2012-10-17

赤道儀的極軸望遠鏡(polar finder) 刻度歸零與對極軸(polar alignment) /飄移法/ Pentax MS-3






updated 2019/05/29 將Pentax MS-3的刻度盤改為時角刻度盤來使用的極望歸零法/飄移法


A.跳至 極軸鏡功能簡述  
B.北極星時角對極軸(適用於各種赤道儀的最簡單的對極軸法)請參考 3 (無日期刻度盤的極望,或極望中有連接北極星與天球北極兩點的刻度線適合用此種方法)。


C.高橋北極星早見盤式極望請參考此篇。


Pentax MS-3 極軸望遠鏡(極軸鏡)的刻度盤歸零與對極軸:
先調好腳架的水平再做以下的步驟。

(1).根據原廠說明書歸零(Pentax MS-3):
*目前個人不使用原廠設定而是使用2或3,非Pentax MS-3也請見2(日期刻度盤式/北極星早見盤式極望適用),或3(北極星時角法)。

無論校正歸零或對極軸前皆須先把腳架水平調好
圖1.無論校正歸零或對極軸前皆須先把腳架水平調好。



轉動極軸(赤經軸)將極軸望遠鏡(極望)日期刻度盤上秋分點(9/23的位置,刻度上有一小圓點)對準軸體上的指標,此為歸零動作。如照片,箭頭對齊軸體中央(當轉動赤經手動微調鈕時,這個箭頭會跟著極軸望遠鏡一起轉動)即藍線,秋分點對齊箭頭即紅線。




 Pentax MS-3
圖2.


接下來即可按照觀測時間對齊刻度,極軸望遠鏡內的北極星指示會轉到相應的位置,這時再調整極軸仰角與方位將北極星引入極軸望遠鏡中的圓圈標示,便完成了對極軸的動作。

不過若是以2015年的日期來驗證,譬如查SkySafari得到2015年1月31日18時0分北極星位置正好就約在北極NCP的正上方,在極軸望遠鏡中北極星指示應該顯示為顛倒的正下方,可是實際上查看極望中的標示卻有偏差。主要是因為MS-3的極望的北極星標示使用的是2000年分點的北極星位置(而分點至今已經移動了不少),以及本地時與標準時的差距(本地經度與中央經線的差距),必須自行修正偏差。

MS-3極望中北極星的圈圈大小約5',若在不以2015年分點歸零的情況下,必須以將近45度的方向自行修正北極星的位置
圖3.前一位擁有者貼心留下的備忘,Pentax MS-3極望中北極星的圈圈大小約5',若在不以2015年分點歸零的情況下,必須以將近45度的方向自行修正北極星的位置如圖所示,10年便將近移動了圈圈的半徑距離。但這種方式要來估計2015的位置便會有些困難 。
若使用者依原廠設定使用2000年的時間來將刻度盤歸零時,2015年對極軸時應如下修正:

如果使用者不是依2015來將北極星刻度線歸零(例如這裡使用原來的2000分點)在對極軸時則需要如此修正。
圖4.  如果使用者不是依2015來將北極星刻度線歸零(例如這裡使用原來的2000分點)在對極軸時則需要如此修正。2000年當時的北極星位置與2015年同一時刻的北極星位置差距。座標為地平座標(請注意北極星的地平位置會因觀測地而異,故請根據自己的所在位置來查找星圖做歸零)  ,


Pentax Ms-3 赤道儀, 以2000年的時間歸零後,對極軸時北極星的位置應如此修正。
圖5. 以2000年的時間歸零後, 2015年對極軸時北極星的位置應如此修正。


以下將以2015年1月31日18時0分的北極星位置來校正歸零,歸零之後的北極星位置將只需沿著刻度線方向修正(詳見後述)。


(2).對照電子星圖,以現在年份的時間來將時間刻度盤歸零、對極軸(多種赤道儀皆通用)。若要使用時間刻度盤就必須先用此方法歸零:

a.因為現在的電子星圖很方便,可以立刻查出觀測所在地的當下或任何日期時間的北極星位置,所以只要以當地的坐標查出當年度北極星正好於北極NCP正上方,即時角為零(若透過極軸望遠鏡看則會呈現剛好顛倒,在北極正下方的位置)的日期時間,將刻度盤對準那個日期時間(此例是台北的標準時2015年1月31日18時0分Polaris =Alpha Ursae Minoris),skysafari星圖已自行根據觀測地(座標自動取自GPS或自行輸入)與本地時區標準時的經度差計算出本地時的實際星空。所以不用再考慮經度差。

*若是有經度修正刻度的極軸望遠鏡,建議先以中央經線來歸零。將用來查找北極星時角的極望或星圖app中的使用者所在地設在台灣時區的中央經線上的任一地點(東經120度)並將極望上的經度修正刻度復原。(避免app本身並無修正使用者所在地與中央經線的誤差)
等到極望歸零完成之後才修正經度。

以當地的坐標查出當年度北極星正好於北極NCP正上方,即時角為零(若透過極軸望遠鏡看則會呈現剛好顛倒,在北極正下方的位置)
2015年1月31日18時0分 北極星時角為0 (在天球北極的正上方)




Pentax Ms-3 赤道儀, 轉動代表時間的內環,將18時對準代表日期的外環的1月31日

圖6. 轉動代表時間的內環,將18時對準代表日期的外環的1月31日。

b.鬆開MS-3赤經軸離合器扳手,並轉動赤經軸,此時極軸望遠鏡會跟著轉動, 一直至極望刻度的北極星圓圈圖示轉到北極的正下方(因透過極望看星空會與星圖顛倒),鎖定赤經軸後便完成歸零。接著便可以開始調整實際的觀測日期時間來對極軸了。


圖7. 轉動赤經軸時極軸望遠鏡內的圖案會跟著轉動,將其轉至北極星的圈圈在正下方為止,這就是時角為零時的垂線。可以遠方的鉛垂線來校正刻度的垂直度。

Pentax Ms-3 赤道儀, 在日期環秋分點上的原點記號對準軸體外殼的地方做上新對齊標記,

圖8. 為了不每次觀測前都需做一次歸零,在日期環秋分點上的原點記號對準軸體外殼的地方做上新對齊標記(原來的標記則不用),以後對極軸只要先轉動赤經軸讓兩個記號對齊,然後鎖緊赤經軸便可開始調整日期時間。


歸零後的極軸望遠鏡刻度修正、使用方式:
對極軸時以觀測當下的日期時間來對準日時刻度盤(使用標準時即可,因為使用電子星圖歸零時即已經自動修正了觀測地的本地時/本地經度與標準時 /中央經線的北極星差距),可得到當下的正確的北極星時角(在極望中顯示會剛好與電子星圖顯示的上下左右顛倒),再調整極軸的仰角與方位,將北極星引入極軸望遠鏡中的北極星正確的分點年份刻度位置即完成對極軸的動作(由於MS-3只有2000年的圈圈,沒有歲差的刻度,所以對極軸將北極星引入時必須自行估計歲差的移動,請依以下步驟修正)。

使用現在年份(此例為2015年)的時間將極望歸零後北極星刻度需如以下修正:

此種利用星圖查觀測地實際時角的方法,歲差會沿著極望中北極星與北極(NCP)連結的刻度線上逐年向NCP靠近(但必須每年都先做如前述歸零的動作北極星的位置才會在線上),以MS-3來說,修正的距離可以2000年的北極星上中天(時角零)與該年(本例是2015年,其他年份也適用此方法修正)的北極星上中天的位置差距,依極軸望遠鏡視野的比例來估計北極星位置該從標示2000的北極星的圈圈沿線向NCP移多少(見圖9.),其他赤道儀有舊年份分點的極望也可以以此方式修正。
(如果赤道儀的極望有分點刻度,則將北極星引入正確的年份刻度位置即可。或可借助Polar Align iPhone調整見此。)




以北極星上中天的位置來修正
圖9.  以北極星上中天的位置來修正
極軸望遠鏡內的北極星刻度線針對2015年的北極星位置歸零之後,2015年的北極星在極望內的位置應該要相對於2000年分點的北極星刻度沿線向天球北極NCP移動,移動的角距離可用仰角相減約為4'05",對極軸時便可以此角距離與極望視野刻度的比例來調整北極星在刻度線上的位置。經比例計算,北極星刻度應向北極NCP移動約原來的1/11。



Pentax Ms-3 赤道儀, 使用2015年的時間歸零後,修正後的2015年北極星位於極望中的位置
圖10. 使用2015年的時間歸零後,修正後的2015年北極星位於極望中的位置。(2019年約要修正5',也就是要從刻度圈中心算起要修正剛好刻度圈的直徑距離)



如果只是一般觀測並且也不打算使用座標刻度環,那麼只需將極軸對一下北極,及調整極軸仰角成觀測地的緯度便足夠使用了,不一定要對北極星。


*(3).北極星時角法:
查北極星當下時角並配合赤經軸刻度環(或時間刻度盤)來對極軸(多種赤道儀皆通用)。

只要弄清楚自己的極望刻度的比例,在南半球對南極極軸也是可以使用時角的方式對極軸(使用接近天球南極、且以南極為中心在極望視野內的亮星來當作對極軸用的極星)。
如果你的星圖有提供天體相關的資訊與參數,請試著點擊北極星(polaris)或者搜尋北極星然後查關於它的info,就會顯示該天體的相關資訊,找到Hour Angle (時角)

圖11. 如果你的星圖有提供天體相關的資訊與參數,請試著點擊北極星(polaris)或者搜尋北極星然後查關於它的info,就會顯示該天體的相關資訊,找到Hour Angle (時角, 簡稱HA)這項就是了。

時角是赤道座標系用以量測天體位置的單位。計算方式為:以天球赤道為基準圈,天體之時角為自子午與天球赤道之交點沿天球赤道向西至該天體之時圈止。也就是天體相對於天球北極的位置(以子午線為零時角,逆時鐘方向遞增,分為24h)。HA 搭配緯度角Declination 可以指出位於天球上的任一點。

The Definition of hour angle:
the angular distance along the celestial equator from the observer's meridian to the hour circle of a given celestial body


在不考慮任何修正(譬如大氣折射)的前提下就是天體的赤經座標相對於本地恆星時的相對座標。

是故,一個天體的時角是隨著該天體的日周運動不停的變動、週而復始的。

查得一個天體當下的時角座標,我們便知道它此刻相對於正北極的方位,也可以知道它目前於天空中的大概位置(如果我們知道它在天球上的緯度的話)。

註:有的星圖的時角的標註並非標準的格式,例如 圖11 SkySafari+,以逆時鐘方向記為0~12h W(W表示在子午線西),以順時鐘方向記為0~12h E(E表示在子午線東),請自行轉換。



圖11a
PolarAlign app(圖11a) 有標示北極星的即時時角(HA),是標準 24h制的。圖中顯示的時角刻度即是使用者在極望中看到的時角方位。注意時角零 (24)在正下方,即從標準的極軸望遠鏡中看到的情況。



使用的方法:
a.先將極軸望遠鏡裡的圖示北極星位置調到北極星時角為零的位置(在NCP正上方),在極望中北極星為顛倒在正下方。
(若有歲差刻度的,請將正確的歲差之北極星位置放在正下方。)

b.接著鬆開赤經軸的刻度環,對準0h再轉緊。
赤經軸時角歸零
圖12. 赤經軸時角歸零


c.從電子星圖查到北極星時角(HA),轉動赤經軸,直到赤經軸轉到剛才查到的時角,鎖定赤經軸。

例如HA 4h 48m



因為轉動赤經軸時極望會跟著旋轉,這時極望中的北極星也就會是在正確的時角上(與實際星空顛倒)。*如果赤經軸刻度環有副尺,則時角可以調整到分的精度。(DIY副尺見此篇

如果你的刻度環會跟著赤經軸轉動則使用以下方式對準:




d. 接著便可開始調整赤道儀極軸仰角及方位,將北極星引入極望中北極星標記處便完成了極軸對準。
(如果需要自行修正歲差分點刻度,就以前面 圖9.  的方式求得中天位置北極星位移的角距離)。

高橋的EM200, EM11的極望刻度也可使用這種方式對極軸。


*如果需轉動赤經軸的角度過大會去卡到設備,可以改轉時間刻度盤,轉時間刻度盤同樣的時角值極望中的北極星刻度也會跟著轉。


也可參考 將Pentax MS-3赤道儀的刻度盤改為時角刻度盤使用的極望歸零方式 這篇文章,改為時角刻度盤來使用就不必每年校正歸零點了,只需在引入北極星時要記得修正北極星因歲差向NCP移動的分量。


*蒙氣差(大氣折射)修正:因為大氣折射的緣故,北極星看起來會比它實際的位置還高。請參考這裡,或這裡的 線上計算器 Refraction calculator 依北極星高度、壓力(百帕,即毫巴)、氣溫計算蒙氣差(台灣的氣象資料可參考氣象局)。
以前面的各種方式對完極軸後,可進一步修正蒙氣差,請以查到的蒙氣差值調降極軸仰角,也就是極望中的北極星刻度要瞄準北極星的下方(在極軸鏡內看到的北極星會下降)。



*以上查詢北極星時角並利用刻度環對極軸的方式,據經驗(在海拔約八百公左右的地方)至少應可以使MS-3的自由追蹤達到500mm望遠鏡或鏡頭 + APS-C相機(全幅等效750mm)3分鐘不拖線的精度。


4.若需要更高的追蹤精度,可在對完極軸後可再以飄移法來精修極軸,請參考此篇
赤緯飄移法修正極軸 (declination drift)




PS.
1.(2018/04/20)

目前有 Polar Scope Align Pro 這款iOS的app可以設定HA(hour angle)修正大氣折射。直接以該HA修正值對極軸(注意Dec也要修正)就不用另外再自己修正蒙氣差了。

PolarAlign 與 各版本的Skysafari Pro/Plus  的HA值都沒有修正大氣折射。

2.以上各種Pentax MS-3的刻度歸零皆不需要拆極軸望遠鏡,只是調整對極軸時赤經軸的角度而已。第三種方法最簡單。
只有要調整極望與極軸的同軸度才需要拆極望。

3.極軸鏡功能簡述:

極軸鏡的功用是要幫助使用者將赤道儀的赤經軸(對一般赤道儀來說也等於極軸鏡的軸心)對準天球北極 ,原理是使用者手動調整赤道儀赤經軸體的方位與仰角將極軸鏡的中央對準天球北極,但因為天球北極上並沒有星星可以用來對準,所以實際上必須參照位於北極附近最亮的北極星,極軸鏡內有刻畫標示出北極星相對於北極的位置(在南天對準天球南極時則用不同的參考星),使用者對極軸時是將北極星引入標示的位置。

因為北極星也是繞著天球北極轉的,所以北極星相對於北極的位置並非不變的(在放大倍率下觀察一段時間就可以明顯看出),使用者必須先調整好極軸鏡上的時間刻度環(此刻極軸鏡中的北極星刻度會跟著旋轉),將其調整為觀測當下的日期時刻(或使用時角方式調整),極軸鏡裡的北極星的標示才會是在正確的位置。

最後使用者再調整赤道儀將北極星引入極軸鏡中標示為北極星的位置,極軸鏡的中央自然也就對準了天球北極,這時赤經軸便與天球極軸平行(準確度則涉及設備本身精度與使用者的調整),當使用者開啟赤道儀電源時赤道儀的赤經軸便會與天球同步旋轉。

(註:使用者從極軸鏡內看到的成像會與裸眼目視星空時顛倒。)

2 則留言:

  1. 請問
    極軸望遠鏡時間(逆時針)及月份(順時針)刻度的標示方向原理

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    1. 您好,跟可調時間的電子星圖與星座盤原理相似,是因為恆星轉一圈的時間(恆星日)與我們日常計時用的時間(平均太陽日)是不同的,恆星轉一圈到同一個位置所花的時間(恆星日)是23時56分4.091秒,也就是同一顆星每天會早約四分鐘到同一位置。當極軸望遠鏡上的刻度轉向後一日,恆星的位置(北極星的刻度位置)與前一日的差異就是(面向北方時)逆時針轉約時角 (時角刻度一圈為24時)四分鐘,也就是轉1/360圈,北極星刻度就是這樣移動的,所以使用時間刻度盤式的極望,第一個動作就是歸零(先將北極星刻度歸位)。

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