サンクラのブログ一覧

まずは、写真をご覧ください。

夜空で星が、動いているように見えますが、星は全く動いておらず、地球が北極と南極を中心にコマのように回っているため、星空が動いて見えます。

次に、北緯35度の場所では、赤道から南に55度(正式な天文用語では赤緯-55度といいます)の範囲までの空しか見えませんが、南へ1000kmの北緯27度の小笠原で見える星空の範囲は、赤緯-63度まで見えて、見ることができる星空の範囲が違うことが判っていただけましたでしょうか?

では南十字座の星ですが、四つの星で十字を形作っており、四つの星の一番下(南)の星が、赤緯-63.1度にあります。ということは、単純に考えると北緯26.9度より南に行かなければ見れないはずですが、大気による光の屈折があるため、星の浮き上がりが水平線方向では、0.4度ほどあり、北緯27.3度で、水平線に見える計算となります。
これ加えて、標高も考える必要があります。標高が100mだと0.15度南の星が見ることが出来き、標高1000mなら0.5度南の星を見ることができます。したがって仮に北緯27.8度に標高1000mの山があれば、南十字座が見ることが可能ということです。実際には海の上です。

実際の場合としては、父島のウェザーステーションは、北緯27.1度、標高約100mほどですので、計算上では、南十字座の一番南の星が、0.3度ほどの高さに見えることとなります。ちなみに太陽の直径の高さは、0.5度となりますので、それの1/2ほどの角度になります。しかし、ウェザーステーションの真南には母島があり、島影が肉眼でも見えており、微妙な関係となっています。

母島は、南へ50kmほどで、緯度とすると0.5度南になりますので、南十字星の高度とすると1度近くになる見込みです(笑)

【極軸調整の限界】
蝶番型の場合には、蝶番の動く方向の直角の延長線上に、天の北極に向ける必要があるのですが、本格的な赤道儀の場合には、極軸調整専用の小さな望遠鏡(極軸望遠鏡)があり、調整が容易になるようになっているが、簡易赤道儀にはそのような高価ものが付くはずも無いところであり(笑)、正確な極軸調整が困難であり、星の追尾誤差を生じやすい構造となってしまっている。

簡易赤道儀の極軸調整の方法としては、①蝶番の後ろ側から天の北極の側にある北極星の方向を見通して調整する。②方位磁石と角度計(分度器)を利用して合わせる。③蝶番の向きに平行に、筒状のモノを取り付けて、北極星を利用して極軸を合わせる。といったものであるが、いずれも目分量で合わせる程度となるが、この程度の調整でも、35mmなどの広角レンズで数分程度の追尾撮影なら合格点がでるだろう。

しかし、レンズの焦点距離が長くなったり、露出時間が長くなると、星が線状になるなど失敗するケースが増加する。

そこで、焦点距離の長いレンズのデジカメを簡易赤道儀に取り付けて(写真参照)本格的な天体望遠鏡の極軸望遠鏡の代りにしようとするもので、①蝶番の向きとデジカメの視野の中心を合わせる。②北極星の位置を利用して、天の北極と蝶番の向きを合わせる。という方式を行っています。

具体的には、蝶番の向きとデジカメの視野の中心を合わせるために、デジカメを上下左右に動かす機構を簡易赤道儀に取り付け(単に押しネジ、引きネジで上下、ネジを緩めて左右を調整する単純なもの)、また北極星の位置を割り出すために、極軸調整用の北極星位置早見盤を利用して、天の北極をデジカメの視野の中心とすることで、極軸調整をかなりの精度で行えるようになりました。

極軸調整の場合、三脚の雲台を上下左右に動かして行うのですが、左右は比較的重心の変化が無いのでスムーズに調整できるが、上下方向は重心の変化が大きく、細かい調整が困難なのだが、三脚の三本の足のうちの１本の下に、ネジで上下する上下調整装置が極軸調整のスピード化に貢献している。

【追尾の限界】
実は、蝶番型の限界は、10分程度のようです。
蝶番型における、229.2mm→１mm上昇＝0.25度という理論は、短時間であれば正確であるが、長時間になるほどズレが生じます(写真参照)。
ピンク色で表示してあるのネジが円周上からズレるため、蝶番から距離が229.2mmより長くなるため、1分間にピッチ1mm分の上昇では、板が1mm上昇しないため、1分で0.25度のスピードを維持できなくなる。

長時間でも追尾が出来るように、「蝶番追加型」に改良しました。蝶番追加型は、M6のネジ取付け部に、もう１枚の板(オレンジ色)を蝶番で取り付けて、長時間追尾しても１分間にピッチ1mm分の上昇で、0.25度を維持しようというものです。
 

【手動の限界】
ねじを、1分間に1周させるのを「手動」で、数分間やり続けるのは、結構しんどいです(笑)加えて、手で回すと、ムラ・ブレが生じやすいです。
そこで、モーターを利用するのですが、サンクラの過去の記事で取り上げたモーターは、①シンクロナスモーター、②DCモーター、③ステッピングモーターの三種類です。 １分間に１回転するように調整するのが、結構大変なんです。。。
①シンクロナスモーターは、家庭用の100Vを利用するもので、50Hz(東日本)、60Hz(西日本)のヘルツに同期(シンクロ)させて正確に回転させることができるモーターで、テープレコーダーなどに用いられていたようです。シンクロナスモーターは、回転方向が時計回転・反時計回転、50Hz用・60Hz用、1分間に1回転～60回転など、多種類あるが、簡易赤道儀には、「反時計回転」「50Hz」「1分間に1回転」を利用している。また家庭用の100Vを利用するため、外では利用するのが難しいのですが、クルマ用の12Vバッテリィに、12Vを100Vに変換するインバーターという装置を利用して、外でも駆動できるようにしています。 回転の精度は、このインバーターに依存していますが、サンクラのインバーターは１分につき１秒ほどの誤差があるようで。。。
②DCモーターは、模型やミニ4駆などに利用されているもので、乾電池数本で1分間に1万回転など高回転を得ることができます。簡易赤道儀は、1分間に１回転で良いわけで、回転数を落とすために、タミヤのギアボックス(歯車)を利用して、１分間で3回転ほどまで落とすことができます。まだ早いので、DCモーターコントローラという装置を使い、１分間に１回転に調整するのですが、DCモーターは、長時間使うと、モーターが発熱して、回転数が増加することと、電池が消耗することにより、電圧低下で回転数が低下することで、１分間に１回転をコンスタントに維持するのに苦労します。なお電圧低下対策としては、三端子レギュレーターというトランジスタを利用して、安定して5Vを供給するようにしているが。。。
③ステッピングモーターは、FAXやプリンターの紙送りに利用されているモーターです。シンクロナスモーターと違い乾電池で駆動が出来ること、またDCモーターと違い回転数がコントロールし易いということで、簡易赤道儀にうってつけと思い、導入したのですが、ステッピングモーターは、単純に電源を繋げば動くという訳ではなく、ステッピングモータードライブという装置を使用しないと回転しない代物です(笑)回転数がコントロールし易い筈なのでしたが、予備運転を１０分以上やらないと、１分につき数秒の誤差が生じてしまいますが、何とか可変抵抗で調整して騙し騙し駆動しています。

「極軸調整の限界」へつづく

蝶番型簡易赤道儀の基本構造は、写真のとおりです。単純です(笑)


星は、24時間で360度回転する(※)。
　※正確には、360度回転するのは23時間56分4秒ですが、判り易さから24時間として説明します。

ということは、
1時間では、15度(360度÷24時間)星が移動することになります。
ということは、
1分間では、0.25度(15度÷60分)星が移動することとなります 。

簡易赤道儀では、星の移動スピードの1分間に0.25度を、どのように正確に追いかけるかが、最大のポイントです。
正確に追いかけるために、ネジを利用しています。
ネジは、1回転させると、「おねじ」と「めねじ」の間隔が、一定で変化します。これが「ピッチ」と呼ばれています。

ネジのピッチは、JIS規格で左のとおり定められている。このピッチを利用して、星のスピードとあわせるようにしています。1分間でのピッチの移動距離を角度に置き換えようとするものです。


M6のネジを利用する場合として、設計したものがトップ画像です。1分間に1mm高くなることで、0.25度動くものです。

蝶番とネジの間隔のLの長さが最重要で、三角関数で求める必要があるのですが、面倒なので229.2mmを覚えておけば、他のネジでも応用可能です。
例えば、M5のネジを利用する場合には、229.2mm×0.8＝183.4mmとなります。

つまり、「蝶番から229.2mm」のところに、「M6ネジ」を取り付けて、「1分間に1回転」させると、ネジが回すことで上の板が「1mm」持ち上げられますので、蝶番の角度としては「0.25度」動くことになります。これで星の動くスピードと合わせられた事になります。

以上が、星を追いかける構造です。

このほか、簡易赤道儀を三脚に取り付けるナット、簡易赤道儀にカメラ(自由雲台)を取り付けるネジがあれば、蝶番型簡易赤道儀の完成です。

簡易赤道儀を三脚に取り付けて、蝶番の向きを、天の北極に向けて、自由雲台とカメラを取り付けて、撮影準備が完了です。

カメラのレンズは、焦点距離35mm程度を利用して、ISO感度を1600にして、シャッター時間を30秒にセットして、絞りをF8程度にして、明るい星が見えるほうにカメラを向けて、ピントをマニュアルにして無限遠(∞)にして、シャッターを切り、簡易赤道儀のネジを1分間に1周するように手で回してください。

たぶん、星座の写真が撮れていますよ♪

比較的簡単に撮影は出来るのですが、簡易赤道儀はガタや揺れに対して弱いので、長時間の露出や長焦点レンズでの撮影の場合には追加対策が必要です。また蝶番を天の北極に向けるのも、正確に合わせるにはそれなりの工夫が必要になります。
ここいらへんの工夫に試行錯誤を積み重ねてきたところで、次回に書かせていただきます。

ここまでは、判りましたでしょうか?

ポタ赤＝ポータブル赤道儀ということです。
ポタ赤の一例を紹介すると、写真の三脚の上に載っている白い箱が、ポータブル赤道儀でして、ナノトラッカーという商品で2万円弱で購入できるようです(たぶん現在最も安い機種です)。黒い自由雲台にミラーレスカメラと思われるカメラを搭載しています。
本格的な赤道儀と、ポタ赤と呼ばれる機種(ナノトラッカー以外にも、4万円前後の機種が多数ある)との機能の違いとしては、小型で携帯性が優れ、かつ低価格です。その代わり機能は制約を受けることとなります。制約を受ける内容としては、積載するカメラの重量は、少なくなります。このナノトラッカーの場合2Kg以下のようですが、本格的な赤道儀は、望遠鏡とは別に5Kg程度はカメラなどを搭載できるはずです。また、駆動の精度もこちらは脆弱で、極軸の調整の精度が上げ難いという面もあると思いますが、構造が本格的な赤道儀に比べると小型で脆弱なためカメラアングルによる重心のズレに対する許容量が小さく、ブレが生じやすいので、レンズの焦点距離が100mmを超えると数分しか追尾が出来ない機種が多いように思います。
しかし、焦点距離が50mm以下のレンズで、ISOを1600とかに高めて、5分程度の撮影なら、極軸調整がある程度出来ていれば、充分な能力があり、軽量であるということと相まって、徒歩でしか行けない山奥まで、携行することが容易となり、星撮影の最大重要事項である「暗い空」の地に赤道儀を持ち込むことが可能となっています。
このナノトラッカーは、どうやって星の動きを止めるかというと、白い本体の上に黒い自由雲台とカメラが載っていますが、まず自由雲台の先端を天の北極方面(赤い線)に向くように調整して(写真の場合は、右上に天の北極があるケース)、次にナノトラッカーに内蔵されているモーターで、自由雲台を星の移動スピードでクルクル回転(青い線)させています。写真の場合カメラは東の空の星を撮影している設定です。
ポータブル赤道儀には、詳細の説明は省略しますが、機種によって違いますが、地球の南半球に持って行っても使えるように、モーターが逆回転するもの、極軸調整のためにモーターを高速回転できるもの、逆にモーターを低速回転させて、地上の風景と星の両方が撮影しやくするものなど、結構多機能です。

左の写真は、ナノトラッカーで追尾撮影したもののようです(18mmレンズ、180秒、夏の天の川(牽牛と織姫星・・・ネットで拾い画像)。


では、次に本題の簡易赤道儀とは何か?
星座写真を撮影するためという基本はポタ赤と同様で、簡易赤道儀とポタ赤の定義の公式の見解はないと思いますが、サンクラのブログの中では「2枚の板を利用した自作赤道儀」とします。簡易赤道儀は、ポタ赤と同様に、ベランダとか、庭先で手軽に利用できるとともに、軽さを生かして、星の撮影旅行に適していると思います。しかし、機能的にはポタ赤にも及ばないものですが、ポタ赤以上に機能を限定して、星座撮影に特化したものだと思っています。
ネット内で見る簡易赤道儀の形式は、主に2種類だと思います。
こちらは、写真にありますように、2枚の板を「蝶番＝ちょうつがい」で上下に動くようにして、ちょうつがいの先端を「天の北極」の方向に合わせて、下からネジを回して、星の動きのスピードで板を持ち上げていくことにより、星の動きを止めようとするものです(蝶番型) 。

こちらも、主要部品は、2枚の板とネジなのですが、こちらはちょうつがいでなく、ネジで2枚の板を押さえて、ネジの先端を天の北極の方向に合わせて、横からネジで押すことにより、上の板をすべるように回転させて、星の動きを止めようとするものです(回転型) 。

「蝶番型」「回転型」どっちが良い?
サンクラは、蝶番型を主に取り組んできていますが、回転型も作ったことがあります(3号機)。
蝶番型の方が、①作るのが簡単で、工作精度を出せる。②天の北極への向きの調整が合わせやすい。③カメラの搭載が楽。と思い込んでいることによります(笑)

次回は蝶番型簡易赤道儀の説明をします。