200806290941對極軸的方法(漂移法)

對極軸的方法   

因著地球繞著它的軸心轉,在地球大氣以外天空的物體,如月亮、行星與星星,看起來像是由東方昇起,並且橫跨天空移動,然後由西方落下。

太陽、月亮、行星與所有太陽系的天體,還有星雲、星團與在我們星系中的星星,與星空中其它的星系,都會在地球自轉的因素下,遵循這個橫越星空的路徑移動方式。

德式赤道儀的架台有兩個軸,(一個是極軸,另一個是赤緯軸)來協助抵銷地球的自轉,並對準在星空中不同區域的星體。

赤道儀的極軸必須對準天球北極,此種對準極軸的過程也通常叫作"極軸校準"。這意味著要達成赤道儀的極軸與地球自轉的軸平行的目標,如此就只要用赤道儀赤經單軸的帶動,就可以大大的簡化橫越星空的天體的追縱。

 對目視而言,極軸的校準就不那麼嚴格,你可以把赤道儀就架好,然後大約的對準北極星。杜甫森式的鏡就完全不必對極軸就可以直接觀測。

 較新的微電腦動控制經緯儀望遠鏡可以藉由內建的精密數學演算法,同時移動雙軸來追縱天體。然而微電控制的經緯儀赤道儀若沒有使用昂貴與相對稀有的迴轉相場抵銷裝置時,就無法用來拍攝長時間曝光的天文攝影。

 若要更精確的校準極軸,赤道儀的極軸對準的目標,必須在方位角與仰角兩個水平面調整。方位角與指南針一致,仰角就是高於水平面的仰角角度。

 赤道儀可藉由把仰角角度調到與當地緯度一致,用指北針來對準方位角的簡單方法來校準極軸。磁北極與天北極的偏移量可以藉由公開的資源或是觀測地區的飛行員的剖視地圖來修正。

不過對於長時間曝光的深空攝影來說,特別是在偏遠地區使用機動性的配備,極軸的校準就較嚴苛些。如果赤道儀的極軸沒有精確的校準,就會產生像場迴轉的現象。在影像幅邊緣的星星就會產生以導星為中心迴轉的現象。





漂移法

 使用內建於赤道儀的極軸望遠鏡可以快速的做校準,但是對於嚴苛的長焦天文攝影來說,也許也是需要做的一項工作。

用具有暗視野照明十字線的導星目鏡,以高倍(200x)監看時,最有可能發生的情況是星點不會停留在視野中的一個確切位置,有幾個原因會發生這樣的事。

如果視相(seeing)不好的話,星點通常會看起來四處亂撞的樣子。如果視相真的很糟的話,它會在一個十分短時間的片幅中四處亂跑。

即使視相十分良好,星點也會緩慢的從它原本的位置漂移。它會因著抵消地球自轉的赤經齒輪與馬達鍊的不精確,而在東-西方向漂移。

這個現象通常與周期誤差有關,會如此稱呼是因為漂移的誤差會與渦桿齒輪的轉動周期一致。如果仔細的監視星點時,會發現星點約在1/2渦桿周期時間中往一個方向移動,然後往另一個方向移動,直到回到它原來的起始位置。這個移動通常是緩慢的,但它會依據渦桿、齒輪、元件的品質而來的不穩定誤差,而會因著有爆衝與偏移。對優良的赤道儀而言,這個周期誤差可以小到只有幾個弧秒。對普通的赤道儀而言,它可以大至許多弧分。

對長時間曝光的深空攝影者二言,這個周期誤差必需藉由導星把它消除:可以藉由使用高倍率的暗視野十字線目鏡,或是用CCD自動導星器(如SBIG的ST-4或是STV)。

 如果赤道儀沒有把極軸調準,就也會有緩慢的赤緯方向的(往南或往北)的偏移。

漂移法,是藉由高倍目鏡來監看星點在赤緯上的移動,並基於漂移的方向來調整赤道儀極軸的方法。

基於兩個觀測,需要兩個修正:一個是天頂的星用來校準赤道儀的方位角;另一個是接近東方或是西方地平線的星,用來校準赤道儀極軸的仰角。

當監看漂移時,忽略任何東-西向的移動,或是只用赤經修正東-西向的漂移。重點是不做任何南-北方向的赤緯修正,因為這個南-北方向(即赤緯的漂移)會指出該把赤道儀往那個方向調整,以達到正精確的極軸校準。





調整赤道儀的水平

雖然赤道儀的方位角平面不須完美的對好水平來達到成功的漂移法,但是在架設赤道儀時,將它的的方位角平面儘可能做好水平時,做漂移法校準就會確實變得比較容易些。如果赤道儀架設時沒有調好水平,任何在方位角或是仰角的調整,會導致另一個校準因素的誤差。

 為了改善這個通,我們想像這樣的實驗:想像一台水平方位平面沒有平行於地面(水平)的赤道儀。拿一個極端的例子來讓它容易想像,也就是想像方位角平面與地面垂直,如此的話,任何方位角的調整也都將會明顯的影響仰角的調整。如果赤道儀沒有調好水平的話,方位角在介於90度垂直於地面與平行於地面的某處。在這種情況下,任何方位角的調整將會導致仰角的誤差,只是會較輕於上面那個較極端的例子而已(即方位角平面垂直於地面)。

如果赤道儀沒有將方位角平面調為水平(且它幾乎從未完美的水平過),重覆的迭代在天頂與水平線的星星來作校準方位角與仰角的校準,一直到兩邊都可以維持5或10分鐘沒有赤緯上的漂移。不過,赤道儀的方位角平面越是調為水平,就越不需要重覆調整赤道儀的水平與方位角。

關於漂移法,它就不需要赤緯軸與極軸要精確的呈90度,鏡筒的光軸也不會需與極軸呈精確的90度。正確極軸校準的唯一的事,就是赤道儀的極軸要與地球的自軸軸平行之結果。





決定目鏡視野裡的方向

 東西方向相當於赤道儀的赤經。如果你站著面向北方,由於地球繞著它的軸由西向東轉動,星星看起來會從你的右邊,也就是東方昇起。如果你的望遠鏡以赤經方向移動,在目鏡中的星點會移向東方或是西方。

 南-北方向相當於赤道儀的赤緯。如果你以赤緯的方向移動赤道儀,在目鏡中的星點會移向北或南。

這裡有個絕對簡單來判斷目鏡中方向的方法,使用這種方法時,目鏡的定位與天頂稜鏡就無關緊要:

東-西:關掉赤經馬達,星點會漂向西邊。 

北-南:將鏡筒在赤緯方向朝北方輕推,星星將會移向目鏡中的南方。

上下方向取決於目鏡、你的頭與天頂稜鏡的定位,並且很容易讓人因此搞混。





步驟1.用天頂附近的星校準極軸方位

在漂移法中, 約在子午線與天球赤道交接處找一顆星,用高倍暗視野照明十字線目鏡監看導星狀況。此處的赤緯偏移會指示出赤道儀在方位角校準的準確度。

子午線是一個想像的線,它是從北邊的地平線上的一點,穿越頭頂上的天頂,然後到達南方地平線上的一個點。子午線的線是一條赤經的線。所有赤經的線都是南北向的,但只有子午線是唯一穿越天頂的一條線。赤經是相當於地球上的經線。

 天球赤道是一條想像的線,它是由東往西,並與天極呈90度夾角的一條線。例如,在北緯40度,天極就在距離北方地平線40度處,天球赤道是與它呈90度。天球子午線,它在北緯40度的地方,是位於北方水平面往上130度處,或是距離南方水平面50度的地方。

赤緯相當於地球的地理緯度,緯度是從距赤道北或南的角距離。

星點不需要正好在天球赤道,它可以是一個角度數為10或20左右的天球北方的星來作方位角的修正。技術上而言,因著極軸在方位角的沒有校準好的偏移與星星的赤緯度無關,但是使用一顆介於天頂與天球赤道間的星星,是最容易用來判斷極軸方位角是否有校準好的選擇。

 十字線目鏡首先必須校正好東-西方與南-北方向。用控制器以高速轉動馬達讓星點移動,並轉動目鏡,直到星點的移動與目鏡中的十字線其中一個平行,然後用以上所敘的目鏡裡的方向判斷方法,注意漂移的方向。

高倍率的目鏡會在短時間內,比低倍率的目鏡,會在短時間內指示出任何漂移,故用來監視漂移的倍率越高越好。

把星點放在導星目鏡中的十字線,並把十字線的左右方向與赤經方向平行,如此星點因著極軸的誤差而會偏向北或南,我們就監控這個漂移即可。

 星點必須觀察5-10分鐘,但是若極軸本身的誤差就很大時,在開始作漂移法的過程中,在短時間內就可以察覺到漂移。

在目鏡中赤緯軸的漂移(即漂向南或北),會顯示出要將極軸的方位角調向那一個邊。

 在子午線的修正,如果星點漂移十字線的南方,意謂著極軸的方向角太偏向東方。此時就要將赤道儀的極軸移向逆時針方向,即讓赤道儀的極軸移回西方。

如果星點漂移向北方,意謂著赤道儀極軸的方位角 是太偏向西邊,此時就必需將赤道儀的方位角順時針轉向東方。

最後,將星點移回目鏡視野中央,再重覆以上的步驟,直到5分鐘後,星點沒有任何南北方向的偏移為止。

如果赤道儀極軸偏差很大,一開始做漂移法時,就會花上很長的一段時間來調整赤道儀,使得星點在五分鐘內的漂移量保持為0。所以,要有耐心,且一開始學習漂移法時,就要有花一段不少的時間來練習,並且從中不斷精進這個技巧。

即使對漂移法很有經驗,即使也經過使用赤道儀上的極望來對(一開始已經相當接近天極)也通常會花上一個小時來得到完美的極軸校準。

注意,在赤經上的漂移可以完全被忽略。任何在赤經上的漂移,嚴格上來說,是與赤道上的馬達、周期誤差有關,而非極望的校準。




步驟2.極軸高度的修正

此時找一顆在東方高於地平線上約15-20度的星星,位於天球赤道與距離天球赤道北邊20度附近的星星。如果你有一個較寬廣視野的地平面,你甚至就不用改變你用來校準方位角星星的赤緯度,就簡單的轉動赤經,然後找一顆位於東方地平面某處的星星。

太接近於地平線的星星將會因著不同的大氣折射與不良視相,而對極軸校準有不良的影響。

在西方地平線的星星也可以使用,但是以下所給的方向就必須反向。

 再一次校準十字線目鏡的東西與南北方向,並且將星星放在東西方向,並觀察偏向南或北方的移動。

在用地平線上的星星來修正極軸的高度,如果 極軸高度太低就必需將它調高。

如果星星漂向北邊,表示極軸太高就必需將它調低。

再次將星星導入視野中央並觀察它的漂移,重覆此步驟直到5分鐘內都沒有任何的漂移。

在完成用子午線附近的星星與水平線附近的星星檢驗完極軸後,就再度回到子午線附近的星星再檢驗一次。

(注意:如果東方與西方地平線被景物遮住,也是可以藉由與北極星距離正東或正西方10-20度的星星做高度的調整)




簡略記法

結合這些修正為一個簡單的口訣

"S - E", 與 "S - L".

即 "South - East", 與 "South - Low".

如果子午線附近的星星漂向SOUTH南 (極軸太偏向) EAST東

And, 如果東方地平線附近的星漂向SOUTH (極軸太)LOW低.

所以我們可以將以上縮短為 "S - E - L",因為以上的兩個情況都是偏移向南方的情形。

這個已經結合了對赤道儀的方位角與高度的修正。在兩個情況中,你必須記住的就只是星點漂向南方的情況。明顯地,如果星點漂向北向,就往反向修正。

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