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2014-10-19‧天文攝影之無精度赤道儀設計以馬達為起點

2014-10-19天文攝影無精度赤道儀設計以馬達為起點
筆者追隨聖人的腳步,從小就很賤所以會做許多卑鄙的事情(論語:「吾少也賤故多能鄙事」)。
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8cm排序第一就是本格推理。



https://www.youtube.com/watch?v=W0c0pVVuThM
ドクターX ~外科医・大門未知子~ 2分PR


X  一個未知數,上面講的是未知醫生,那些是教授不會教您的事
下面要講的是未知技術,一樣也是各國教授不會教您的事
這個『不會』有很多種意思,總之就是不會就是了,請別往壞處想
要往微妙有趣的方向去想才對......

  筆者最近一直忙著試解古代天文學者感到難解的問題,雖然現代有了電腦,但是還是真的很難處理。偶而看到天文攝影的現況,就知道大家慢慢進入狀況了,甚至有人已經準備進入與天文台大型機『交流』的境界,那麼筆者也可以在閒暇之餘繼續推進研究。

 

  如果無法做到防禦性精確追蹤,星點的曝光就無法集中,雖然這個所謂的集中是指在大氣擾動的3秒角範圍之內,但是赤道儀的追蹤精度應該要在1秒角之內,而且在數位攝影的觀點來看,追蹤誤差應該遠小於一個像素,當然請別忘了筆者在這裡講的是真劍級天文攝影,不是那種『期待你的深空作品』那種消遣聯誼級,因此是指攝影焦長在3,000mm,甚至8,000mm以上的移動攝影場合。

 

  要做到這樣的精度,赤道儀極軸要完全對準(當然只有單星雙軸法可以對準,三萬分之一度算是職業級的基本度數,因為筆者是業餘但只做一次就達成, 但那是第一次也是最後一次),這樣追蹤誤差情況就變得單純多了,然後用無精度赤道儀做恆星時追蹤(不是無精度赤道儀的話,就要以0.5倍速手動修正赤經速度),其間是不容許什麼光電導星來破壞精度的,因為光電導星的動作 再小也是遠大於無精度赤道儀的新式PEC新式PEC已經是採用馬達的最極限細微動作性能),更別說還有誤判 因素,因此只要是依賴了光電導星,即使極軸對準也無法做到高精度導星。

 

  也許有人會期望赤道儀會全自動對準極軸,但那恐怕是有點困難,一般程度的機械很難做到高精度的極軸校準,若要能全自動對準極軸的機械架台,想來要比赤道儀本体昂貴許多 (請計算一下赤道儀每秒轉動多少秒角,就知道赤道儀的機械精度是遠遠做不到筆者手工三萬分之一度的水準),筆者是靠手指關節一次次敲到準確的,因此就把這當作真劍級攝影高手的極緻手工藝好了。極軸完全對準之後,就可以找一個天頂的導星來精密監控全天各處的攝野(其實極軸對準到極望精度的話,就足以在光電導星狀況下運用這個極秘絕技)

 

  無精度赤道儀的追蹤精度,主要是看馬達的控制性能極限而定,因此要達成最為完美的追蹤精度,在設計作業上,或許可以考慮以馬達的修正頻率為先決條件,接著要考慮是否適度降低齒輪的齒數和精度,這樣才能結合出世間最高精度的赤道儀。換句話說,整個赤道儀的設計可能要以馬達為先決起點,接著才決定赤道儀的大小與各處部件,也就是說赤道儀的各部位設計都要配合馬達調整,這樣精度要提升到0.5秒角以內也是有機會的(但筆者預想驅動齒輪的齒數可能要大幅增加,減速齒輪的齒數也許要適度減少)。

 

  下面這個影片就是以發動機為核心所做出來的設計,為了實現這個設計,原廠不得不採用他社(中島)的『榮』發動機(其實全机有三分之二是中島製品,而且21型與52型的榮發動機長度不同,從黑色引擎罩長度可以判斷),正因為有這個典故,才有下面影片的,所以赤道儀以馬達作為設計起點,一點都不奇怪的,覺得奇怪的才是外行人。



 


 
 https://www.youtube.com/watch?v=WzhlphFjnfo
 
第二次大戦機DVDアーカイブ「零戦と栄発動機」

 

  有些重點還是要持續強調的,首先是選擇導星的問題,恆星的導星不需要選擇視野內的恆星,像拍M42星雲時,選擇天狼星或北極星都一樣可以當作導星的(在攝影實務立場,太亮與太暗的恆星不適合用來精密導星,同時不推薦北極星,原因在於大氣擾動過大會過度誤導,而非移動量小)。因為單一極軸偏差事件對全天恆星的導星偏差是一樣的(也就是說全天每一個恆星的導星偏移的天球赤道座標方位角度都會是同步的,不能說100完全沒差,但在一般攝影期間偏差量會遠低於大氣擾動),所以沒有找不到導星的問題,真正的問題是不知道全天隨便找一個亮度適合的恆星都可以當作導星,為了科學實證還是請在氣流穩定良相時機多試一下。


  筆者既非資淺外行,也不是差不多先生,明知這一點確實違背國際坊間常識,但請趁四下無人忍著恥辱做次手工導星或光電導星就知道(筆者不具備也不會用、沒碰觸過光電導星設備故至今未做過實證,但早已有星野攝影入門同好低調證實做過光電導星實證並樂此不疲中),極軸誤差越小越有效(把北極星導入極望視野中央附近就夠了,不必精確準位,數學上的效果就足以充分成立了,但北極星導入越準確越可以減輕假極現象)。


   在相同的極軸偏差場合,無論是用天狼星或北極星做為導星,兩者都會同時呈現幾乎100%相同的情形,連筆者也無法分辨兩者差異,所以完全沒必要以視野內的暗星做為導星,也不存在有找不到導星的問題。依據下表粗估上圖的極軸偏差只有0.008度角28.8秒角請萬勿奢望強求極望每次都能做到這種失格水準),修正方向如下圖。 

 

[注意] 上圖的SPC900NC攝影機插入方向是錯誤要再順時針轉動90
赤道儀停轉時見星點由左往右就是攝影機方向正確
現在更簡單有很多便宜好用的『電子目鏡』可協助極軸校正

   (這是國二程度作圖題導出結果,全部一次方計算,免用微積分)

 

  如果可以隨意找亮星來導星,配合數位感光元件特性,這樣導星鏡組合的選擇性就寬廣許多,「窺管」就是下一次瞄準配件進化,卻也會是一次逆進化。
 

   以筆者本人技術立場來看,很多導星不佳是技術不良所致,但是卻常把責任歸咎於望遠鏡剛性不足有形變,其實曝光也就那幾分鐘而已,現代數位攝影又沒有什麼相互則不軌(又稱互換則不依)之類的問題,不如擔心風吹要好好固定約束避免晃動比較實在,大家擔心剛性問題結果望遠鏡越買越重,其實導星失敗的責任分配比重如何分配,應該還有檢討空間,當然用光電導星來敷衍也是速效方法,有了光電導星就可以把很多問題打包起來拋諸腦後。   
 

  對於官派學閥的巨大望遠鏡而言,考量望遠鏡重力形變而做離軸導星是有必要,但業餘小鏡沒有也不該面對這個顧慮,也不該把導星不良責任隨便誣賴到形變上頭,因為看相片就可以檢討出來,依據望遠鏡結構來看重力形變會有特別的方向性,誤判機率低於30%。不同的導星不良因素都有特徵可循,看相片可以稍微猜測出來各項因素孰輕孰重,故為避免誣賴情事,客觀建議先做到下面這樣自動追蹤,俾利追究有無形變。 
 

做到這個程度導星超簡單赤道儀極軸偏差是難以估計的微小
即使把大氣擾動誣賴為極軸偏差所致極軸偏差亦在0.00003度以下
用對方法第一次就可以100%做到不必碰運氣矇好運

(這是筆者第一次用單星雙軸法校正因為是初體驗故花了兩小時)
結論是準確的極軸是靠手指關節輕敲出來的自動化機械很難做到

 

   有些評估是說光電導星效果有好有壞,其實這也是有可能改善的,善於運用極軸管理技術,可以讓光電導星的工作負擔降低很多,各方因素各退一步,光電感知和運作介入效率就會提升,在北半球只要極軸微微升舉就可以,升舉的角度計算可以參考以下連結,大家只要照自己的赤道儀精度做比例增減就可以,也就是精度6.5秒角的赤道儀要升舉0.2 

 

  看到這裡會覺得一頭霧水是正常的,以上大多屬於在台灣本地多年來逐漸發展的技術,台灣以外文獻找不到是正確無誤,近三十年來在台灣大約只有幾人理解,早先在本格推理全有見解沒有隱藏,逐篇參考就可以慢慢瞭解。   
 

 

2010-04-26極軸管理理論最速實戰赤道儀卡卡

http://mypaper.pchome.com.tw/8cm/post/1320892297

2010-05-04赤道儀北端要升舉多少角度才足以消除周期誤差的減速呢?http://mypaper.pchome.com.tw/8cm/post/1320922195

精度6.5秒角的意思是周期誤差全幅13秒角,高級赤道儀要加計大氣擾動全幅3秒角,例如精度4秒角的要以5.5秒角計算(周期誤差全幅11秒)。