При съемке DeepSky объектов используются длинные выдержки. Чем больше выдержка, тем меньше в конечном кадре будет шума чтения (см. выбор выдержки). Естественно, во время экспозиции объект в кадре не должен сдвигаться, иначе получим смазанное изображение. Для слежения за объектом применяются автоматизированные монтировки.
Допустим, наш инструмент способен разделить две звезды на расстоянии в 1''. Значит, для раскрытия потенциала оптики, монтировка должна обеспечивать точность слежения минимум в 0.5''. Это 1/7200 градуса. Очень маленький угол. И с такой точностью должна работать механика. Любая пылинка, попавшая в механизм, приведет к значительным отклонениям. Сами шестеренки могут не обладать достаточной точностью. Подшипники могут иметь дефекты в доли микрон, которые отразятся на качестве ведения. Конечно, можно изготовить высокоточную механику. Но ценник за такое изделие будет очень большим. Как же быть? На помощь приходит технология гидирования, о чем и поговорим.
Идея гидирования достаточно проста. На телескоп устанавливается телескоп поменьше со своей собственной камерой. На дополнительную камеру постоянно делаются снимки с небольшой выдержкой (обычно, от одной до четырех секунд). Управляющий сетапом компьютер следит за позицией какой-нибудь звезды (опорная звезда) на этих кадрах. После каждого снимка рассчитываются поправки ведения и формируются корректирующие команды для монтировки (замедлить или ускорить скорость определенного двигателя). Т.е. гидирующая система пытается удерживать опорную звезду в кадре на одном месте. Таким способом можно компенсировать механические ошибки монтировки и длительное время нацеливать основной телескоп в заданное место неба.
Чтобы правильно формировать корректирующие сигналы, управляющий компьютер должен знать фокусное расстояние дополнительного телескопа, размер пикселя его камеры и координаты объекта на небе. Так же, компьютер должен знать в каком направлении и с какой амплитудой должна корректироваться скорость двигателей монтировки. Для этого изначально проводится настройка гидирующей системы - посылаются корректирующие сигналы по каждой оси монтировки и по смещению опорной звезды компьютер рассчитывает необходимые данные. К счастью, такие процессы автоматизированы и вся настройка занимает несколько минут.
Одно из условий качественной работы гидирующей системы - основной и гидирующий телескопы должны быть направлены в одно место неба. В противном случае будут дополнительные ошибки. Поэтому, в случае с дополнительным телескопом, за этим нужно следить при сборке сетапа.
Выглядит гидирующая система как-то так:
Настройка соосности основного и гидирующего телескопов может отнимать много времени, особенно с длиннофокусными телескопами. Необходимо обеспечить большую жесткость всех креплений, чтобы при поворотах монтировки эта соосность сохранялась.
Есть другая схема гидирования, лишенная необходимости точной настройки направленности телескопов. Идея в том, чтобы при помощи маленькой призмы отклонять часть света в оптическом тракте и направлять её в гидирующую камеру. Такой способ называется внеосевым гидированием. В итоге второй телескоп не нужен, а изображения с основной и гидирующей камер всегда "связаны", т.к. формируются одним телескопом.
Так эта система выглядит изнутри. Обратите внимание - призма размещена таким образом, что световой поток, попадающий на матрицу основной камеры, не перекрывается.
Внеосевое гидирование удобная штука - не нужно настраивать соосность основного и гидирующего телескопов. Есть и два минуса. Во-первых, через призму отклоняется не так много света. Из-за этого бывает сложно подобрать опорную звезду достаточной яркости. Нужно выбирать более качественную гидирующую камеру с большой чувствительностью. Во-вторых, этот узел занимает некоторое место в оптическом тракте, что следует учитывать при подборе оборудования. Например, матрица камеры должна быть размещена на строго определенном расстоянии от корректора комы (если телескоп системы Ньютона), что накладывает ограничения на возможность добавления в этот промежуток дополнительного оборудования.
Есть еще одна схема организации гидирования, которая является наиболее удобной для цветных камер. В последнее время на рынке стали появляться камеры с двумя матрицами. Одна основная, а вторая для гидирования. Очень удобно. Меньше девайсов, меньше проводов, не отбирается дополнительным узлом место в оптическом тракте. Проблемы будут возникать при использовании узкополосных фильтров - они значительно уменьшат яркость изображения на дополнительной матрице и будет еще сложнее подобрать опорную звезду. Но если используется цветная камера без таких фильтров, то схема очень даже хороша.
С оборудование разобрались. Как это выглядит при съемке? Гидирующая система настроена. Опорная звезда выбрана и идет процесс гидирования. Ниже скриншот с интерфейса ASIAIR. В перекрестии опорная звезда. Снизу график гидирования. По нему можно понять какие имеются ошибки ведения и каковы усредненные значения ошибок по осям и в сумме.
ПО для гидирования имеет всевозможные настройки. Бывает ПО с нейросетью, которая обучается в процессе гидирования и со временем точнее рассчитывает корректирующие сигналы. Вариантов много.
С какой же максимальной точностью можно организовать ведение. Тут есть предел, вызванный нашей атмосферой. Любая звезда будет колебаться из-за атмосферных флуктуаций. Существует шкала качества атмосферы для астрофото. Стабильность атмосферы можно измерить в угловом размере колебаний диска звезды (синг). В самых хороших условияй (где-нибудь в Чили в пустыне Атакама) этот параметр часто близок к 0.5''. На равнинной местности это уже 2'' - 4''. Конечно, если мы будем делать снимки с гидирующей камеры длительностью в несколько секунд, то эти колебания усреднятся. При хорошей погоде с любительским оборудованием можно добиться точности 0.2''- 0.5''. Вполне достаточно для большинства телескопов.
Обычно, в начале ночи гидирование хуже, т.к. флуктуация воздуха в приповерхностном слое земли выше. К середине ночи земля остывает и точность ведения увеличивается. Тут много факторов. Часто объектив гидирующего телескопа оборачивают грелкой для предотвращения выпадения росы. Тепловые потоки от грелки могут внести большие искажения. Следите за этим и выставляйте соответствующую потребностям мощность грелок.
А как быть, если нет управляющего компьютера? Есть девайсы и для этого. Они похожи на небольшие фотоаппараты, устанавливаемые на гидирующий телескоп. Внутри девайса есть софт, который позволяет выполнять процесс коррекции. Соответственно, управление монтировкой подключается к этому устройству. Для этого у него есть несколько типов разъемов (под разные монтировки).
Темного вам неба!