Autoguiding i teleskop

Najszybszy i najwygodniejszy sposób na astrofotografie, które robią wrażenie. Tu dowiesz się, czego potrzebujesz.

Zdjęcia obiektów głębokiego nieba to najwyższa forma wtajemniczenia astrofotograficznego. Te obiekty o niskiej jasności musimy naświetlać nie kilka sekund, a wiele minut lub wręcz godzin. Jeśli po prostu pozwolimy montażowi na samodzielną pracę, szybko pojawią się problemy w postaci gwiazd, które na zdjęciu są nie punktami, a kreskami. W tym artykule dowiesz się, jak uzyskać idealne zdjęcia dzięki autoguidingowi.

Montaż, któremu pozwolimy pracować bez kontroli, da niepunktowe obrazy gwiazd już po 1-2 minutach. Im dłuższy czas ekspozycji, tym większy błąd odchylenia.

Idealnie śledzenie to punktowe gwiazdy. Czas naśwletlania i dokładna praca montażu były w pełni automatycznie kontrolowane i korygowane przez specjalną "kamerę nadzorującą". Takie kamery zwane są autoguiderami.

Do autoguidingu, czyli automatycznej kontroli podczas wykonywania astrofotografii, potrzebujesz następującego wyposażenia:

• teleskopu na paralaktycznym montażu GoTo ze złączem ST-4,
• kamery, która rejestruje obraz,
• kamery do autoguidingu z kablem ST-4 i USB,
• guidera pozaosiowego "off-axis" lub w postaci oddzielnej lunety.

Możliwość nr 1

Luneta guidująca w obejmach zamocowana jest równolegle do teleskopu głównego. Jak wynika ze schematu, kamera autoguidera znajduje się na końcu lunety guidującej. Jej zadaniem jest śledzenie gwiazdy prowadzącej, a w przypadku odchyłki natychmiastowe wysłanie polecenia korekty do montażu. Kamera rejestrująca obrazy mgławicy lub galaktyki podłączona jest do teleskopu głównego.

Możliwość nr 2

W tylnej części teleskopu podłączony jest guider pozaosiowy "off-axis", który za pomocą pryzmatu odchyla niewielką część zebranego światła w bok, gdzie znajduje się kamera autoguidera wprowadzająca niezbędne korekty podczas śledzenia. Kamera rejestrująca obrazy obiektów głębokiego nieba podłączona jest w osi optycznej teleskopu.

Łatwy start zapewniają kamery do autoguidingu z kablem ST-4 i złączem USB. Kabel ST-4 podłącza się do odpowiedniego portu w montażu. Kabel USB służy do połączenia z komputerem stacjonarnym lub laptopem. Obraz z kamery obejmujący gwiazdę prowadzenia wyświetlany jest na ekranie komputera. Jedyne co należy zrobić na komputerze, to wybrać gwiazdę prowadzenia i pozwolić na wspólną pracę autoguidera i montażu.

W przypadku refraktora lub teleskopu Newtona sprawdzi się Omegon MiniGuidescope 50mm lub 60mm. Autoguider Touptek oferuje wysoką czułość i mały piksel. To optymalny wybór jeśli chodzi o szybką konfigurację, łatwą obsługę i niewielką masę.

W przypadku teleskopu Schmidta-Cassegraina lub Maksutowa sprawdzi się Omegon Off-Axis-Guider #49752 i autoguider Touptek. Optyka teleskopu głównego spełnia także rolę lunety guidującej. Guider off-axis jest zawsze lepszym wyborem w przypadku teleskopu SC.

Optymalne ustawienie na biegun umożliwia standardowemu montażowi wykonywanie ekspozycji o długości około 30 sekund. Decydującym czynnikiem jest tu ogniskowa optyki podpiętej do kamery. Oprócz rozmiaru piksela, określa ona zdolność rozdzielczą. Z teleobiektywem 200mm i lustrzanką cyfrową (DSLR) możesz naświetlać 2 minuty, podczas gdy w przypadku teleskopu i ogniskowej liczonej w metrach, możliwości kończą się na kilku sekundach.

Jasne obiekty, takie jak Księżyc i planety, wymagają jedynie krótkich ekspozycji, tu wystarczy proste śledzenie. Jednak obiekty głębokiego nieba (może z wyjątkiem Mgławicy Oriona) wymagają w przypadku teleskopu kontroli śledzenia. Wymagają one ekspozycji od kilku minut do kilku godzin. Obowiązuje zasada: im dłużej, tym lepiej.

Przyczyną są szumy matrycy. Istnieją 2 rodzaje szumów: szum termiczny i szum odczytu. Szum termiczny wzrasta liniowo wraz z czasem ekspozycji. Może być on optymalizowany np. poprzez chłodzenie. Szum odczytu to zakłócenia wprowadzane przez elektronikę matrycy i kamery przy każdym odczycie sygnału. 10 zdjęć 1-minutowych da ogólnie lepszy wynik, niż jedno zdjęcie 10-minutowe. Szum odczytu można zoptymalizować tylko poprzez ekspozycje długoczasowe. W przypadku ekspozycji krótkoczasowych, szum odczytu przewyższa szum termiczny i to on decyduje o jakości.

W zależności od światłosiły, obiektu docelowego i stopnia zanieczyszczenia nieba światłem, zdjęcia wykonywane lustrzankami i bezlusterkowcami cyfrowymi naświetla się obecnie od 2 do 20 minut. W przypadku chłodzonych kamer CCD zakres dynamiki jest większy i czasy ekspozycji można wydłużać. Przy małych, słabych obiektach, dużych ogniskowych i wykorzystaniu filtrów, możliwe są ekspozycje wielogodzinne.

W zależności od konstrukcji teleskopu i potrzeb użytkownika, istnieją różne rozwiązania dotyczące śledzenia. Jeszcze kilka lat temu ekspozycje analogowe były guidowane wizualnie za pomocą okularu z krzyżem nitek. Wyższa rozdzielczość technologii cyfrowej sprawia, że obecnie jest to niemożliwe. Z reguły guiding jest cyfrowy i przejmuje go kamera do guidingu. Obok kamery fotografującej obiekt, wykorzystywana jest druga kamera, która wycelowana jest w gwiazdę prowadzącą. Ta kamera rejestruje najmniejsze odchyłki w pracy montażu i wysyła do montażu sygnał korygujący, by uniknąć trwałego błędu śledzenia.

Oprócz rozwiązań specjalistycznych, istnieją dwa rodzaje kamer do guidingu: guider PC oraz guider samodzielny. Guider PC przesyła w pętli sygnał gwiazdy prowadzącej do komputera i wysyła sygnał korygujący z komputera do montażu. Ma to kilka zalet: wybór i regulację ostrości gwiazdy prowadzącej można przeprowadzić na obrazie na żywo z komputera. Gwarantuje to optymalne trafienie w punkt ostrości. Ponadto, oprogramowanie PC oferuje wiele parametrów do optymalizacji ustawień. Niemniej jednak, nakład czasu jest niewielki, ponieważ efekt można śledzić na żywo na ekranie. Guidery PC są zwykle tańsze, ponieważ mogą obejść się bez wyświetlacza. Dodatkowym czynnikiem wpływającym na koszt jest jednak komputer. Do tego dochodzi zwiększone zapotrzebowanie na prąd i dodatkowe kable, o które można się w ciemności potknąć.

Dużą zaletą guidera samodzielnego jest niezależność sieciowa. Niestety, obsługa jest znacznie trudniejsza ze względu na brak ekranu komputera. Aby optymalnie dostroić elementy wyposażenia, należy najpierw zainwestować na to kilka nocy. Nawet doświadczeni miłośnicy astronomii często nie mogą sobie z tym poradzić. Mamy bardzo wysoki wskaźnik zwrotów tych urządzeń i dlatego nie polecamy tego rozwiązania.

Jednak jeśli masz cierpliwość i nerwy ze stali, by bawić się w optymalizowanie ustawień, dostajesz w połączeniu z lustrzanką cyfrową niezależne od sieci rozwiązanie i możesz znacznie zminimalizować wagę bagażu na czas podróży. MGEN oznaczony jest numerem produktowym 46263. Bardzo kompaktowe i przystępne cenowo, ale o raczej słabej czułości, są Synguidery Sky-Watcher/Celestron o numerach produktowych 20119 i 21927. Niedrogi jest również Smartguider LVI2 o numerze produktowym 19061. LVI i Synguidery mają szczególnie wysokie wskaźniki zwrotów. W przypadku MGEN wygląda to nieco lepiej. Za bardzo czuły uważany jest autoguider Starlight Xpress Superstar o numerze artykułu 45609.

Ogólnie rzecz biorąc, guidery samodzielne stanowią na rynku mniejszość. Guiding z PC jest tu standardem. Jest to szczególnie istotne, jeśli używamy chłodzonej kamery CCD, a komputer i tak jest potrzebny. Gama kamer do guidingu jest szeroka, wiele webcamów planetarnych wyposażonych jest także w port guidera. Dostępne są niedrogie modele ZWO, Touptek, Orion, QHYC i wielu innych producentów. Webcamy dostępne są już w cenach poniżej 200 euro, lepsze modele kosztują nieco więcej. Jeśli chciałbyś używać webcama głównie go guidingu, powinieneś wybrać wersję b/w: kamery kolorowe mają niższą czułość. W każdym razie kamera musi być wyposażona w złącze ST-4. Do tego złącza dostępny jest odpowiedni kabel o numerze artykułu 23248.

Jeśli chodzi o oprogramowanie, króluje tu darmowe PHD2. Można je bezpłatnie pobrać ze strony http://openphdguiding.org/. Oprogramowanie jest w języku angielskim, o bardzo dobrej dokumentacji.

Stabilny montaż to klucz do udanych zdjęć obiektów głębokiego nieba. Stabilność zależy od wielkości optyki. Uwaga: nośność podawana przez producentów zwykle dotyczy zastosowań wizualnych. Nośność fotograficzna jest zazwyczaj 30% do 50% niższa niż podana wartość. Ogólnie rzecz biorąc, mały, lekki teleskop daje zawsze lepsze efekty niż ogromna optyka, która chybocze się przy każdym powiewie wiatru.

Ustawienie paralaktyczne jest ważne. Montaże azymutalne nie nadają się do autoguidingu ze względu na rotację pola. Dlatego w przypadku instrumentów ustawionych na montażu widłowym należy zastosować klin biegunowy (paralaktyczny). Dodatkowo, montaż musi być wyposażony w port autoguidera. Złącze przypomina gniazdo telefoniczne lub sieciowe i zwykle oznaczone jest jako "AutoGuider" lub "ST-4". Port autoguidera jest standardem w przypadku niemal wszystkich sprzętów GoTo w cenie od około 700 euro.

Montaże paralaktyczne bez GoTo często można rozbudować. W przypadku marki Sky-Watcher dotyczy to EQ-3-2/NEQ-3 oraz EQ-5/NEQ-5, w przypadku Bressera i Omegona to Exos-2 oraz EQ-500, a także Celestron CG-4 i Orion Skyview. Upgrade do GoTo to optymalne rozwiązanie, ale kosztuje ono niemal tyle, co montaż. Rozważając markę Sky-Watcher, istnieje rozwiązanie wykorzystujące proste napędy o numerach produktowych 46067 i 46068. Przypadkiem szczególnym jest montaż mobilny Star Adventurer. Wyposażony jest on w port autoguidera, ale ,a napęd tylko w jednej osi. Przy bardzo precyzyjnym ustawieniu na biegun i ogniskowych poniżej 400mm, możliwe są do uzyskania kilkuminutowe czasy ekspozycji.

Oprogramowanie do guidingu PHD2 pracuje z dokładnością subpikselową. Dzięki temu błąd śledzenia może być skorygowany zanim będzie widoczny na obrazie. Tradycyjnie, ogniskowa optyki guidującej powinna wynosić co najmniej połowę ogniskowej teleskopu głównego. Jednak ta wartość spadła w ostatnich latach. Powodem jest coraz mniejszy piksel w kamer guidujących. W dzisiejszych modelach o rozmarze piksela jedynie 3 mikrometry, wystarcza 30% ogniskowej teleskopu głównego.

Teleskopy guidujące, dzięki coraz mniejszym pikselom, w ostatnich latach również stały się mniejsze. Obecnie dostępne są rozwiązania na stopkę szukacza o aperturze 50 do 60mm i ogniskowej poniżej 300mm. W przypadku jaśniejszych refraktorów i Newtonów o ogniskowej do 1000mm taka dokładność jest wystarczająca.

Takie proste lunety guidujące mają niewielki zakres ustawiania ostrości. Ponieważ kamery do autoguidingu mają różne odległości fokalne kołnierza (FFD), może być konieczne zamocowanie tulei. Odpowiednia będzie tuleja o numerze artykułu 33231.

W zależności od kamery, mogą być potrzebne nawet 2 tuleje. Jeśli chcesz uniknąć zabawy z tulejami, możesz od razu kupić odpowiedni zestaw.

Niedrogie lunety do guidingu mają prostą optykę Fraunhofera o dużej aberracji chromatycznej. Aby dobrze wyostrzyć gwiazdę, należy zastosować co najmniej filtr blokujący IR. Optymalny jest filtr Baader Semi-Apo, który eliminuje również niebieskie obwódki.

Lunety guidujące są bardzo dobrym rozwiązaniem dla rafraktorów. W przypadku teleskopów zwierciadłowych ich zastosowanie jest problematyczne, ponieważ przy dłuższych czasach naświetlania "pływające" zwierciadło główne może przesuwać się względem lunety guidującej. Dla zwierciadła obwiązuje zasada: kąt padania = kąt odbicia. Przesunięcie padania światła jest zatem podwójnie zauważalne. W przypadku teleskopów Newtona nie stanowi to problemu przy kilkuminutowych czasach naświetlania, ale w przypadku teleskopów Schmidta-Cassegraina i Maksutowa sytuacja jest krytyczna. Światło przechodzi przez tubus trzykrotnie, co zwiększa błędy braku osiowości. Płyta korekcyjna, zwierciadło główne i wtórne są optycznie efektywne i mogą jednocześnie prowadzić do przesunięcia. W przypadku Celestrona Edge-HD zwierciadło główne jest nieruchome i może pracować z lunetą guidującą przez co najmniej kilka minut. Producent oferuje rozwiązanie w postaci artykułu o numerze 21901. Jednak w przypadku klasycznych optyk SC i Maksutowa, wykorzystanie lunety guidującej nie jest możliwe. Tu należy skorzystać z guidera off-axis.

W przypadku systemu off-axis (pozaosiowego), optyka główna jest równocześnie optyką guidującą. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu małego pryzmatu, który odbija niewielką część światła. Pryzmat jest ruchomy, jednak często bardzo trudno jest znaleźć dostatecznie jasną gwiazdę prowadzącą. Dlatego należy użyć kamery guidującej o jak najwyższej czułości. Dobrą opinią cieszy się Lodestar marki Starlight o numerze produktowym 44835. Dużą popularnością cieszy się również Orion StarShoot Mono o numerze produktowym 46361. W teleskopach Maksutowa i SC dostępny jest duży backfokus.

Płaszczyzna ogniska kamery guidującej i kamery głównej muszą być do siebie dopasowane. Ponieważ producenci kamer stosują różne odległości fokalne kołnierza (FFD), należy tu zastosować dodatkowe tuleje. Przy każdym wydłużeniu drogi optycznej kamery głównej, ognisko kamery guidującej przesuwa się dalej na zewnątrz. W zestawie znajdują się trzy tuleje.