タイムカプセル企画その③「天体望遠鏡の選び方②」

天気が悪い夜に進めている、過去のHPの記事をサルベージする遊び。

今回は「天体望遠鏡の選び方②」として書いていた架台関連のお話です。

例によって、20世紀の記事なのでご覧になる際はタイムカプセル感覚でお願いします。

２．架台について

　

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２－１．経緯台と赤道儀はどう違う？

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望遠鏡を載せる架台としては、大きく分けて「経緯台」と「赤道儀」の２種類があります。一般的なカメラ用の三脚や、地上用望遠鏡の架台としては経緯台、天体写真を撮影するための架台としては赤道儀が使われます。

経緯台と赤道儀、両者の一番の違いはその動かし方にあります。経緯台が上下・左右に動くのに対し、赤道儀は東西・南北に動くように設計されています。　

＜経緯台の動き＞

＜赤道儀の動き＞

アマチュア用の経緯台と赤道儀の特徴をまとめると、おおよそ次のようになります。（例外はあります）

総じて、天体観測用には赤道儀の方が向いています。長時間観測しても天体が視野から逃げないこと、天体写真撮影が可能なことの２点がその理由です。プロ用の望遠鏡（大型天文台など）には、経緯台を採用しているところも多いのですが、これは、コンピュータによる高度な自動制御を行い、経緯台の欠点をカバーしているためです。

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２－２．モータードライブって？

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赤道儀の一番の魅力は、天体を自動追尾できることでしょう。経緯台で天体観測をするとわかりますが、せっかく視野の中に入れた天体はあっという間に視野から逃げてしまいます。地球の自転により全ての天体は東から西に動いて見えるのですから当然です。しかも、たとえば倍率１００倍の望遠鏡を使っているなら、天体が動くスピードも１００倍になりますから、追いかけるのは大変です。

さて、天体は、北極星を中心として約２４時間で１周しています。そこで、望遠鏡も北極星を中心として約２４時間で１回転するように駆動すれば自動で天体を追尾することができるはずです。この、望遠鏡を動かすモーターのことをモータードライブもしくは略してモードラと呼びます。モータードライブには、時計などに使われるクオーツを内蔵した「ステッピングモーター」がよく使われます。正確な回転速度を得るためです。

最近では、赤道儀にはじめからモーターが内蔵されている機種も増えてきました。また、本来、経緯台は天体の追尾は不可能なものですが、最近は、特殊なコンピュータを内蔵することで、自動追尾ができるようになった経緯台も販売されています。

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２－３．自動追尾は完璧？

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天体写真を撮影するには、カメラのシャッターが開いている間正確に天体を追尾することが必要です。
当然、モータードライブ付きの赤道儀で追尾することになります。

モータードライブがまだ高価であった時代には、望遠鏡をもう１本用意し、写真を撮っている間その監視用の望遠鏡（ガイドスコープと呼びます）で天体を監視しながら手で微動ねじをゆっくり回しながら追尾するという「手動ガイド」が主流でした。私も子供の頃に経験がありますが、肉体的にも精神的にも大変負担の多い方法で、おすすめできません。

さて、モータードライブを使った赤道儀があれば、完璧に天体の追尾ができるのでしょうか？答えは、残念ながら「Ｎｏ」です。ここで、私が中学生の時に初めて撮影した射手座の散光星雲Ｍ８をご覧ください。生まれて初めてモータードライブを手に入れ、「楽勝で撮影できる！」と喜び勇んで望んだショットなのですが・・・。

ごらんの通り、悲惨な結果です。
当時の私の落胆は大変なものでした。なにしろ、望遠鏡本体のほかに、天体写真を撮るために三脚２万円・赤道儀５万円・モータードライブ２万円もの大金をはたいたのです。それで、追尾できませんでは話が違います。

ところで、焦点距離１５００mmという「満月が画面いっぱいに写るほどの超望遠レンズ」で１５分もの長時間露光したのですから、追尾できていないなら、画面を横切る線が写っているだけのはずです。つまり、この写真を見る限りちゃんと追尾はしてくれているのですが、追尾エラーが少し残っているのです。

では、この追尾エラーを詳しく見てみましょう。

どうやら、ジグザグの追尾エラーが出てしまったようです。なぜ、ジグザグのエラーになったのでしょうか？実は、性質の異なる２種類のエラーが重なっていたのです。

＜エラー１＞

上の図で南から北へズレる動き

※赤道儀の使用ミスによるエラー

＜エラー２＞

上の図で東西に往復する動き

※赤道儀の性能限界によるエラー

さて、これらのエラーのうち、南から北への一方的なズレは、極軸設定のミスによるエラーです。
前述のように、赤道儀で正確に追尾するには、赤道儀の回転軸（極軸といいます）を正確に地球の自転軸と一致させねばなりません。もし、ここで設定不足があると、下記のように天体の動きと赤道儀の動きに違いが出るため時間とともにズレが生じるのは当然です。

このエラーは深刻なものではありません。早い話が、慎重に設置をして、正確な極軸あわせをすればよいだけなのです。これは明らかにユーザーの責任です。

ところが、東西に往復運動をするようなエラーは深刻です。この現象はピリオディックモーションと呼ばれており、赤道儀の加工精度不足による、いわば「自動追尾限界」ともいうべきものです。原因は、赤道儀の中心部であるウォームネジが正確に円ではなくほんの少し楕円形にひずんでいるために回転速度にムラが生じることにあります。そのため、ウオームネジが一回転するごとに進み遅れが「必ず」生じてしまうのです。

これを防ぐのは原理的に無理なので、実際の撮影ではガイドスコープで星を監視して進み遅れにあわせてモーターを倍速にしたり一時的にストップしたりして回転速度を調整してやるしかありません。このような撮影法を「半自動ガイド」と呼びます。この技術の習得により（かなり疲れますが）安価なシステムでもほぼ満足のいく撮影が可能です。

※同じ機材を用いて「半自動ガイド」を行った例

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２－４．高い赤道儀はどこが違う？

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　もうおわかりのことと思いますが、高級な赤道儀は前述のピリオディックモーションが少ないのです。メーカー公称値を信用するとすると、たとえば、標準価格４６万円のビクセン－アトラクス（旧版）は、先ほどの作例をとったミザールAR-1（５万円）のたった１／１０のピリオディックモーションしかないようです。ここまで高精度ならば（極軸あわせさえ細心の注意を払えば）、先ほどの写真上でもジグザグ上の追尾エラーは見られないでしょう。

ちなみに、高価な赤道儀にはもう一つ理由があります。それは「剛性」（頑丈さ）です。大きな望遠鏡になるほどその本体重量が増すので、当然大きな赤道儀に載せる必要があります。また、剛性のある赤道儀は、風の強い夜でも比較的ぶれが少なくなるという利点も見逃せません。また、なかにはコンピューター制御用の特殊な構造を持つ赤道儀もありますが、このような高機能な赤道儀も当然高価になります。

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２－５．夢の自動導入！

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世界中の地名が緯度と経度で決められるように、あらゆる天体はその位置が赤経・赤緯という一種の座標で表すことができます。そこで、現在の日時と観測地から逆算して目標の天体が今どのあたりに見えているのかを求めることができます。いわば超高精度の星座早見版のようなものです。望遠鏡が向いている方向と目標天体との角度差を計算して目標天体まで自動的に望遠鏡を駆動してくれる機能を「自動導入」と呼びます。

最近、この機能を使って、天体をスイッチポンで自動的に導入してくれる架台が人気です。１９８０年代にビクセンから発売されたマイコンスカイセンサーが自動導入赤道儀の先駆けとなりましたが、当時のものは導入スピードも導入制精度も十分とはいえませんでした。最近では、まさにロボットのように高速な導入が可能な製品が手に入ります。これならば、天体の位置を知らない人でも、希望の天体を次から次へと観察することができます。

また、経緯台でありながら、コンピュータ制御によって自動導入と追尾を実現してしまった意欲的な製品も販売されています。全く便利な時代になったものです。

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２－６．夢のオートガイド！

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ピリオディックモーションのほとんどない優秀な赤道儀は恐ろしく高価です。そこで、最近は安価な赤道儀に監視用のccdカメラなどを同架して、追尾のズレをモーターに伝えて修正させるという「オートガイダー」がはやっています。半自動ガイドで人間がやっていたことを赤道儀自身にやらせるという発想です。ただし、オートガイダー自体、赤道儀がもう１台買えるほど高価ですので、おいそれとは買えません。

もっとも、長焦点で何時間も露光するという撮影では人間の手による半自動ガイドは不可能に近いので、オートガイダーに頼らざるを得ないでしょう。

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２－７．あぷらなーとの場合

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中学時代から愛用してきたAR-1は残念ながら十分な追尾精度を持った赤道儀ではありませんでした。ただし、気合いで半自動ガイドすれば実用になります。現在の愛機であるビクセンGP-Dは、AR-1とは比べものにならないほど高精度で、３分程度の露光なら８００mm直焦点でも完全にノータッチガイドが可能です。また、スカイセンサー２０００ＰＣを接続して自動導入ができるようにしていますが、バックラッシュ（ギアの摩耗を防ぐために設置されたガタの一種）の影響で、なかなか高精度な導入ができていません。今後はこの調整が課題となっています。

※DP-D赤道儀で自動導入を可能にするスカイセンサー2000PC

その後、newATLUX赤道儀を入手し、現在調整中。
昔、あぷらなーとが半自動ガイドをしていた頃とは全く別の着眼点・ノウハウが必要とされているようで、なかなか思うようには動作してくれません。

－－－サルベージここまで－－－

ああ、時代を感じますね。

オートガイダーは安くなったし、自動導入の赤道儀も信じられないほど入手しやすくなりました。

それに、そもそもあぷらなーとが得意とする「短時間露光・多数枚コンポジット」だと、そもそもピリオディックモーションが無視できるので、ノータッチガイドで大丈夫な訳ですねぇ。

などと、ノスタルジーに浸っている場合ではない。

三連装アクロマート『ギルガメッシュ』が初戦で大勝利をおさめたことにより、「アクロマートの逆襲」プロジェクトは成功した。

お次は・・・・

「経緯台の逆襲」プロジェクト

いよいよ発動ですかな？？

ふははは。

先日生えてきた時点で、

すでにシミュレーションは完了しておるわッ！！