人間的詩學 Poetics in Life : 赤緯漂移法修正極軸（declination drift, 使用M-GEN自動導星器輔助）

2019-06-02

赤緯漂移法修正極軸（declination drift, 使用M-GEN自動導星器輔助）

updated 2019/05/30 將Pentax MS-3 赤道儀極望刻度盤改為時角盤使用

（一）對極軸/校正極軸望遠鏡

注意：在觀測/拍攝地點組裝赤道儀時必須先將腳架校正至水平（在稍後進行赤緯漂移修正時才會比較容易），然後用一般的極軸望遠鏡方法對一次極軸，對完極軸才進行赤緯漂移法修正極軸。

如果你的極軸望遠鏡跟我的Pentax MS-3 一樣過期了，請先在家裡參考此篇做校正，或可參考我最新使用的設置法，將MS-3的極軸望遠鏡的刻度盤改作時角 hour angle刻度盤（時角盤），並設定北極星時角為零時的刻度盤/赤經歸零點，設置方法如下(Pentax MS-3)：

1. 架好赤道儀，腳架需水平。

2. 將極軸望遠鏡上的時間刻度盤的0的位置對準日期刻度盤上的秋分點位置（這日期刻度上方有個小圓點標記，這裡純粹只是因為這標記方便用來對齊，若您要選其他日期做對齊點也是可行）

3.鬆開赤經軸離合器，一邊觀察極望中的北極星刻度一邊轉動赤經軸，直到北極星的刻度線筆直向下（可將遠方建築物牆壁當作鉛錘線參考），鎖緊赤經軸。小圓圈位置即是北極星時角為零時的位置，在天球北極點的正上方，在極望中顯示則為顛倒像，在NCP(極望中央刻度)正下方。

4.在赤經軸上找地方做標記，我是在赤緯體的極軸孔下方貼上水平泡。

將來對極軸時的步驟就是:

1.歸零：轉動赤經軸至水平泡呈現水平的位置，鎖緊，然後將時間盤的時間0對準秋分點（後面這個時間0對準秋分點的動作可做可不做，只要記住時角對齊點在秋分點就可以了）。

2.從手機APP查詢北極星時角HA(hour angle，標準24h制)，並轉動極望的時間盤至相應的時角對準秋分點（當轉動時間盤時極望中的北極星刻度會跟著轉動）：譬如假設當下北極星的時角為8h，就轉動時間盤將8h對準秋分點，這時極望中的北極星圈圈就會在時角為8h的位置。

3.調整極軸將北極星放入極望裡的刻度位置：須注意因為這隻極軸鏡的分點是2000年的，所以2019年北極星的位置不會在圈圈內，使用者對極軸時需自行修正北極星的歲差在於垂線上的分量，以這個舊的2000分點的極軸刻度而言，現在2019年北極星與NCP的距離，應該是從目前這個圓圈的中央沿著刻度線向北極NCP靠近約5'，將來對極軸時請目視將北極星放在這個點上（圓圈的直徑大小剛好是5'，可以拿來參考）。

當北極星時角為零時在天空中的仰角

4.修正蒙氣差 (台北約 2')。

（二）進行赤緯飄移之前的準備工作

赤緯飄移法的目的是修正極軸的誤差（方位、仰角），以縮小當赤道儀進行恆星時追蹤時產生的誤差的赤緯方向的偏移分量到接近零（可容許的範圍內）。然後便可以使用單軸自動導星（赤經軸導星）來靠導星器（這裡是MGEN）來輸入正、逆轉的訊號至MS-3的控制器（已改有導星線端子，可接受導星訊號），控制赤經馬達前進或後退（在MS-3是停止）去修正恆星時追蹤時的赤經方向的誤差 (譬如齒輪的週期誤差PEC)。很適合具有單軸導星端子的赤道儀或攝星儀運用。

事先的準備工作，以MS-3為例：

1.先確認你的赤道儀的方位、仰角調整旋鈕的轉動角度相對於極望實際的移動量。

架好赤道儀後，校好腳架水平，大概調整好極軸仰角，將極望時角歸零（如前面提到的步驟）。

2.從極軸鏡內尋找北極星，並將北極星移到圓圈刻度的左邊分點（Quadrant），然後在赤道儀的極軸調整鈕附近的本體上的某特徵處作為參考點，在調整鈕畫一條線。接著一邊緩緩調整極軸方位ㄧ邊觀察極望中的北極星的移動，當北極星移到右側的分點時停止。接著以同樣的特徵處作為參考點，在調整鈕上劃第二條線。

這兩線的之間的轉動角度（經測量約30度）即對應5'的極軸方位移動量（請注意這只是個大概，因為調整螺栓是以直線前進推動赤道儀本體旋轉），因為MS-3的北極星刻度圈直徑大小是5'，如果是他廠的極軸鏡，可用分點位置作為參考（2000年刻度至2019刻度的緯度分量直線距離約5'）。

接著換測量仰角調整鈕，用同樣的方法，將北極星引至下方分點，在仰角調整旋鈕上劃一條線，然後調整仰角直到北極星移到了上方分點，在旋鈕上劃另一條線，這樣的仰角移動量即是5'，經測量旋鈕上兩條線的角度也大約是30度。

將來再做赤緯漂移時請以這個值作為參考來轉動旋鈕，請一次轉少一點，寧可多分幾次修正（建議一次修正1/2），根據個人經驗，根據MGEN提供的修正量來計算轉動的角度，經常轉動後會發現轉過頭，尤其是方位調整鈕。

另外，請注意方位調整旋鈕的轉動方向與赤道儀本體極軸轉動的方向的對應關係，因為對極軸時通常都是望著極軸鏡中的北極星一邊調整，很少會注意到它們的對應關係，在進行飄移修正時，無論是要參考著MGEN的LV畫面或看著旋鈕來直接調整，很容易一時搞混方向，修正到錯誤的方向可是一下子會差很多的。

以MS-3的機構繪圖做範例，當使用者面向北極，將右手邊的極軸方位調整旋鈕以順時針轉動時，赤道儀的本體/極軸是朝著右手邊的方向轉動的。因為旋鈕的螺栓向前頂到固定於底座上的圓柱後再轉動時，移動的是赤道儀本體。

以上的事前準備校正僅需做一次記錄下來。

（三）赤緯漂移法 (declination drift ，Scheiner 法）

搭配漂移法進一步修正赤道儀對極軸的精度，以加長可容許（不拖出星軌）的自由追蹤或單軸自動導星的曝光時間。MGEN會自動計算你的赤道儀恆星時追蹤時星星的飄移誤差值，告訴你極軸需要調整的方向與距離，然後使用者可利用它的LV視野大小去估計/監看調整的距離(*200mm導星鏡下MGEN的LV視野大小是64.8'x45')，或利用赤道儀旋鈕的轉動量，去修正赤道儀極軸，就不用目測憑感覺抓距離慢慢調整逼近。個人目前是使用後者，事先測量好旋鈕的轉動量（見前述）。

＊天文攝影的對極軸精度需求請參考：Hook, R. N.的 Polar Axis Alignment Requirements for Astronomical Photography

漂移法的原裡很簡單，利用天球赤道附近的兩顆星，其中一顆選東方或西方低仰角的星，觀察視望遠鏡視野中星體隨時間在赤緯方向的偏移來調整極軸仰角；另一顆星選擇中天附近的星，也是觀察它在赤緯方向的漂移來調整極軸的方位。

我把它們畫成下圖，應該很容易理解，如果我們極軸沒有對準，開啟恆星時追蹤後，視野中的星星將會如圖顯示偏移。綠色線條表示天體運行時的軌跡，紅色線條表示赤道儀追蹤時望遠鏡視野移動的軌跡（當赤道儀極望完美對準同時恆星時追蹤也完美時這兩條線應是重合的），紅色圈圈為望遠鏡的正像視野，很容易看出偏移的方向，實際上使用時依視望遠鏡搭配的配件與旋轉角度則視野內的南北方位會有變化，需自行判別出目鏡中的南北方位。

觀察東方低仰角天球赤道附近的星星，
極軸仰角過高時，視野中星星會向北偏移。（如果選擇的是西方天空的星星則漂移的方向會相反）

觀察中天與天球赤道相交處附近的星星，
若極軸偏西時視野中星星會向北偏移。

修正順序，個人是先修正方位再修正仰角，即是先選擇子午線的天球赤道附近的星修正極軸方位，修正好後再選擇東方（或西方）低仰角的天球赤道附近的星來修正極軸仰角。

（四）以MGEN 做飄移法：

A.事先的設定

1.導星鏡的選擇：個人目前搭配Pentax 75SDHF望遠鏡 (使用APS-C相機時35等效焦距為750mm) 使用的導星鏡為5公分、200mm焦距的導星鏡，以piggy back的方式架在P75原廠筒箍上方，5公分導星鏡在郊山尋找導星沒什麼問題。
在尋找導星時請不需要刻意找最亮的，據經驗，從螢幕上找比較小顆的、很穩定不會閃爍的來導星就已經很順暢。

2.辨識出螢幕壞點：在開啟MGEN時請先進入liveview中辨識出CCD壞點，壞點的位置會固定，也就是說當你移動赤道儀時，這些壞點並不會移動，記住這些壞點的位置，將來選擇導星時盡量不要去選那一帶的避免不小心選到。

CCD先不要接上導星鏡並且在蓋上蓋子的狀態下開啟即可看到壞點。

3.務必先進入MGEN選單的 [Guider Setup] 正確設定你使用的導星鏡規格，以及導星速度，對Pentax MS-3改機來說（或類似Takahashi EM-2這類的赤道儀的改機），因為它們的控制器的最低速控制，就是前進或暫停，前進就是2倍速（相對於恆星時追蹤快一倍）前進，暫停恆星時追蹤就等於相對於星星做一倍速的倒退，因此 AG Speed RA 請設為 1 x，DEC則維持 0.00x不必去管它（DEC 0.00x意思是同RA，但我們使用單軸導星會將DEC Disable，所以不必理會這個值）。

4.如果是只有赤經軸單軸馬達的赤道儀而僅使用單軸自動導星的（如筆者使用的Pentax MS-3改機），請進入[Current Guiding] 選單中的 4/5頁 ，即DEC軸設定，請將 “Num”參數設為 0，這個設定是告訴MGEN系統不修正赤緯軸。

Ｂ .開始使用MGEN作赤緯漂移校正

1.先確實用極軸望遠鏡對極軸一次（如何對極軸請參考本部落格觀星攝星設備相關文章）。
日系的赤道儀譬如高橋或Pentax的極軸鏡精度與安裝都頗扎實，如果使用者有好好校正過極望，使用這樣的赤道儀對極軸，通常一開始極軸的誤差應該都可以在10'以內，如果對得準運氣又好，可能一開始誤差就在5'以內。

筆者自認對極軸還算確實，此日運氣又不錯，對完極軸準備以飄移法修正方位時，先以MGEN測量，方位已經只有1.6'的誤差。如果仰角也是這樣的誤差值，即使不作飄移法，應付35等效焦長300mm以下短焦做3分鐘的自由追蹤曝光應該已是足夠。

2.首先校正望遠鏡的尋星鏡與望遠鏡的平行度，將一顆亮星引入相機的Live View正中央，然後微調尋星鏡方位直到那顆星也同樣的落在尋星鏡中央；接著將導星鏡裝上約30mm的目鏡，微調導星鏡直到該星也落在導星鏡的中央，如此望遠鏡、尋星鏡與導星鏡都校好了平行，將目鏡取下並裝上MGEN的CCD，然後開啟MGEN電源，進入[Live View]畫面，準備選擇漂移用的星星。

在選擇之前請先將游標移到for的下方，這裡可以切換 Pol. align 或 Guiding ，就是設定你等一下選擇星點或是要自動進入校極軸的選單還是導星的畫面。

3.以尋星鏡引入在赤道上、子午線附近的一顆亮星，該星這時應該會出現在MGEN的LV畫面中，關於LV的設定，通常情況gain (增益)設在6~7左右即可，如果在有月光的時候有時需要設小一點；exp長時維持在1000即可；thr.(門檻)，這個值個人通常是設在2~4％，雜訊比較少，gain與 thr. 這個值可以自己視螢幕上顯示的狀況再臨機應變調整。

CCD的對焦要確實，若忘了對焦或失焦太多（當然還有忘了取下導星鏡蓋子的情況），有可能無論如何調整gain或tol只會看到固定位置的壞點與頻繁閃爍的雜訊的，如照片中的比較大顆的那一兩顆星點則會完全消失，這時當使用者自行選擇星點時就有可能出現誤判。

4.用上下鍵移到 [Select]，這時LV中會出現一個小方框，選擇你要用來漂移的星星，然後按下SET 確定。

5.接著進入Polar alignment選單。在 [Current Guiding] 選單的 2/5頁。

剛才選的那顆星現在會出現在Polar align的校正視窗中，這裡的設定需要注意 Pole 是指你現在是要對天球的北極或南極，因為我們在北半球對的是天球北極，這個值就維持在North（指的是要對天球北極）就好，請注意不要不小心按到設錯（有時上上下下選擇項目太快會不小心就按到），然後Time 是設定要讓MGEN根據多長的恆星時追蹤時間來計算參考星飄移量/極軸誤差，這個值個人目前是維持在 1.0 min，Star 必須根據你現在選擇的參考星來設定，譬如你現在是選擇子午線與赤道交點附近的星（用來修正極軸方位），你就要設為 South（南方的星），請勿設錯。
都設好後比需先進行 Calibrate 。

6. 因為我是使用單軸導星，所以在Calibrate選單中必須選擇 with RA，按下SET開始校正，MGEN畫面會提示要求使用者使用赤道儀控制器將赤道儀向東方轉動（即是與恆星時追蹤的相反方向），或者暫停赤道儀的恆星時追蹤，在動作時同時按下SET確認，一直到畫面出現校正完畢為止再恢復恆星時追蹤。Calibrate的目的是讓MGEN搞清楚CCD畫面的東西南北方位。
個人目前是每做一次測量之前都會先Calibrate，無論是不是用同一顆星。

7.Calibrate完成後便可進入 [Ｍeasure] 開始測量極軸方位誤差（請注意恆星時追蹤確認在開啟的狀態），一分鐘後畫面便會告訴你極軸應該要朝哪方向修正、修正多少。

譬如上面畫面中，顯示 “Pole is 1.4' Right” 表示，使用者站在赤道儀後方且面朝極軸時，正確的天極位置是在你目前赤道儀瞄準的位置的右方 1.4'，你必須調整極軸方位向右 1.4'。

（這個值應該是足夠750mm導星下曝光3分鐘而不需調整了，可以直接進行仰角調整了。不過我們這裡將做修正直到小於1' 即60角秒為止。）

小心的依誤差量轉動極軸方位調整旋鈕，注意不要調錯方向（依照前面測量的角度比例估計，請一次調整比估計的所需調整角度少些，也許一半），然後再重新Calibrate並測量一次，直到你滿意的誤差範圍內。

（根據個人的測試，這個測量值本身似乎有誤差，即使是使用同一顆星連續測兩次也會得到不一樣的數據，實際的誤差還需要詳細測試）
調整極軸方位旋鈕後後再次測量得到 "Pole is 0.6' Left" （36角秒）個人便停止修正方位，（得到1'以內的數值對於使用750mm追蹤 5~10min 應OK了），接著進行極軸仰角的修正。

8.極軸仰角修正必須選擇東方或西方地平附近的星，個人是選擇東方（比較方便，因為隨著時間過去，東方的星會上升，可是西方的星有可能會沉到山後），請記得當選擇東方的星星時，在Polar Aligemnet 的選單中的 Star 必須設為 East （東方的星）。然後才進行Calibrate。