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天爱者永恒的话题之一:对极轴

30 05月
作者: 田麦 |分类:天文资料 | 转载时间:2020年05月30日
【特别声明】 本文摘自网络,原文 作者/网站: 田麦
对极轴”是天爱者永恒的话题,无论是入门者或者老鸟,“对极轴”一直是一件大事。对初学者来说,对极轴是入门的第一关,花了不少功夫才摸着边儿。对老鸟来说,他们在观测前会时刻惦记着极轴——准些,再准些!


谈论这个话题太难了。因为对极轴以应用的器材可分为:光学极轴镜和电子极轴镜,甚至不需要极轴镜也可以对极轴。而器材和对极轴软件又是不同厂商出品的,使用方法也各异。


下面力图梳理一下与对极轴相关的话题,为尽可能地让读者获得”对极轴“技术的全貌,本文引用了其他作者的文章,特此感谢下文中提及的所有作者,感谢他们的劳动。


本文为抛砖引玉,如有错误恳请各位指正。


第一部分:基础知识


一、什么是“对极轴”(以北半球为例)
天轴:地轴的延长线叫天轴
北天极:天轴在北天球上的交点,即北半球星空旋转的虚拟中心。
极轴:因为赤道仪使用前需调整赤经轴对准北天极,故把赤道仪的赤经轴也称为“极轴”。
对极轴:通过调整赤道仪的方位角和高度角,让极轴指向北天极。
天爱者永恒的话题之一:对极轴



赤经轴在哪里?见下图中的红色虚线。运行时的重锤杆就是围绕赤经轴旋转的。
天爱者永恒的话题之一:对极轴


二、北极星在哪里?
早期对极轴需要找北极星。最快识别北极星的方法是,先找到大熊座(北斗七星),大熊座像一个勺子,只要将勺子外端的2颗星连接起来,在同一直线上延长5倍距离的亮星便是北极星。或者形象地说:将北斗七星的水勺里的水往上方泼去5倍距离便是北极星。北极星是2等星(全天排名第47亮星),附近没有比它更亮的星星了。应该是比较好认的。
天爱者永恒的话题之一:对极轴


超级快的办法是用手机星图。让手机星图受自身的平衡传感器控制,只要手机面对北方天空,对照着手机星图中显示的北极星方向看过去,眼前最亮的星点便是北极星了。


三、北极星≠北天极
对极轴时候需要“找”北极星。注意这里说的是“寻找”而不是“对准”,因为北极星的位置并不正好在北天极上,而和北天极有一段距离,这段距离用视角测算约有40角分。而月球的视角约为30角分。也就是说,在北极星和天北极之间的距离能容下一个月球还卓卓有余。如果按比例把月球放到天北极附近就像下图所示。北极星每时每刻都在距离天北极40角分的圆周上转动着,它的位置在不断地变化着,24小时转一圈。
天爱者永恒的话题之一:对极轴


四、光学极轴镜和电子极轴镜安装在哪里?


见图,在赤道仪的后部可以看到光学极轴镜的目镜端,目镜可调焦,适应不同视力的观察者。
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赤道仪前部可以看到极轴镜的物镜端。这个位置也是电子极轴镜的安装位置。
天爱者永恒的话题之一:对极轴



第二部分:对极轴的种种方法(请注意每种方法适应的不同的观测环境)


一、光学极轴镜+手机“极轴APP”
这是最高效的对极轴方法(只用于看得见北极星的环境)。这里的手机“极轴APP”来自微信小程序“天文通”。


在开始前首先看清楚赤道仪的高度角、方位角的调整螺丝,心中有数了下面就好操作了。

天爱者永恒的话题之一:对极轴  

对极轴操作步骤如下:

1、架设三脚架,利用手机指南针让三脚架的前端粗略指向北方,观察赤道仪底座上的气泡是否居中,视情况调整三脚架各个脚的高低,从而调整赤道仪底座水平。这一步十分重要。
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2、通过手机APP查询观测地的纬度,松开侧板的固定螺丝后,缓缓调节高度角螺丝,让赤道仪上的纬度指针指向当地的纬度。例如:观测地纬度25度,则让纬度指针指向25度。(目的是粗略地设定赤道仪的纬度,以方便后面进一步精调高度角)
天爱者永恒的话题之一:对极轴

3、让赤道仪处于零位(即重锤杆向正下方)的起始位置。

4、通过光学极轴镜的目镜,观察表盘中北极星的位置,同时通过调节底座上的方位角螺丝使星点左右移动,调节高度角螺丝使星点上下移动,尽力将光学极轴镜里北极星的星点套到和极轴APP上小黄点对应的位置上。套上了、重合了,就说明赤道仪的赤经轴轴心已经和天北极重合了。对极轴工作就完成了。
注意调整时一定要细心,因为只要轻轻地扭动一下螺丝,星点就会有较大的位移。

下图为艾顿赤道仪的极轴APP屏幕(为了说明北极星和天北极有相当的距离,也按比例将视角30角分的月球叠加到了表盘里,表盘上同心圆上标出的44` 40` 36`表示的是由于岁差引起变化的北极星轨道(因地轴以25800年为周期不断缓慢地进动,每年北天极在天空的位置略有差异,称为岁差),今年(2020年)北极星距离北天极40角分,在以后的年份里,北极星轨道将一年比一年地更接近北天极)
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下图为信达赤道仪的极轴APP屏幕。(右上角表示的因岁差引起北极星轨道的变化更为直观。图中可看到:2012年北极星运行在最大的园上,2016、2020、2024年……依次运行在不断缩小的园上)

不过你也可以完全不管岁差引起北极星运行轨道缩小的变化。因为“极轴APP”计算时已将此因素考虑在内。你只要看小黄点跑到哪里(包括跑到哪个圆周上),你对上了就行了。
天爱者永恒的话题之一:对极轴

天爱者永恒的话题之一:对极轴

星特朗赤道仪的极轴APP屏幕
天爱者永恒的话题之一:对极轴

5、星野赤道仪对极轴方法

6、对准极轴后,记得将赤道仪底座和三脚架的连接螺丝旋紧,同时将赤纬轴侧板的固定螺丝旋紧。

(最后提醒大家一定要注意极轴镜的初始机械安装位置:以上的所有对极轴操作,如果极轴镜的初始位置不对,则所有的极轴校准操作都是无效的。所以买到赤道仪后必须做一次极轴镜初始位置的验证或校正。如果经过目测验证,出厂前已经校正好了,便无需再校正。好在此校准只需做一次,以后就不用动了)

极轴镜初始机械位置校正方法如下:

A、艾顿赤道仪
   1)一般在出厂前,光学极轴镜已经安装好了。当赤道仪在零位时,正确的初始机械位置是,极轴镜刻度盘的十字线分别位于与地面成垂直和水平的方向上,且光学极轴镜和赤道仪是保持同轴的。没事不要松动极轴镜的固定螺丝。如果松动后,极轴镜会发生与赤道仪不同轴或十字线起始角度不对的问题,需要调整之。

   2)极轴镜安装位置的校准要点:
   让赤道仪处于零位,然后通过调整极轴镜三颗固定螺丝,同时实现2个目标:
    a、使十字线的交叉点始终在极轴镜视野的正中心(用极轴镜观察视场中心的一个点状目标,然后让赤经轴旋转180度,看目标是否始终位于中心);
    b、使十字线的初始位置分别和地面垂直和水平(通过用极轴镜观察远处楼房边缘的垂直线来鉴别)

B、信达赤道仪



二、如果只有光学极轴镜而没有手机极轴APP,那么对极轴就成了难度较高的一件技术活了。方法请参看以下文章。

(文中前面介绍的是光学极轴镜使用前初始位置的校准,后面借助日期盘和时间盘对极轴的方式适用于一些老式的赤道仪。)

三、电子极轴镜对极轴的方法(前提是视线范围需要在北天极的大约8度范围内)

1、电子极轴镜安装
先将电子极轴镜的固定环插入到赤道仪上原来光学极轴镜取走后留下的圆孔里,然后将电子极轴镜固定到固定环上。(有些设备出厂前已经装好电子极轴镜了,可跳过这步)

2、对极轴方法以及电子极轴镜初始位置校准

在已完成电子极轴镜校准的情况下先拍一张暗场,后拍天区星空,经解析后自动得出赤道仪旋转中心(十字)和天北极位置(圆点)。调整赤道仪使两者重合,对极轴完毕。)

(第一次套用模板找北极星,第二次点北极星(粗对极轴),第三次点北极星(精对极轴)让红绿小圈重合,对极轴完毕。手续略显麻烦)

五、只使用主镜的飘移法对极轴(以下众多方法均无需使用极轴镜,最终对极轴的精度也各不相同。适用于大部分的赤道仪使用)

1、手工方式漂移法对极轴
如果在阳台上只能看见东方(或西方)天空的,可用以下办法对极轴。精度略低。
(适用于阳台上的特殊情况,需要看得见东方或西方的天空。)

2、一般情况下手工漂移对极轴
(打开赤道仪跟踪。第一步调方位角,在头顶子午线和天赤道交点附近找一颗亮星,用目镜观察这颗亮星的位移,调整赤道仪的方位角,让这颗星在目镜十字线上不要上下移动而居中,方位角便调好了。第二步调仰角,在正东方(或正西方)地平线上面的位置找一颗亮星,调整赤道仪的高度角,让这颗星在目镜十字线上不要上下移动而居中,仰角便调好了。以上两步反复几次,极轴就对好了)

3、星特朗 All-Star全天体极轴校准法:(为提高极轴精度反而建议避开北天极附近天区——不要对北极星!)
(首先对望远镜完成两星校准,对齐子午线另一边附近的校准星,在手柄Nexstar数据库中选择一颗亮星,望远镜转动至亮星。按Align键,从菜单中选择极轴校准——校准机座。望远镜将重新转到校准星,并要求将天体校准到目镜视野中心。通过赤道仪高度角和方位角的调节,使星体位于目镜视场中心后再按Align键,对极轴即完成。操作比较繁复,对入门者来说难度较大)

4、SharpCap3.0对极轴法
(进入程序后的第一步,相机会拍摄一张天区照片并自动解析得出北天极和北极星位置。第二步自动让赤道仪赤经轴旋转90度,然后自动计算出赤道仪的赤经轴指向在天区中的位置,并用虚线指出北极星需要移动到的位置小圆圈。第三步调整赤道仪的高度角和方位角,让北极星进入小圆圈。对极轴完毕。)

5、PHD2对极轴法
PHD2提供了三种对极轴方法:1、Drift Align漂移法对极轴【精度最高】,2、Polar Drift Align北天极周边漂移法对极轴【速度最快】,3、Static Polar Align静态对极轴【精度较低】 )

6、MDL对极轴

7、SkyX对极轴
(应用EasyPoleAlign小程序对极轴)

8、各种机载电脑盒子对极轴
   
1)Asiair pro 盒子
用此盒子对极轴的操作,我认为属于目前各种手段中最直观、速度最快和最无脑的方法。

第一步,面对北方拍一张照片,程序几秒内会自动解析星图后得出北天极位置。然后自动让赤道仪赤经轴转动60度,拍图解析后得出赤道仪极轴位置。第二步,程序让主镜的相机以0.5幁/秒速度连续拍摄,屏幕中将实时不断地呈现标示赤经轴位置的小黄圈,只要按照屏幕右上角箭头显示的方向去调整赤道仪高度角和方位角,将赤经轴小黄圈移动到十字线中心(天北极)即可。总偏差大约在2角分以内极轴便算基本对准了。(图中已经做到了2角秒)
天爱者永恒的话题之一:对极轴

2)stellar mate盒子
内部使用Ekos系统。首先拍照第一张照片,然后使赤纬轴每次旋转30度拍一张照片,共旋转2次,获得3张照片。这3张照片经解析运算后构造了一个园,因而获得了赤道仪当时极轴中心的位置。然后调整赤道仪的高度角和方位角,程序同时不断刷新照片让你观察调整后的赤道仪极轴园的位置,直到让赤经轴中心移到北天极。最终可以让极轴的RMS在1~2角秒的总偏差范围内。
天爱者永恒的话题之一:对极轴

六、如何检查极轴是否对准了天北极
打开赤道仪电源,让主镜对准一个星点目标,开启跟踪,通过拍摄星点图片,观察星点能坚持多少分钟不拖线。一般的赤道仪在不开启导星镜导星的前提下,能坚持2~3分钟或更长时间,星点也不发生明显的拖线。如果不行,再重新对一次极轴。每次完成后都要检查各个该旋紧的螺丝是否紧固了。如此反复多次,直到极轴对准为止。

七、注意事项:
1、在初始的校准后,不要随意变动光学极轴镜和电子极轴镜的初始机械安装位置
2、极轴调好后,千万要检查各个固定螺丝是否扭紧了。
3、三脚架不要放置到松软的土地上,人走动时小心不要碰触三脚架。以保证拍摄期间的极轴不发生变动。


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标签:对极轴 极轴镜
据说无dither不拍星,您dither了吗? 天爱者永恒的话题之二:调平衡

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