Teleskopie XIV: Jednoduché zařízení pro astrografii

1.2.2009 | Ivo Zajonc

Fotografie, které nacházejí široké využití ve všech odvětvích činnosti člověka, mají v astronomii specifické poslání. Neslouží zde jen k tomu, aby zachytily přesně a podrobně nejrůznější (často velmi rychle mizící) jevy, ale umožňují i zobrazení "neviditelných" objektů.

Každý astronom-amatér ví, že fotografický materiál je při studiu vesmíru oproti lidskému oku v určité výhodě. Zatímco oko zaznamená jen ten zdroje světla, jehož intenzita překročila práh jeho citlivosti, ve fotografické emulzi se může akumulovat malé světelné množství delší dobu, a tak vytvořit předpoklad pro vznik viditelného obrazu i v případě velmi slabých zdrojů světla. I když podobnou úlohu dnes převzali i jiné moderní prostředky založené na elektronickém principu (CCD kamery), pro amatéra zůstává v tomto směru fotografie nejpřístupnější a nejzajímavější metodou studia mnohých objektů. Platí to především o fotografickém sledování hvězd, mlhovin, komet a pod.

Mnozí amatéři pracují dnes s dalekohledy, které jsou porovnatelné s profesionálními přístroji. Pro tuto skupinu nejsou naše řádky určeny. Obracíme se zde k začátečníkům, kteří by se chtěli pokusit o astrofotografii jednoduchými (technicky i finančně nenáročnými) prostředky.

Možnosti využití stabilní fotokomory

Již jsme zmínili, že záznam slabých objektů na citlivé fotografické vrstvě nám umožní déletrvající hromadění světla, tedy delší osvětlení fotografického materiálu (delší expozici). Denní pohyb oblohy s hvězdami je však v přímém protikladu s tímto naším snažením. Když necháme uzávěrku našeho fotoaparátu otevřenou delší dobu, nezískáme bodové obrazy hvězd, ale jejich protáhlé stopy v podobě čárek nebo obloučků.

Ale i za těchto okolností můžeme běžným fotoaparátem s ohniskovou vzdáleností 50 až 80 mm a se světelností objektivu 2 až 3,5 snadno získat záznam všech hvězd, které vidíme svýma očima. Musíme si však uvědomit, že při stejně dlouhé expoziční době se nám zaznamenají tím slabší hvězdy, čím je větší světelnost objektivu (čím větší je jeho průměr v porovnání s ohniskovou vzdáleností) a čím vyšší je citlivost použitého filmu. Záleží samozřejmě i na tom, zda jsou příznivé podmínky pro viditelnost hvězd (průzračnost atmosféry, nepřítomnost rušivých zdrojů světla). Při takovýchto pokusech umístíme náš fotoaparát na stativ a namíříme ho na příslušnou oblast oblohy. Clonu přístroje celou otevřeme. Snímek budeme exponovat asi 20 sekund (u klasických fotoaparátů použijeme drátěnou spoušť - abychom dotykem ruky snímek nerozhýbali). K fotografování oblohy použijeme pokud možno co nejcitlivější film (např. 20 až 30 DIN).

Zdánlivý pohyb hvězd v oblasti nebeského rovníku způsobuje, že světelné zdroje na obloze opíší za časovou jednotku podstatně delší oblouk, než světelné zdroje v oblasti blízkých pólu. V prvním případě (hvězdy v oblasti nebeského rovníku) rychleji dochází ke změně bodového obrazu hvězdy na čárkovaný. Můžeme zde použít jen krátké expoziční doby. Naopak hvězdy v oblasti blízkých pólům můžeme exponovat déle bez toho, že by se nám jejich obraz rozmazal.

K přesnějším údajům o maximálních přípustných expozicích nám pomůže následující úvaha. Hvězda v oblasti rovníku se vlivem rotace Země (a tím působené zdánlivé rotace oblohy) posune za 1 sekundu o úhel 0,004° t.j. 15". V ohniskové rovině fotoaparátu s ohniskovou vzdáleností 50 mm odpovídá 1° na obloze 0,85 mm na citlivé vrstvě filmu. Bodový obraz hvězdy se tedy pohne za 1 sekundu v ohnisku fotoaparátu o vzdálenost 0,85 x 0,004 = 0,0034 mm. Když má mít obraz na naší fotografii přijatelnou kvalitu, neostrost negativu by neměla být větší než 0,02 až 0,05 mm. To by odpovídalo expoziční době 7 až 15 sekund. S rostoucí ohniskovou vzdáleností fotoobjektivu se bude expoziční doba poskytující snímky s přijatelnou ostrostí při nepohyblivé fotokomoře zkracovat.

Fotografujeme přes astrograf bez pointačního dalekohledu

I když snímky nepohyblivým fotoaparátem mohou být jistě zajímavé a někdy (při zaznamenání potřebných časových údajů) i cenné (registrace bolidů, polární záře a pod.), mnohem větší možnosti nám poskytne fotoaparát na paralaktické montáži. Ta umožňuje získávat obraz takových světelných zdrojů, které volným okem nevidíme. Dnešní technika dokáže v oblasti astrofotografie opravdové zázraky, tato technická vyspělost se přenáší i do sféry amatérských přístrojů. Naše následující řádky však popisují ty nejjednodušší zařízení určené hlavně začínajícím amatérům, pro jejich první pokusy, jako prostředek pro pochopení principu této práce, pro získání zkušeností a snad i předpoklad pro následné zacházení s dokonalejšími zařízeními.

Povzbuzením pro stavbu astrografu s malou paralaktickou montáží nám jistě budou následující tabulky, které informují o tom, jaké jsou možnosti různých objektivů při fotografování hvězdných objektů.

Tab. 1
Tab. 2

Podstatnou částí každé paralaktické montáže jsou dvě na sebe kolmé osy. První z nich, hodinová osa, musí mířit k nebeskému pólu a musí tedy s vodorovnou rovinou svírat úhel shodný se zeměpisnou šířkou našeho stanoviště. Aby astrograf správně fungoval, musí hodinová (polární) osa ležet v linii místního poledníku. Při sledování denního pohybu objektivu na obloze nám potom postačí, když budeme hodinovou osu pomalu a pravidelně otáčet rychlostí jedné otáčky za 24 hodin (přesněji za hvězdný den t. j. 23 h 56 min.). Druhá osa, osa deklinační, je kolmá na hodinovou osu a dovoluje nám zaměřit fotokomoru na místa v různé výšce nad a pod nebeským rovníkem.

První model jednoduchého astrografu umožňuje dostatečně přesné vedení běžných amatérských fotoaparátů s ohniskovou vzdáleností 50 až 80 mm. Na tomto zařízení máme upevněný fotopřístroj a jeho pohyb za hvězdami uskutečňujeme jemným posunem podle stupnice a regulujeme ho podle hodin.

Základem tohoto zařízení je dřevěný podstavec tvaru trojúhelníku. Vodorovná základna má obdélníkový tvar. K její zadní straně je kolmo upevněna svislá deska, která podepírá šikmou nosnou desku. Důležité je, aby tato nosná deska svírala se základnou úhel, který se rovná 30° mínus zeměpisná šířka místa. Na šikmou nosnou desku je namontovaná otočná dřevěná vidlice tvaru písmene "U", která se musí volně otáčet okolo polární osy. Na plynulosti otáčení této osy bude záležet funkce celého zařízení, proto zde podle možností použijeme i dokonalejší kovové součástky (osy v kovovém pouzdře, kuličková ložiska a pod.). Na postranních ramenech vidlice je potom upevněna kolébka ze dřeva, nebo kovového pásu. Přidržují ji dva šrouby, které pomocí matic s křidélky mohou kolébku upevnit v kterékoli poloze. Na kolébku umístíme fotoaparát a upevníme ho stativovým šroubem přes otvor v jeho základně.

Obr. 1

Na šikmé nosné desce je při okraji umístěna stupnice, která je jen malou částí kruhu rozděleného na 24 stejných dílků (24 hodin). Každý z těchto dílků je opět rozdělen na 60 částí (60 minut). Čím větší bude průměr kruhu, na jehož základě tuto stupnici zhotovíme, tím větší bude vzdálenost mezi jednotlivými délkami a tím přesnější bude vedení fotoaparátu za hvězdami. K hodinové ose, se kterou se otáčí, je pevně připojena vidlice a i kovový (nebo dřevěný) ukazovatel na konci s jehlou. Jeho upevnění je vyřešeno tak, aby se dal vždy nastavit na okraj stupnice, bez ohledu na polohu vidlice. Přitom musí být volně otočný kolem polární osy. Dalším upevněním (přitáhnutím šroubu na polární ose) však musí být umožněno, aby se s ní ukazovatel pevně spojil a aby se potom podle pohybu jeho jehly po stupnici současně otáčela i celá vidlice okolo hodinové osy.

Před začátkem expozice musíme vodováhou překontrolovat, zda je základna ve vodorovné poloze, a její boční hranu orientovat přesně ve směru místního poledníku. Ramena vidlice, a tedy i polární osa, musí potom mířit na nebeský pól. Potom obrátíme vidlici s fotoaparátem na vyhlídnutou oblast oblohy. Přitom vystačíme s přibližným určením směru, protože objektiv s ohniskovou vzdáleností 50 mm nám na obloze vykreslí plochu nejméně 32 x 24°. Potom nastavíme ukazovatel na první dílek stupnice (při prvním okraji) a jeho přitáhnutím na polární ose zabezpečíme přenos jeho pohybu na vidlici. Potom odkryjeme objektiv (otevřeme uzávěrku). Při stupnici máme připevněné hodinky se sekundovou ručičkou osvětlené tlumeným světlem. Podle pohybu sekundové ručičky posouváme jehlu ukazovatele mezi jednotlivými dílky tak, aby při skončení celé minuty byla jehla přesně na následující značce.

Snímání ukončíme tím, že rukou zakryjeme objektiv a potom uzavřeme uzávěrku.

Mnozí amatéři ještě najdou možnosti, jak popsané zařízení dále vylepšit, např. připojením přesnějšího šroubového posuvu ukazovatele a pod.

Jednoduchý astrograf s pointačním dalekohledem

Obr. 2

Pro náročnější začínající hvězdáře popíšeme ještě další model jednoduchého astrofrafu, který však už pracuje s vodícím (pointačním) dalekohledem, kterým kontrolujeme pohyb fotokomory za hvězdami. Je vhodný pro objektivy do ohniskové vzdálenosti 200 mm.

Tento typ paralaktické montáže spočívá na masivní dřevěné desce mnohoúhelníkovitého tvaru, kterou je možno podle vodováhy orientovat do vodorovné roviny pomocí tří šroubů od spodu zabezpečených maticemi (průměr šroubů 8 až 10 mm). Na jednom konci základní desky se nachází šikmý dřevěný blok, na opačné straně potom oporná deska. Mezi nimi je uložena hodinová osa přístroje. Je to dřevěný hranol 50 x 80 mm na konci opatřený kovovými čepy s průměrem 20 mm. Jeden z nich je špičatý, druhý válcovitý. Špičatý čep se otáčí v otvoru kovové destičky upevněné na šikmém dřevěném bloku, válcovitý čep se otáčí v trojúhelníkovitém zářezu (ložisku) na vrchní hraně oporné desky, do kterého je tlačen kovovou destičkou s dvěma šrouby.

Hodinová osa je uložena tak, aby s rovinou základní desky svírala úhel rovnající se zeměpisné šířce místa, takže při správné orientaci základní desky bude tato osa mířit na pól oblohy. Otáčení hodinové osy za hvězdami umožňuje rameno upevněné na válcovitém čepu při oporné desce. Pákové zařízení je napojeno na matici, která se posouvá působením otáčení dlouhý šroubu, na kterém je navlečena.

Obr. 3

Šroub se otáčí v otvorech dvou pravoúhlých konzol upevněných na základní desce. Konce šroubů jsou opatřené okrouhlými hmatníky, které umožňují otáčení šroubu v přesnějším rytmu, a tím zabezpečují pravidelný chod montáže. Pákové zařízení se k hodinové ose upevňuje tím, že lůžko páky se stáhne šroubem se širokou hlavicí. Po jejím uvolnění můžeme polární osu volně otáčet. Přes hranol hodinové osy je uprostřed provlečena deklinační osa o průměru asi 30 mm, která je kovová, a pohybuje se v ložiscích dvou kovových přírub upevněných na hodinové ose.

Obr. 4

Na spodním konci deklinační osy je pohyblivě umístěno závaží vyvažující plošinu s komorou a dalekohledem, která se nachází na opačném konci.

Aby bylo možné deklinační osu volně otáčet, ale i upevnit ji v potřebné poloze, je spojena s přírubou na hodinové ose pomocí ramene, jehož lůžko svírá aretační šroub. Druhý konec ramene je upevněn k plošině nesoucí přístroj a může být vybaven zařízením pro jemný pohyb v deklinaci. Plošina s přístroji je připevněna k deklinační ose kovovou přírubou, rozměr plošiny je přibližně 300 x 300 x 20 mm.

Obr. 5

Vodící (pointační) dalekohled, který použijeme na vedení komory při fotografování, by měl mít při ohniskové vzdálenosti objektivu komory 200 mm ohniskovou vzdálenost nejméně 600 mm a přibližně 20tinásobné zvětšení. Vyžaduje se zde přesnost vedení 30". Abychom mohli sledovat fotografovanou oblast s dostatečnou přesností, musíme zorné pole okuláru doplnit křížem z tenkých vláken, nebo skleněnou destičkou, ve které je vyrytý kříž, nebo jiná vhodná značka. Aby byly záměrné kříže a značky dobře viditelné, musíme je umístit v ohnisku okuláru, tedy tam, kde se nachází clona ohraničující jeho zorné pole. Kromě toho je osvětlujeme slabou žárovkou umístěnou v blízkosti značky, mimo osu dalekohledu. Přívod proudu by měl být regulovatelný otočným odporem, abychom mohli podle potřeby měnit intenzitu osvětlení.

Tab. 3

Před začátkem expozice musíme nejprve správně orientovat celý přístroj tak, aby základní deska byla ve vodorovné rovině, což kontrolujeme vodováhou. Hodinová osa musí ležet souběžně s místním poledníkem a musí mířit na pól oblohy. Po nastavení komory a vodícího dalekohledu do správného směru (při uvolněných ramenech hodinové a deklinační osy) si ještě vyhledáme v zorném poli dalekohledu vhodnou vodící hvězdu. Potom přitáhneme šrouby na ramenech hodinové a deklinační osy, čímž upevníme orientaci přístroje a celé plošiny ve zvoleném směru. Na vodící hvězdu nastavíme střed záměrného kříže a její obraz trochu rozostříme, protože takovýto obraz v podobě kotoučku se nám bude na středu kříže lépe sledovat. Potom si ověříme, zda se nám otáčením pohonu hodinové osy daří udržovat kotouček vodící hvězdy ve středu záměrného kříže. Když tomu tak není, astrograf je nesprávně orientovaný vzhledem na pól oblohy.

Když je vše v pořádku můžeme odkrýt objektiv a exponovat náš snímek. Kolečkem pohonu přitom otáčíme co nejrovnoměrněji.

Původní článek by publikován v Astronomické ročenke (SK) v roce 1994.

Články ze seriálu TELESKOPIE byly v minulých letech postupně uveřejňovány v Astronomické ročenke vydávané Slovenskou ústrednou hvezdárňou v Hurbanove. Děkujeme vedení tohoto ústavu za souhlas se zveřejněním těchto příspěvků na webu Jihlavské astronomické společnosti. Seriál je třeba chápat především v historických souvislostech. Mnohé informace jsou dnes již neaktuální.


Webové stránky vytvořil DUOWEB.cz