astrofoto

Montáž

Montáž dalekohledu je zařízení, na kterém je upevněn dalekohled a slouží k tomu, aby dalekohled mohl být při pozorování zamířen potřebným směrem, popř. aby sledoval potřebný objekt na obloze (udržoval jej v zorném poli dalekohledu). Každá montáž umožňuje pohyb dalekohledu ve dvou osách (svírajících navzájem pravý úhel) a podle jejich orientace rozeznáváme dva základní typy montáží: azimutální a ekvatoreální (paralaktická). Kvalitní montáž dalekohledu je velmi důležitá součást vybavení amatérského astronoma a její nekvalitní výroba či její poddimenzování (vzhledem k velikosti a hmotnosti použitého dalekohledu) se výrazně projeví při pozorování či fotografování oblohy.

Existuje poměrně mnoho typů montáží (či jejich modifikací), zde se však budu zabývat pouze montážemi vhodnými pro amatérskou astronomii: azimutální montáže – vidlicová azimutální, Dobsonova montáž; paralaktické montáže – německá s protizávažím, vidlicová paralaktická montáž a paralaktický stolek.

Azimutální montáže

Azimutální montáže se ve většině případů používají pro menší amatérské dalekohledy či pro větší dalekohledy sloužící k vizuálnímu pozorování hvězdné oblohy. U azimutálních montáží je jedna osa kolmá na vodorovnou rovinu (otáčením okolo této osy se mění azimut) a druhá osa (vodorovná) slouží k nastavování výšky nad obzorem. Hlavní nevýhoda azimutální montáže je v tom, že pro sledování objektu na obloze je potřeba pohybovat dalekohledem v obou osách a pokud bychom chtěli pomocí takové montáže fotografovat, museli bychom k současnému pohybu v obou osách přidat i mechanický člen (tzv. derotátor zorného pole; upevněný mezi dalekohled a fotoaparát), který by eliminoval stáčení zorného pole. Bez tohoto členu by byly na fotografiích hvězdy směrem od středu snímku zobrazeny jako stále větší obloučky (pouze hvězda ve středu fotografie by byla zobrazena jako bod. U moderních obřích dalekohledů se však většinou používají azimutální montáže (samozřejmě spolu s jakýmsi derotátorem zorného pole), kde není při použití výpočetní techniky problém pohybovat dalekohledem současně v obou osách či ještě stáčet zorné pole. Jejich výhoda oproti klasickým paralaktickým montážím (při použití u obřích dalekohledů) je hlavně v tom, že ke svému provozu potřebují podstatně méně prostoru a tudíž se ušetří spousta peněz a prostoru při stavbě obřích observatoří.

Vidlicová montáž

vidlicová_montáž Tato montáž je vhodná hlavně pro menší amatérské či přenosné dalekohledy. Tubus dalekohledu je upevněn ve vidlici, nejlépe trochu vykloněné od osy kolmé na vodorovnou rovinu z důvodu možnosti pozorovat objekty poblíž zenitu. Tato montáž má (většinou) schopnost zaaretovat (zajistit) dalekohled v potřebné pozici. Slouží k vizuálnímu pozorování (pozemnímu či noční oblohy), popř. může sloužit k fotografování krátkoohniskovými fotografickými objektivy (v řádech několika či desítek sekund; viz kapitola o metodách fotografování), nepointované expozici a nebo pro fotografování Slunce a Měsíce, kde se používají extrémně krátké expoziční časy, kdy nedojde bez pointace k rozostření fotografie v důsledku zemské rotace.

Dobsonova montáž

dobsonova_montáž Dobsonova montáž patří k nejoblíbenějším mezi amatérskými astronomy, hlavně z důvodu její snadné výroby, dostatečné stabilnosti a „komfortnosti“ používání. K její výrobě postačuje pár kousků překližky a trochu šikovné ruce (návodů na stavbu je možné najít na internetu poměrně dost). V případě, že je dalekohled dobře vyvážený, tak není potřeba žádných členů umožňujících zaaretovat dalekohled v potřebné poloze a pro pohyb dalekohledu je potřeba vynaložit velmi málo síly, kdy pro eliminování denního pohybu se pouze jednoduše pohybujme tubusem a to i při použití poměrně velkých zvětšení – i přes 200 až 300 (po získání potřebných zkušeností a u dobře vyrobených montáží). Tubus dalekohledu je ve vidlici držen pouze třením a gravitací. Tuto montáž je možné bez problémů použít i pro velké amatérské dalekohledy (o průměru objektivu-zrcadla např. 400 či 500 mm). Pokud chceme použít Dobsonovu montáž pro fotografování, tak je nutné montáž doplnit o tzv. Poncetovu plošinu, čímž se vlastně Dobsonova montáž změní na paralaktickou (jedna osa je rovnoběžná s osou rotace Země). Návod na stavbu Poncetovy plošiny je možné nalézt např. zde (v angličtině)

Ekvatoreální (paralaktické) montáže

Paralaktické montáže jsou takové montáže, které mají jednu osu (tzv. hodinovou) rovnoběžnou s osou rotace Země. To umožňuje při sledování objektu na obloze (který se pohybuje po obloze v důsledku svého denního pohybu) otáčet dalekohledem pouze kolem jedné osy (hodinové) bez nutnosti otáčení zorného pole. To očividně předurčuje paralaktické montáže pro použití v astrofotografii. Pro správnou funkci montáže, obzvláště při astrofotografii, je potřeba, aby byla paralaktická montáž dostatečně přesně ustavena, tzn. aby hodinová osa montáže byla rovnoběžná s rotační osou Země.

Německá paralaktická montáž s protizávažím

německá_paralaktická:montáž Tato montáž je zřejmě nejvhodnější a nejrozšířenější paralaktická montáž používaná v amatérské astrofotografii. Montáž tohoto typu poprvé zkonstruoval J. Fraunhofer kolem roku 1816 pro jeho heliometr a téměř ve stejné podobě se používá dodnes (pouze použité způsoby pohonu jsou jiné, princip zůstává naprosto stejný). Tato montáž je velice univerzální, protože je vhodná pro dalekohledy všech druhů, velikostí a nebo hmotností. Mezi její hlavní nevýhody patří poměrně velká hmotnost (způsobená použitím protizávaží) a nemožnost nastavit dalekohled do určitých poloh, kdy tubus dalekohledu narazí na stativ či sloup a proto je nutné povést tzv. přeložení dalekohledu (otočit kolem obou os o 180 stupňů a tím se vyhnout stativu). Je potřeba tomu věnovat náležitou pozornost hlavně při fotografování, aby se to nepřihodilo v průběhu expozice. Hodinová osa této montáže je většinou upevněná ke sloupu nebo ke stativu a je rovnoběžná s osou Země. Na hodinovou osu je kolmá deklinační osa, kdy na jedné straně táto osy je umístěn dalekohled a na druhé je závaží pro celkové vyvážení. Při přidávání různých zařízení k dalekohledu (fotoaparát, CCD kamera, …) se potřebné vyvážení dosáhne jednoduchým posunem či výměnou protizávaží. K protizávaží, a nebo místo něj, je možné umístit druhý dalekohled (např. pointační) či jiné zařízení (fotoaparát s teleobjektivem a pod.). Pro účely astrofotografie je velmi vhodné mít pohon obou os řešen pomocí motorů, nejlépe krokových. I když motorový pohon není naprosto nutný (všechny mé širokoúhlé fotografie s objektivem f-58 mm jsem pořídil s „ručním“ pohonem, kdy jsem třeba i 40 min pointoval tím způsobem, že jsem měl oko nalepené u okuláru pointačního dalekohledu a jednu ruku jsem měl na kolečku pohánějící šnek soukolí hodinové osy a neustálým „rovnoměrným“ otáčením kolečkem jsem pointoval), tak to velmi ulehčí pointování a u větších dalekohledů či teleobjektivů se to stává naprostou nutností. Německá paralaktická montáž je velmi vhodná pro použití v astrofotografii a pro vizuální pozorování oblohy je již méně vhodná, a to z důvodu, že pozorovatel musí občas v určitých polohách dalekohledu zaujímat téměř „akrobatické“ polohy (pro vizuální pozorování je obzvláště vhodná Dobsonova montáž). Výhoda německé paralaktické montáže oproti vidlicové paralaktické montáži je v tom, že je ji možné použít pro více dalekohledů.

Vidlicová paralaktická montáž

Pro dalekohledy s krátkými ohniskovými vzdálenostmi (vysoce světelné Newtony) či pro dalekohledy krátkých konstrukčních délek (třeba i dlouhoohniskové; dalekohledy typu Schmidt-Cassegrain, Maksutov-Cassegrain) je vhodná právě vidlicová paralaktická montáž. Vidlicová montáž se konstruuje pro konkrétní dalekohled a většinou je velmi stabilní, protože tubus dalekohledu je upevněn na dvou bodech. Vychází i konstrukčně lehčí, protože neobsahuje protizávaží (na samotném tubusu bývá malé posuvné závaží, které slouží pro dovyvážení při použití různého příslušenství – různé okuláry, fotoaparát, apod.). Výhoda oproti německé montáži je v tom, že dalekohled můžeme nastavit do jakékoli polohy bez nutnosti přeložení. Vidlicová montáž není vhodná pro použití s refraktory či klasickými Newtony, protože by byla potřeba vyrobit poměrně dlouhou vidlici, a tím by montáž ztratila na tuhosti.

Paralaktický stoleček

Paralaktický stoleček (někdy nazývaný "pantový stolek" je vlastně taková primitivní paralaktická montáž. Základem paralaktického stolečku jsou dvě desky, které jsou spolu spojeny pantem, kdy osa tohoto pantu je rovnoběžná s rotační osou Země. Mezi deskami je připevněn šroub, který je poháněn motorem a při otáčení tohoto šroubu dochází k vzájemnému rozevírání desek. Jedna deska je pevně připojena ke stativu a na druhé je uchycen fotoaparát. Pokud je rychlost rozevírání desek shodná s rychlostí otáčení Země, tak výsledný efekt je ten, že fotoaparát „jakoby“ sleduje hvězdy. Nejlépe vše vysvětlí obrázek: paralaktický_stolek

Paralaktický stoleček je vhodný na fotografování pomocí objektivů s ohniskovou vzdáleností 15-135 mm, v případě, že je stoleček dobře seřízen (osa pantu je rovnoběžná s osou Země) a celková konstrukce stolečku a pohonu šroubu je precizně vyrobena a je bez vůlí, tak je možné použít i objektiv s ohniskovou vzdáleností 200 mm.

Rychlost otáčení desek kolem pantu je shodná s rychlostí rotace Země, to jest jedna otočka ze jeden hvězdný den (jedna otočka za 86 164 sekund). Podle rychlosti otáčení motoru a podle stoupání použitého šroubu je nutné spočítat délku ramene otáčení, což je vzdálenost mezi středem pantu a středem šroubu. Délku tohoto ramene spočítáme podle vztahu:

R= (86 164*s)/(2*pi*t), kde s je stoupání závitu šroubu v mm a t je čas jedné jeho otáčky v sekundách.

Tak například pro motor, jehož rychlost otáčení je jedna otočka za pět minut (300 s) a stupání závitu šroubu je 2 mm, tak délka ramene vychází 91.4 mm.

Přesnost otáčení je nejlepší tehdy, pokud je úhel mezi deskami malý a se zvětšováním tohoto úhlu přesnost otáčení desek klesá. Doporučované expoziční doby pro paralaktický stoleček se pohybují v rozmezí 10-20 minut.

Pro seřízení osy pantu je nejvhodnější použití polárního hledáčku, který se umístí vedle pantu a kdy osa pantu a osa hledáčku je rovnoběžná. Také je možné použít k namíření osy pantu na světový pól různá miřidla, ale to samozřejmě již není tak přesné jako v případě použití polárního hledáčku.

Pohony os paralaktických montáží

K pohonu os montáže můžeme použít různých druhů "strojů", od svých vlastních rukou až po pohon řízený počítačem. Jedním z nejstarších pohonů osy dalekohledu je pohon řešený hodinovým strojem poháněným závažím s odstředivým regulátorem otáček (podobným jako např. v parním stroji). Ruční pohon, kdy pozorovatel otáčí šnekem šnekového soukolí (např. přes bowden, čímž dojde ke snížení přenosu chvění z ruky na montáž a tím i k zabránění roztřesení obrazu v dalekohledu) je možné použít pro vizuální pozorování či pro nenáročnou astrofotografii – přes krátkoohniskové objektivy. Pro náročnější astrofotografii lze v dnešní době použít pohon řešený pomocí různých elektromotorů. Na pohon polární osy je vhodný synchronní motor, jehož otáčky jsou závislé na frekvenci střídavého proudu a nezávislé na zatěžovacím momentu. Rotor synchronního motoru se otáčí plynule, což je zárukou velmi jemného chodu osy montáže. Nevýhodou při použití tohoto typu motoru je malý rozsah při regulaci jeho otáček, což však většinou stačí na provádění jemných pointačních korekcí. Asi nejvhodnějším druhem motorů pro pohyb os montáže jsou krokové motory. Regulace otáček krokových motorů se řeší pomocí řízení počítačem a nebo pomocí jednočipového procesoru, což se jeví jako vhodnější, protože celá elektronika pro řízení motorů (pro hodinovou i deklinační osu) se vejde do malého ovladače s tlačítky pro pohyb os. Ještě komfortnější je vyrobit ovladač ve tvaru pákového ovladače (joysticku). Nevýhodou krokových motorů je jejich „trhavý“ chod, což se musí vyřešit použitím vhodné převodovky mezi krokovým motorem a šnekem šnekového soukolí (tak aby jeden krok motoru byl menší než je reálná rozlišovací schopnost dalekohledu (ne teoretická, protože ta je hlavně vlivem seeingu většinou degradovaná na minimálně 5 úhlových vteřin).

Hlavní převod (hodinové i deklinační) osy je téměř vždy řešen pomocí ozubeného šnekového kola a šneku. Kvalita opracování tohoto soukolí je kritická a na ní je závislá přesnost a plynulost pohybu montáže. Při nekvalitní výrobě tohoto soukolí dochází k nepřesnému (nepravidelnému) chodu montáže a z tohoto důvodu je potřeba při fotografování provádět velký počet korekcí v chodu. Významným parametrem je tzv. periodická chyba šnekového soukolí, která způsobuje zpomalování a zrychlování pohybu při jeho každé otočce a je hlavně způsobena jeho „házivostí“. Periodická chyba se dá zčásti eliminovat pomocí elektronického regulátoru s funkcí PEC (periodic error correction), který mají některé z modernějších továrně vyráběných montáží (podmínkou dobré fungčnosti PEC je to, že periodická chyba šnekového soukolí musí být opravdu periodická, pokud není periodická, tak může být funkce PEC více na škodu než k užitku).

Jakou montáž pro amatéra?

Na to je relativně jednoduchá odpověď. Záleží to pouze na dvou věcech – na tom, k jakému účelu ji hodláte použít a na tom, kolik si můžete dovolit za ni utratit peněz. Na vizuální pozorování je bez diskuse nejvhodnější Dobsonova montáž (pro zrcadlové dalekohledy – Newtony). Nemá cenu investovat mnoho tisíc do paralaktické montáže, když s ní nehodláte fotit a je lepší ušetřené peníze investovat do většího Dobsona, nehledě na to, že Dobsonova montáž poskytuje podstatně větší komfort při nastavování dalekohledu do potřebného směru než paralaktická montáž. Naopak, pokud chcete fotografovat, tak se nevyhnete koupi paralaktické montáže, kdy pro klasické (dlouhé) Newtony a refraktory je nejvhodnější německá montáž a pro konstrukčně krátké dalekohledy pak paralaktická vidlicová montáž. Pro fotografování objektivy s kratšími ohniskovými vzdálenostmi (do 500 mm) postačuje, pokud má montáž motorový pohon alespoň hodinové osy, pro větší objektivy je ale potřeba motorový pohon pro obě osy. Robusnost a tuhost paralaktické montáže by měla být závislá od hmotnosti použitého dalekohledu. Dalekohled by se neměl rozkmitat, pokud do něj lehce strčíte či pokud na něj fouká středně silný vítr. Jen taková montáž vám nepřinese zklamání a měla by být zárukou, že s ní získáte kvalitní fotografie. Ovšem, počítejte s tím, že za takovou montáž, pokud si ji koupíte, zaplatíte poměrně dost peněz, často více, než kolik dáte za dalekohled, který nese. V případě, že máte možnost levného a hlavně přesného kovoobrábění, tak je jistě výhodnější si takovou montáž vyrobit sám. Dalším důležitým kritériem při výběru montáže je to, zda bude umístěna na trvalém stanovišti, či bude muset splňovat požadavek snadné přenosnosti či převoznosti.