звезда двигалась параллельно нижней границы рамки.
Находим звезду на юге и загоняем её в центр экрана. После чуть смещаем вниз и нажимаем кнопки Влево/вправо. Если звезда смещается от параллельной линии, то немного поворачиваем фотоаппарат и опять проверяем. После того, как одна ось выставлена, то вторая автоматически будет ей перпендикулярна.
Смысл всего этого действия в том, чтобы сделать так, что при нажатии на кнопки пульта звезды смещались по экрану прямо-перпендикулярно, чтобы исключить все «диагональные» смещения.
Для удобства можно поменять направление кнопок на пульте. См. инструкцию к своему пульту.
Поскольку отслеживать смещения придётся достаточно долго, то увеличьте время отключения дисплея фотоаппарата.
Важно хорошо зафиксировать положение телескопа стопорами, чтобы исключить даже небольшую тряску.
Выставляем азимут
Лучше всего начать с настройки азимута. Для этого нужно направить телескоп на юг на звезду со склонением примерно 0 градусов (по нашим меткам). Загоняем её в центр экрана. Можно немного расфокусироваться, чтобы увеличить диск звезды. По нему будет немного легче отслеживать изменения.
Теперь нужно сместить звезду (можно через пульт) на нижнюю границу сетки вот примерно так:
Начинаем отслеживать смещение звезды. Она может уходить как вниз, так и вверх. Во всех случаях ориентир — это экран фотоаппарата.
Изначально время отслеживания — 1 минута. Поскольку на экране мы видим увеличенное изображение, то сможем отследить самые малые смещения.
В оригинале метода для отслеживания используется толщина нитей окуляра, по которым рассчитывается угловое смещение. Нам же достаточно ориентироваться только на сам факт смещения.
Как только вы определили направление смещения, то следует крутить болты азимута, которые условно можно обозначить как «Восток» и «Запад».
Обозначения условны — они нужны только для того, чтобы вы могли составить для себя табличку смещений и не запутаться какой болт крутить (затягивать).
Поскольку пока мы не знаем какое смещение будет верным, то крутим болт («Запад» или «Восток») наугад. После смотрим увеличивается ли смещение. Если увеличивается, то нужно крутить другой болт.
Но при этом нужно отмечать направление смещения звезды по экрану. Болты «Запад/Восток» смещают на экране звезду по горизонтали. В моём случае (если у вас такая же конфигурация, то будет аналогично) если звезда уходит вверх, то нужно её сместить влево (крутим «Восток»).
Основная задача — добиться незаметного смещения за 5 минут. Больше нет смысла, поскольку если высота сильно сбита, то она будет вносить свои искажения.
Тоже самое, но с «Карандашами»
Процесс можно ускорить с помощью треков «карандашей», правда выдержку нужно будет увеличить. Например в одну сторону 1 минуту, в другую столько же + 10..15 секунд. Получим примерно такие треки.
В этом снимке мы видим, что звезда чуть-чуть сместилась вниз от стартовой точки. Если бы мы визуально наблюдали звезду, то она также сместилась бы вниз. То есть, глядя на этот снимок, можно сказать, что нужно крутить западный болт.
«Карандаши» удобны тем, что немного нивелируют постоянную турбулентность атмосферы. Когда точность установки полярной оси уже достаточно высока, тряска звезды из-за атмосферы визуально превосходит смещение из-за неточности оси.
Настраиваем высоту
Поворачиваем телескоп на юго-запад (ближе к западу насколько возможно), ослабив один стопор. Выбор второй стороны — дело индивидуальное и можно выбрать восточную сторону. Юго-запад удобен тем, что не нужно «переворачивать» телескоп как для востока (хотя кому-то будет удобней смотреть и стоять в таком положении).
Высота над горизонтом должна быть градусов 20. Ниже не стоит, поскольку будет сильно сказываться рефракция. Идеально — это градусов 40, но для наших широт это слишком большое склонение.
Находим подходящую звезду, загоняем её в центр экрана и также смещаем к нижней кромке сетки. Начинаем отслеживать смещение.
Звезда будет уходить вверх или вниз. Но для корректировки нужно использовать уже болты «Север/Юг». Они дают смещение по экрану вверх и вниз. В моём случае получилось так: если звезда уходит вверх, то южным болтом смещаем её также вверх.
На первых итерациях можно использовать метод «карандашей», чтобы быстрей определить нужное направление смещения.
Если бы мы не выставили фотоаппарат параллельно осям телескопа, то смещение проходило бы по диагонали, что значительно усложнило бы корректировки.
Высоту следует откорректировать так, чтобы смещение было незаметно в течении 5 минут. Такая установка позволяет получить смещение звезд по первому и 30-минутному кадров примерно до 30 пикселей. Для подавляющего большинства случаев этого будет достаточно. Но что делать, если нужна ещё большая точность?
Уходим в «отрыв» :-)
Большая точность нужна наверное только для стационаров, поскольку требует гораздо большего времени настройки — 1..2 часа.
Настройка с такой точностью выполняется аналогично, только увеличивается время отслеживания — первая итерация 15 минут, после 30 и далее 1 час. Меньшее время просто не позволяет увидеть смещения. Ещё один фактор — неточности механики монтировки — если её ход неравномерный, то это не позволит получить высокую точность. Однако, даже в этом случае можно будет увидеть смещения, которые наложатся на неточность полярки и её откорректировать.
Вначале также настраивается азимут, только звезду лучше взять чуть восточнее, чтобы она в течение наблюдения двигалась к кульминации. Включаем Live View, загоняем звезду к границе сетки и ... идём пить чай. :-) Через 15/30/60 минут возвращаемся и видим смещение, вносим корректировку. После поворачиваем телескоп на юго-запад и опять идём «гулять».
Очень важно, чтобы за это время на телескоп не было физического воздействия. Также нужно учитывать, что за такое время телескоп смещается (работает часовой механизм), поэтому высота звезды будет уменьшаться, и на неё будет всё больше сказываться рефракция. Один раз у меня звезда вообще скрылась за стенкой астробудки. :-)
Полярную ось следует выставлять с какой-то практической точностью. У меня получилось после нескольких 30-минутных наблюдений добиться смещения всего на 7px. На этих снимках уже хорошо видна неточность механики монтировки — звезды смещаются (относительно соседних кадров) в разные стороны.
Подсчёт смещений с помощью DeepSkyStacker
Для точного расчёта смещений можно воспользоваться DeepSkyStacker. Для этого добавляем в программу первый кадр и кадр через 30 минут (или другое время — это на свой вкус). После этого регистрируем звёзды как обычно, отмечаем первый кадр как опорный и выполняем «Подсчёт смещений».
В таблице будет приведено смещение в колонках «dX» (по горизонтали) и «dY» (по вертикали). В данном примере за полчаса объект сместился на 122 пикселя вверх. В горизонтальное смещение минимальное — всего 9 px.
Если смещение происходит и по горизонтали и по вертикали, то скорее всего ориентация фотоаппарата относительно телескопа выполнена под углом, поэтому смещения происходят по диагонали. Для настройки полярной оси лучше выставить их параллельно осям движения, как описано выше.
По данному снимку мы можем сказать, что звезды смещаются вверх. Если объект расположен на юге, то следует смещать его влево по кадру восточным болтом. Если на востоке, то вниз северным.
Использование DeepSkyStacker (и аналогичных программ) позволяет настраивать полярку уже не через LiveView, а просто делая снимки (с небольшой выдержкой, например 5 секунд) через промежутки времени, например 1..5 минут. В итоге получаются точные числовые значения смещений по которым уже можно скорректировать полярную ось.
Итоги
Данный метод дрейфа можно использовать с фотоаппаратом. Вот ключевые моменты.
1. Метки на монтировки позволяют быстро направлять телескоп на небесный экватор и меридиан.
2. Ориентация фотоаппарата параллельно осям исключает диагональные смещения звёзд, что упрощает их отслеживание.
3. Метод «карандашей» — наглядный способ быстро определить необходимые направления смещения и степень точности установки полярной оси.
4. Достаточно один раз создать табличку соответствий, в последующем можно мгновенно понимать какой болт монтировки следует крутить. Пример такой таблицы:
Звезда на юге. Если смещается вверх, то крутим восточный болт, смещая звезду влево по экрану. ⇪ ⇠
Звезда на западе. Если смещается вверх, то крутим южный болт, смещая звезду вверх по экрану. ⇪ ⇡
5. Настраивать полярную ось можно с любой точностью. Для хорошего результата будет достаточно 5 минут для одного направления. То есть вполне реально потратить на выставление полярки всего около получаса.
6. Оценивать смещение можно по конечному изображению, сравнивая кадры с 30 минутным промежутком.
7. Телескоп во время настройки должен иметь хорошую устойчивость, чтобы его не сбил ни порыв ветра, ни случайное прикосновение. Механика телескопа накладывает некоторые ограничения на максимальную точность полярной оси, поэтому необходимо придерживаться оптимальной точности. Нет смысла тратить час на отслеживание смещения, если монтировка имеет неравномерность хода или шаткую треногу: она собьёт настройку при первом же перекладывании трубы.
Happy aligning!