ほしぞloveログ

天体観測始めました。

2022年05月

今年初の飛騨コスモス天文台の観望会が、昨年の11月以来、5月28日に約半年ぶりに再開しました。ここは豪雪地帯で、雪が残る4月半ばまで車で入ることさえできないのです。

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3月18日の飛騨コスモス天文台へと行く道の様子。
まだ全然雪が残っています。この時は50cmはあったでしょうか。


朝から太陽撮影

この日は快晴で、朝から太陽撮影。Hαには見向きもせずに、粒状斑狙いです。前日の土曜日の撮影で何か少し出たと思った、Yellowに加え、640nm以上を通す赤外透過フィルターでも撮影してみました。でも結局ほとんど進歩はなく、以前一番最初に撮影できたかけてきたと思った画像を見返してみたのですが、季節的にはシーイングは同程度のはずなのに、 昔撮ったほうがどうみても粒状班らしい画像が撮れています。その時はPSTのエタロンをHαから外れた画像を処理していました。

流石に何かおかしいと思い始め、Orionの太陽フィルターを買うときに迷ったBaaderのフィルムフィルターを国際光器で撮影用のOD3.8の29x22cmのものを発注しました。本当はもっと大きなサイズのものがほしかったのですが、大きなのは撮影眼視併用のOD5の物しかなく、しかも在庫切れです。C8なら口径20cmなので、小さなサイズでもいいかと思い、OD3.8のものにしました。

その直後でしょうか、コメントにhasyamaさんから投稿があり、やはり似たようなガラスの厚みのあるAstrozap製では全然細かいところが見えなかったとのことでした。どうやらここが解のようです。フィルムフィルターの到着が楽しみです。


観望会の準備

むしろこのコメントで、これ以上今の装備で粒状斑を求めても無駄そうなので、やっと観望会の準備です。発注時のメールやコメント欄から時間を見返してみると、フィルムフィルター発注が13時35分ちょっと前、hasyamaさんからのコメントが13時50分、コメントに返したのが14時10分でした。なので、この時点で14時過ぎくらいだったことになります。そこから観望会で何を見せるかと、観望会が終わった後の撮影プランと、機材の選定と荷物の積み込み、シャワーを浴びるのと、少し睡眠をとるとすると、すでに時間はたりません。結局、すべて準備が終わったのが17時半。19時頃に現地到着を考えていたので、もう時間ギリギリです。17時32分に出発して、途中すき家で早めの夕食を取り、ファミマに寄って夜食とおやつを買い込み、飛騨コスモス天文台に向けて車を走らせます。途中ほとんど雲も見えずに快晴です。到着は19時10分くらいで、まだ十分明るい時間帯でした。


現地到着

現場には飛騨コスモスの会のいつものメンバーが3人、あと富山県天文学会関連でいつものかんたろうさんと、今回初参加で遠く黒部市から来てくれたKTさんがきてくれていました。

到着後すぐにドームに入ると、鏡筒が載せ替えられていました。これまでは群馬のKさん自作の口径25cm、焦点距離3000mmの鏡筒でしたが、温度順応に時間がかかり、さらにはドーム内気流のせいもあるのか、惑星などなかなかくっきり見えなかったという問題がありました。焦点距離も長いので、惑星以外になかなか見せられるものがないということもあり、先日スタッフのSDさんが友人から譲ってもらったというFC120に載せ替えたとのことです。

その後、外に出て改めてみてみると、かんたろうさんが3台も鏡筒を出していました。

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設置開始

私も準備をし始めます。今日は観望会後に撮影を考えているので、とりあえずまだ人が来ないうちに撮影用にCGEM IIを出します。鏡筒はFS-60CBにASI2400MC Proで、牛岳で青い馬星雲を撮った時と同じです。少し違うのは、M54の長さ調整のリングを導入したことです。

 

前回の撮影では、本来必要なフィルターホイールの厚み分の、プラスで11mm必要なバックフォーカス長を、FC76用のマルチフラットナーリングで代用したため、四隅が流れてしまっていました。今回のセットがあれば長さが4mmから39mmまで、一部抜けはありますがほぼ1mm単位で調整ができます。この日は4mmと7mmで合計11mmにして使用し、撮影鏡筒として使います。

ポイントは、撮影までの観望会の時間に電視観望で同じ鏡筒とカメラを使うことです。同じ鏡筒を使うことで、入れ替えの手間を省きます。架台は気楽にAZ-GTiを経緯台モードで使います。さすがフルサイズのASI2400MC Proです。あとで取得画像を載せますが、かなりの実力です。

問題は準備がやはり少し手間なこと。まず、冷却しなくてもDC12V電源を必要とすること。実は最初このDCを供給するのを忘れていて、何枚かは撮像できたのですが、途中で更新されなくなりDC12Vを繋ぎました。でもこの撮像できなくなった理由が、DC電源がなかったせいなのか、前回同様接続がうまくいかなかったからなのか、まだ確定していません。

今回も接続はかなり苦労しました。電視観望なのでSharpCapなのですが、1024x768ピクセルの撮像は確実に得られます。でもそれ以上の解像度の撮影がうまくいくかどうかは全く運次第でした。ケーブルを2種試しましたが、やはり全く状況は同じです。何度か解像度を変えたり、USBの転送速度を変えたり、RAW8やRAW16などの撮影モードを変えたりしましたが、うまくいくと最後には最高解像度でRAW16で動きます。一旦動くと安定ですが、安定になるまで毎度5-6回は解像度を変えるなどしました。ほとんどの項目は安定性に影響がなく運のみですが、USBのハイスピードのオンオフだけはオンの方がいいようです。ここら辺の問題さえ乗り越えれば、あとは超快適な電視観望体制になります。


最初は星座ビノ

さて、電視観望の準備をしている間ですが、まだ一番星が見える頃から徐々にお客さんが到着し始めます。ほとんどが子供づれの家族で、最初のグループは保育園年長さんと小学3年生の男の子の兄弟とご両親の4人家族でした。星座ビノを4台(Nikon, Cokin, WideBino28の現行と旧機種)出して、まだ目では見にく星を探してもらいます。

徐々に暗くなってきて、明るい星がはっきり見えるようになってくると、早速いつものようにSCOPETECHの入門機を解放して見てもらいます。といっても、季節的には惑星もないし、新月きなので月もないです。あまり見るものがないのですが、スピカが導入しやすそうだったので、最初だけ私が入れてから、小3のお兄ちゃんの方に視野からずれていったら微動ハンドルで真ん中に戻してもらう任務を任せました。慣れてきたっぽいので、次はSCOPETECHの特徴の2つ穴を利用したベガ導入に挑戦してもらいました。でもやっぱり小学3年生だと少し難しいようで、何分かやってギブアップ。今度はお父さんに挑戦してもらったら、さすがなんなく導入してくれます。お父さん得意そうで、子供たちに自慢げに見せていました。すごく微笑ましいです。その後、3年生のお兄ちゃんは真ん中に合わせるのを担当してくれていました。こうやってできるだけ望遠鏡に触る機会を作ってあげたいと思います。

途中、小5の女の子が二人、その子逹のお母さんと思うのですが二人、星座ビノがかなり気に入ったみたいです。見える星が圧倒的に増えるのが分かり、キャーキャー言いながら見てるので、毛布を出し地面に寝っ転がって見てもらいました。「交換すると見え味が違って面白いですよ」とか伝えて、星座ビノの違いも楽しんでもらいました。


観望会恒例のクイズ

電視観望はカメラのトラブルで少し時間がかかっていたのですが、その間にも続々子供たちが集まってきます。「こっちは何が見えるの?」と聞かれるので「もうちょっと待ってね」とかいっていると、「こんばんわー」と大きなこえで何人かの女の子がやってきました。暗くて顔はあまり見えませんでしたが、昨年来てくれた子達のようです。聞いてみると、5年生の女の子が二人、6年生の男の子が一人、中1の女の子が一人くらいだったと思います。その頃にはいつものMちゃんも富山から来ていていて「同じ中1だ!」とか言っていました。電視観望の準備がまだかかるので、星の解説を始めました。最初しし座の説明とかしてたのですが、さらに子供たちが集まってきたのでもっと基本の北極星から始めました。定番の北斗七星から北極星を見つける方法を話していると、方角の話になりました。みんな好き勝手に「北の反対は南」とか「あっちが東?西?」とか、色々言い始めます。

みんな東西南北の方角は確認できたみたいなので、恒例の私からのクイズです。「太陽はどっちから昇って、どちらに沈むでしょう?という質問には「東から出て、西に降りる」とかどこかしこから声が上がります。「正解です。でも太陽は本当は動いていないんですよ。」というと、6年生の男の子が「地球が動いてるから?」と的確な答えを。「星も動いているように見えるけど、実際には星が動いているわけでなくて、地球が回っていて、その地球に乗っかってる自分たちが動いているから、星が動いているように見えるんだよね。」と言って、みんな納得です。

次に第2問です。「では、月はどちらから昇って、どちらに沈むでしょう」と聞くと、これが面白いことに全員わからないのです。出てきた言葉が「習ってなーい」です。太陽は東から昇って西に沈むということを「知識として」だけで覚えてしまっているのです。先に説明までしているので、みんな地球が回っていることも知っているし理解もしているはずです。でも太陽以外になると答えることができなくなるのです。これはいけませんね。知識は必要ですがそれだけではだめで、やっぱり自分で想像して考えることがすごく大切になります。

太陽は動いていないこと。月も動いていないこと。さらに星も動いていないこと。動いているのは地球であること、だから月も太陽と同じように東から出て西に沈むこと。あそこに見えているスピカも東から昇って西に沈むこと。ここまで説明すると、「例えば、見えていないベテルギウスも東から昇って西に沈むこともわかりますね」と言っても全員納得です。このやりとりを流石にMちゃんはニコニコしながら見ていました。

そこで第3問です。「夏の太陽と冬の太陽と、どちらが高いですか?」と聞いて、「わからなかったら夏と冬どちらが暑いか考えてみてください」と言うと、これまた面白い答えが。一人の子が「夏の方が低い」と言うのです。色々聞いてみると、低い方が「近く」て、高いと「遠い」から、近くて低い方が暑くなると考えているようです。子供ながらの面白い発想です。でも結局、朝日とか夕日とかの地平線ギリギリの時と、夏の昼間にほぼ真上にある太陽の時は、どちらが暑いですか?と聞き直すと、皆さん「なるほどー」と言った様子で納得してました。

私の観望会はいつもこんな感じです。この日も、話したことに難しいことは何もないです。ここにきている子は星に興味がある子達です。いろいろ普段の体験から、自分でよく考えて「学ぶことの楽しさ」を学んでほしいと思います。


電視観望

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さてさて電視観望ですが、今回はASI2400MC ProのフルサイズCMOSカメラと、機材の素晴らしさもあり、かなり綺麗な天体を見てもらうことができました。しかも、かんたろうさんが眼視でいろいろ見せてくれています。できるだけ同じ天体を入れるようにして、眼視と電視で見比べてもらいました。

電視観望で見た順に並べておきます。
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しし座の三つ子銀河。この画面では一つ途切れてしまっています。

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M57: 惑星状星雲。

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M13:ヘルクレス座の球状星団。

あ、もう一つエピソードを。昨年天体写真のカードを子供達に配ったのですが、電視観望でM13を見ていた時、「これ、自宅に飾ってある写真と同じ?」と言う子がいました。どうもM13カードを受け取ったみたいで、M13の形を覚えてしまっているようです。M13ですが、電視観望でもよく見ると星の色がわかります。「星は基本赤と青だよ。緑の星はなくて、白くなってしまうよ。家に帰ったら写真をよく見ると、多分色がわかるよ。」と伝えると、目をキラキラ輝かせて「うん、見てみる」と答えてくれました。自宅に帰った時の興奮している顔が目に浮かぶようです。でも帰る時眠そうだったから、写真を見るのは次の日かな?


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アンタレス付近。色を出すのは難しいです。
アンタレスの黄色が綺麗で、右にM4、上に赤いエリアが出始めています。


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M51:子持ち銀河。

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M51は小さくて、今回のセットアップで実際に見えるのはこれくらい広角です。
かなり拡大すると上のようになります。

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M27:亜鈴状星雲。

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M81とM82です。こちらもかなり拡大していてい、元の画像は下のようです。

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経緯台のAZ-GTiで長い時間(20分以上)露光しているので、回転してしまっていますが、画角が相当広いので、多少回転しても全然問題ないのがわかります。

眼視

かんたろうさんに眼視で見せてもらったのはもっとたくさんあります。これはお客さんが帰って、電視観望も片付けてからの分も入っています。
  • M57:惑星状星雲は輝度が高くてよく見えます。
  • M51:子持ち銀河は淡いですが、どちらが親でどちらが子供かはわかりました。腕はあまり見えませんでした。
  • M101:回転花火銀河ですが、相当淡いです。M51のほうがはるかに見やすかったです。
  • M81とM82は二つ並んでいるのがわかりました。
  • M13:ヘルクレス座球状星団はつぶつぶ感がすごいです。
  • M16:オメガ星雲は白鳥みたいに見えました。
  • M17: ワシ星雲はかなり淡くて薄くしか見えません。
  • M20:三裂星雲は分かれているのがなんとかわかりました。
  • M8: 思ったより淡かったです。もっと明るいと思ってました。
  • M31:アンドロメダ銀河は大きな銀河のはずでが、以外に双眼鏡で見たのとあまり差がなかったです。
他にも、特に球状星団や散開星団もたくさん見せてくれているはずでが、そもそも番号をあまり覚えていなくて、明確に番号で覚えているのはこれくらいです。


徐々に人が少なく

夏至も近くなってきているので昼が長く、天文薄明が終わるのが21時頃。22時頃には子供は眠くなってしまうので、だんだんお客さんも少なくなってきます。Mちゃんも中学生になって部活が忙しく、この日も部活が終わってからきたということで、23時頃にはもう眠そうでいつもより早めに帰っていきました。あ、差し入れでシュークリームを持ってきてくれて、皆さんでいただきました。さすがケーキ屋さんのシュークリーム、クリームも全くまがい物の味がせず、ものすごく美味しかったです。23時過ぎにはスタッフの3人も帰宅され、残ったのは私とかんたろうさんと、愛知から来ているIさんだけでした。

今回初参加のIさんは、最初は自分の機材で電視観望をしていて、少しお話ししました。機材はFSQ85とASI294MC ProをASIAirで操作と、かなり贅沢な機材です。20年ほど前かなり凝ってやっていて、しばらくお休みして、また最近復活したそうです。

Iさんはかなりのマニアのようで、途中から撮影に移り、サドル付近を撮っていました。天の川のタイムラプスと、もしかしたらもう一台出していたかもしれません。聞くと、前日は紀伊半島の方、この日は太平洋側が天気が悪かったので、この飛騨コスモス天文台まできたそうで、かなりアクティブな方です。

私もそろそろと、電視観望の鏡筒とカメラをそのまま使い、赤道儀をCGEM IIに替え、Elephant Trunk星雲を撮影を始めました。この日はあらかじめ、機材の交換を最小限にして、北の空が暗いことなどを考慮し、撮影対象を決めていました。撮影が軌道に乗って余裕が出たので、6Dで天の川を何ショットか、そのご午前2くらいからタイムラプスを始めました。撮影結果はまた別の記事で書きます。

2時過ぎに眠くなってきて、しばらく車で寝てしまい、起きたのは4時くらいだったと思います。すっかり明るくなっていました。片付けながら、かんたろうさんとIさんと話していました。かんたろうさんは昨年後半からここでの観望会はずっときてくれているので、また来月には会えます。Iさんはかなりいろんなところにいっているようなので、またどこかで会える気がします。

片付けが終わって現場をあとにしたのは、ちょうど5時くらい。6時くらいに自宅に到着し、少しだけ荷物を車から出して、少し朝食を食べてお腹を満たしたら、力尽きて寝てしまいました。忙しい休日でしたが、とても充実していました。その後、午前11時過ぎに起きたのですが、まだ寝不足で昼間じゅうずっと眠かったです。

それでもこの日も天気が良かったので、夜は自宅でSCA260で最近撮り続けているM82をLで、NGC6888三日月星雲をAOSで撮っていました。ここら辺もまた画像処理が終わったら記事にしますが、相当未処理画像が溜まっているので、いつになることやら。


まとめ

眼視と電視を比較しているときに、お客さんとスタッフを交えてこんな話をしました。
「最近の観望会って、街中の明るいところでやることが多くて、こんな天の川が普通に見えるようなところで、定期的に続けてやってる観望会って珍しいですよ。しかもかんたろうさんが参加してくれて眼視、私が電視で、星雲を比較できるくらいに充実してきて、多分全国的に見てもかなり面白い観望会だと思いますよ。」
とか言ってたのですが、皆さんあまりピンときていないようでした。そもそもここに来る地元の人にとっては、天の川は全然珍しくないんですよね。そういえばこの日も子供達に「天の川が見たことある人?」と聞いたら、ほぼ全員が手をあげていました。

この子達が大人になって、大きな街に出て行って、天の川が見えなくなるような場所で暮らすようになったとしても、この素晴らしい空と、楽しかった観望会のことは覚えてくれていると嬉しいです。

年明けの久しぶりの飛騨コスモス天文台の観望会でしたが、とても楽しかったです。改めてこの飛騨コスモスの回を立ち上げてくた故山口女史に感謝です。これからも無理することなく、地元の方逹のために続けていけたらと思います。 
 

最近全然画像処理が追いつていません。実は制御勉強会をやった5月22日の日曜の昼間も太陽を撮っていました。太陽は速報性が大事なので、本当はその日のうちに処理した方がいいのですが、その後もなかなか時間が取れなくて、やっと画像処理が終わりました。

まだGW前に撮ったものとGW中に撮ったものが残っているのに、さらに次の新月期が来たので今週また撮影をはじめてしまいました。未処理のものがM104ソンブレロ銀河(RGB)、NGC4038アンテナ銀河(RGB)、M17オメガ星雲(AOS)、アンタレス付近(6D)、M81(LRGB)、M82(LRGB)、M57リング状星雲(ラッキーイメージ)、M99(RGB)などです。それぞれブログ記事にもしたいので、完全に発散状態ですね。

まあ気を取り直して日曜の太陽からです。最近の目的は粒状斑を出すこと。皆さんうまく出しているのですが、私はどうもうまく出すことができません。Orionの太陽用の減光フィルターを使っているのですが、もしかしたらこれが悪いのか、単にシンチレーションが悪いのか、フィルタリングが悪いのか?

とりあえず粒状斑の前に通常のPSTでのHα撮影です。シンプルに黒点群(AR3014とAR3015)と、南西に出てた一番大きなプロミネンスだけ。
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  • 撮影場所: 富山県富山市自宅
  • 撮影時間: 2022年5月22日14時27分-15時12分
  • 鏡筒: Celestron C8、口径203mm、焦点距離2032mm、F10
  • エタロン: Coronado P.S.T.
  • 赤道儀: Celestron CGEM II
  • カメラ: ZWO ASI290MM
  • 撮影ソフト: SharpCap 4.0 (64bit)
  • 画像処理: AS3にてスタック、ImPPGで細部出し、PhotoshopCCで後処理

最後が粒状斑です。OrionのNDフィルターに今回はYellowを付けてみました。今回はたいした画像処理もせず、少し粒状斑っぽいものが見え始めているようです。

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あと、フィルターで波長を絞る必要があるのは確からしくて、バーダーのサイトを見ると540nmで10nm幅のフィルターで粒状斑がうまく見えるらしいです。でもこのフィルターもう売ってないんですよね。

それに、なんで540nmなのか理由がわからなかったので調べてみました。粒状斑の模様を作るのは太陽表面にベナール対流があり、その上昇の温度と下降の境の温度が6000Kらしくて、この温度を境に明るく見えたり透明になって下の暗い層が見えるのが理由だそうです。500nm程度の波長で見ると、上昇が6500K、下降が6000Kに見えて模様になるということのようです。なので必ずしも540nmである必要はなく、その付近の波長、中には赤外などでうまく見えている人もいるようです。

今回、QBP IIIとバーダーのBlack blue、Yellowを組み合わせたりして試しましたが、Yellow単体が一番よく写りました。おそらくC8にASI290MMだとカメラ的に解像度がギリギリで、せっかくシンチレーションがそこそこ良かったのに、バローを入れられなかったところが惜しかったです。次回リベンジです。

あと、540nmのフィルターですが、Player Oneから新たに発売されているのですが、まだ日本では扱っていないようです。サイトロンに問い合わせてみましたが、一応発売されているものは扱う予定があるとのことのなので、今しばらく待とうと思います。ちなみに直接Player Oneの本国のサイトから買おうとしたら、どうもシステムの問題でPayPal支払いができず諦めました。


    今回の記事は悪いことをしているので真似しないでください(笑)。

    冗談はさておき、撮影の準備をどこまで短縮できるか考えてるのですが、最近大きな進歩があったので書いておきます。


    赤道儀のセットアップ

    私は普段は自宅での撮影なので、赤道儀が玄関に置いてあります。全部CelestronでAdanced VXとCGEM IIとCGX-Lと、3つあります。

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    • AVXは軽いので、組み上がったまま、ウェイトも鏡筒もつけたまま(クランプは緩めて)運びます。ケーブルまで含めて組み上がっているので楽です。
    • CGEM IIは三脚と赤道儀をまとめて運びます。これで運べるギリギリの重さで、ウェイトや鏡筒が載っているととてもじゃないけど運べません。でもケーブルとかは赤道儀までは接続されているので、まだ楽です。
    • CGX-Lは赤道義単体だけでもすごく重いです。ウェイトバーはまだつけたまま運びますが、毎回三脚から切り離して運びます。三脚も上二つとは段違いにゴツくて、三脚単体で運ぶのだけでも大変です。固定するのはM10のキャップネジ3本なので、載せて固定するのに六角レンチが毎回いるのでちょっと面倒です。ケーブル類も当然毎回接続し直しです。

    でも今日の話はこんなことではありません。この後の話です。

    三脚、赤道義、ウェイト、鏡筒がそろった段階からは共通で、
    1. 赤道儀についている水準器を使って水平をとる。
    2. SharpCapで極軸を合わせる。
    3. 鏡筒をホームポジションに合わせる。
    4. 赤道儀の電源を入れる。
    5. ワンスターアラインメントで初期導入をする。
    6. ガイドカメラの映像をSharpCap上で大まかにあっていることを確認する。
    7. メイン鏡筒のカメラをSharpCapで見て中心に持っていく。
    この中から二つの大きなステップを省きます。この二つはペアなので、片方だけやるとまずいかもしれません。思いついた順で時系列で書きます。


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    まず一つは、赤道儀の自動導入は私の場合ワンスターアラインメントなのですが、鏡筒の移動が終わった後に星が視野に入ったことを何も確認しません。その代わりにSharpCapのプレートソルブでズレを確認し、赤道義側にフィードバックすることで自動導入の精度を担保します。プレートソルブで、目的の天体をほぼ視野(例えば焦点距離1300mmでセンサーはフォーサーズサイズくらいの視野でも)の真ん中に入れてくれます。

    その際気をつけることは、Celestronのコントローラーの場合、ワンスターアラインメントで導入して、星が入っていない段階で、「Enter」ボタンと「Alignment」ボタンを押して、アラインメントを終了させておくことです。これができてないと、プレートソルブで赤道儀を返そうとするとエラーになります。あと当然ですが、赤道儀に誤差を返すためSharpCap上であらかじめ赤道儀に接続しておく必要があります。

    これだけで時間にしてうまくいくと5分程度時間が短縮できます。


    省ける操作2

    最近思いついたもう一つの省ける点ですが、水準器で赤道儀の水平をとることをしません。私は長らく「赤道儀の水平をとることはものすごく重要で、ここをサボると精度が出ない」と主張してきました。基本的な考えは変わってませんが、そもそもなぜ赤道儀の水平をとる必要があるか、よく考えてみると疑問が出てきました。

    通常の場合、水平出しの一番の目的は、初期アラインメントの時にきちんとガイド鏡もしくは主鏡の視野に天体が入っていくることです。でもこの条件は、既に上のようにプレートソルブに任せてしまったので、必須条件になっていません。

    あともう少し条件があります。極軸が十分な精度でとれていることです。SharpCapだと極軸を1分角以下の精度で余裕で合わせることができるので、これくらいきちんと合わせてあれば、水平が合っているかどうかに関わらず、十分な追尾ができます。極端なことを言うと、極軸さえあって入れば、自動導入でもマニュアル導入でも、水平がとってあってもなくても、追尾精度は同じでですよね。自動導入があると便利というだけです。

    あと水平が出ていないと、初期導入時の誤差が大きくなるので、繰り返しになりますが、プレートソルブは必須(少なくとも合った方が楽でしょう)です。極軸の精度が出ていない場合、プレートソルブがない場合は、真面目に水平をとった方がいいのはこれまでとなんら変わりはありません。

    この水平出しを止めることでも、うまくいくと5分程度時間を短縮することができます。


    実際の感想

    5月末のこの季節、21時近くに天文薄明が終了します。大体20時半近くに、玄関からCGX-Lをえっちらおっちら運び始めて準備を始めます。トラブルがなければ実質30分以内に準備が済んで、21時には撮影を開始できます。準備の30分のうち、5分とか10分とか時間を短縮できるのは無視できないくらいの効果があり、精神的にもかなり楽です。

    プレートソルブを使った初期アラインメントの簡略化はかなり前からやっていましたが、水平出しを無視するのは最近始めました。既に3度ほど撮影していますが、今のところ精度が落ちたようなことはありません。といっても、いつも同じような場所に置くので、実際にはものすごく水平からズレるということはあまりないです。水平を確認しないだけで、そこそこの水平度は出ているので、極端に大きくずれているというのは検証していませんが、まあ原理的には大丈夫なはずです。

    あ、あと私は(極軸の精度は十分出しているので)ワンスターアラインメントしかしませんが、ツースターとかスリースターアラインメントをすると追尾中に赤緯も動かす可能性があるので、もしかしたら上の話は成り立たないかもしれません。


    まとめ

    とまあ、今回はやってはいけないことシリーズとなります(笑)。もし試す場合はくれぐれも自己責任でお願いします。これで精度が出なくて写真がうまく撮れなかったとか言われても、私は何の責任も取ることができません。



    勉強会の呼びかけ

    前回5月18日(水)の記事で、CGX-Lの周期的な揺れのことを書きました。制御の発振でこの揺れが説明できるのではという内容です。



    最後の方にオートガイドとかの制御に興味がある人がいたら、Zoomで勉強会でもしませんかと書いておきました。するとTwitter上で何人か反応があり「数人でも集まるならやってみようか」とその日のうちに呼びかけてみました。

    その際、私はモーターのことがあまりよくわからないので、補足で説明してくれる方を募ったら、その日のうちにけーたろさんとbotchさんが反応してくれて、勉強会は3人で話すことに。日時を3人の都合がつく、日曜の20時からとしました。トークを頼んだのが木曜で、3日後の日曜での勉強会なのでかなり急なのですが、お二方とも快く引き受けてくれました。


    内容

    すぐにタイトルと内容のアブストラクト、さらに順序と時間が決まり、Twitter上でもアナウンスしました。

    Sam: 「実践制御フィルターの設計」(20:00-21:00)
    • 実際の制御ループを各種計算しながら、制御フィルターをどう組めばいいかを考えて、その過程で制御一般の理解を目指します。一番の目的ができる限り理解して欲しいというものなので、自分のできる限りでわかりやすく解説するつもりです。わからなかったらすぐツッコミお願いします。

    botch: 「駆動回路の四方山話」(21:00-21:30)
    • 望遠鏡を駆動する回路を3つのブロックに分けお話しします。難しそうなところは解りやすく、簡単そうなところは掘り下げてお話しする予定です。ハードだけでなくソフトの話も出来れば良いなぁと思っています。

    けーたろ: 「赤道儀の駆動部の種類と特性」(21:30-22:00)
    • 赤道儀のモーター中心のハード面の解説をします。DCモータとステッピングモータの違いや各電子回路の仕組みを、赤道儀やオートガイドの歴史を遡りながらお話ししようと思います。制御の深くやばい解説のお二方と、現存機材との橋渡しですね♪間違指摘やわからない点等のツッコミをお願します。 
    22:00から懇親会

    となりました。


    当日

    さて5月22日の日曜当日、19時くらいから会議室は開けておきましたが、結構ギリギリになっても数人しか集まりません。19時45分の開始15分前でけーたろさんとXRAYさんと私の3人のみ。さすがにテーマが難しすぎたかと心配になりました。

    5分前で8人、1分前で10人となんとか集まってきましたが、この時点で二人目の講演者の botchさんが来ていません。けーたろさんと心配していましたが、ちょうど20時頃でしょうか、無事にbotchさんも参加して開始することができました。

    スライド2

    私の話は制御理論とフィルターの実装ですが、半分予想通りというか、途中で時間が足りなくなってしまい、オープンループ伝達関数などのところはカットしてしまいました。それでも、フィードバックフィルターがどのような考えて実装されているかはある程度は伝わったのではと思います。最後は今回問題だった、CGX-Lを例にに赤道儀の制御ループを推測し、ある程度矛盾のない数値に落とし込みました。結論としては今回の周期的な揺れは制御による発振ではないかと推論しましたが、懇親会の時にこたろうさんとけーたろさんは「何かメカ系のトラブルでは?」という推測でした。また何か結論につながるようなものが見つかったら報告しようと思います。

    次の botchさんのトークですが、実際の赤道儀制作に基づいたようなお話で相当充実してました。というか、botchさんのお顔を見てちょっとびっくりしてしまいました。私があらかじめ疑問としてお伝えしていた「古典制御理論は線形性を仮定しているが、モーターのようなパルス的な応答を持つものはどう扱ったらいいのか?」というのにもある程度お答えしてくれたのかと思います。

    botch

    最後のけーたろさんですが、実際にモータを動かすところをカメラで見せてくれて、DCモーターとステッピングモーターの違いを非常にわかりやすく説明していただきました。けーたろさんはハンドルネームにも「星より機材」とつけているように、ここらへんの機材のことが大好きで、モーター関連も完全に趣味で試しているそうです。

    けーたろ2

    時間は少々オーバーしましたが、22時10分頃に無事に3人のトークが終わりました。

    今Zoomのレポート機能で人数を数えてみたら、数分で出てしまった人を除いてもなんと37人も参加してくれていました。当日の懇親会の時点の画面で確か25人くらいというのは見てましたが、マニアックな話にこんなにも集まっていただいて、今更ながら驚いています。


    お楽しみの懇親会

    トークもそうですが、懇親会でもとても楽しい話がたくさんできました。こういった会合ではむしろ懇親会の方が楽しかったりしますよね。ブレイクルームも作ったのですが、ずっとメインルームにいてしまって覗くことができなかったのが残念でした。

    懇懇親会でも話題になったのですが、画像処理とかならまだしも、こういったちょっと変わったテーマに絞ったマニアックな勉強会は、ローカルなグループではあったかもしれませんが、オンラインとかではこれまであまりなかったのではということでした。まだいろんなテーマがあると思うので、今後も機会があれば何かできればいいかと思っています。

    懇親会は午前1時まで続きました。会議の設定時間が午前1時までで延長ができなさそうだったので、正確には0時58分に解散しました。最後に残っていたのは7人でした。月曜で皆さん仕事などあるかと思います。こんな遅くまでお疲れ様でした。


    お礼

    ちょっとした思いつきで準備もそこそこで、けーたろさん、botchさんには時間もギリギリの中かなり無理を言って準備をしてもらってたかもしれません。素晴らしいトークをありがとうございました。改めてお礼を述べさせてください。

    また、参加してくれた皆様、楽しんでいただけましたでしょうか?TwitterでXRAYさんが「有料でもいいくらいの内容だった」というような旨の発言をされていたのは、ちょっと予想外でうれしかったです。 最初はホントに数人の参加者でもいいかと思っていたのですが、蓋を開けてみれば期待より遥かに多くの方に参加していただきました。どうもありがとうございました。

    また何かネタがあればやってみたいと思います。あぷらなーとさんとか相当マニアックなネタ(笑)を持っているかと思うので、ちょっと期待してしまいます。Twitterで呟くと思いますので、もし興味がある方はちょっと気にしてみていてください。 


    Twitterでおののきさんももやすがガイド鏡に言及されていて、タカsiさんが0.5秒ガイドに助けられているとコメント、更におののきさんがCGXが暴れることがある時に(速いガイドが)効果があると言っています。



    私もCGX-Lでの赤経側で発振のように周期的に揺れが出る傾向があり、ガイド鏡のサンプリングレートを0.2秒にすると軽減したことがあります。



    原因はある程度推測していたのですが、いまいち自信がなくそのときはブログ記事を一旦書いて、削除した覚えがあります。でもおののきさんも同じように、ガイドを速くしたら暴れを抑えられると書いているので、同じ現象かはわかりませんが、可能性の一つとして書いておこうと思います。


    発振のメカニズム

    今回の周期的に揺れが大きくなる現象が、推測する「発振」だとして話を進めると、制御の言葉で言う「位相遅れ」というのを理解しなくてはいけません。制御に詳しい方や、回路などに詳しい方はこの時点ですでにピンときているかもしれません。

    まず何か揺れているもの、例えば振り子を考えてみましょう。紐にぶら下げた質量、何でもいいですがここではすぐ横にあるMacのバッテリーで代用しましょう(本来は振り子ではありません(笑)。もし同じように試す場合は目的外使用ですので自己責任でお願いします。)

    ケーブルにつられたバッテリーは、持っている根本の揺れに依存して、常に揺れています。特に振り子の長さだけによって決まる共振周波数あたりでは、揺れは増幅され大きく揺れます。

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    その揺れを抑えるために、あるセンサー(ここでは「目」)を用いてその揺れを観測し、揺れを抑えるようにアクチュエーター(ここでは空いている方の手の「指」)を用いてバッテリー本体に力を加えます。バッテリーが大きく揺れている時、目でその揺れを見て、その揺れが収まるように指で突いて力を加えてやり、それを何度かすることで徐々に揺れの振幅を小さくすることが可能です。

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    力を加えるタイミングに注目してみましょう。揺れを抑えるためには、「振り子が指に迫ってくる」時に力を加えているはずです。もしこのタイミングが遅れて「振り子が指から離れていく」時に力を加えると、揺れは収まるどころかどんどん大きくなっていくはずです。これが「発振」です。


    位相余裕と発振

    もう少し考えます。この振り子の大きな共振周波数あたりでの揺れは、ある振幅と位相をもって揺れています。位相というのは1周期で360度となるような時間的なタイミングを表します。振り子が指から最も離れて、方向が反転する瞬間の位相を0度とします。振り子が指に迫ってきて、最も近づいて方向がさらに反転する瞬間が位相180度です。振り子の揺れを止めるためには、位相が180度になる手前で力を加える必要があります。位相が180度を超えて力を加えると「発振」するということです。この時の「180度になるどれくらい前」に力を加えているかというのを「位相余裕」と呼びます。通常位相余裕は数10度は欲しくて、0度に近づくほど発振に近くなります。

    ここまでは共振周波数付近のみでの説明でしたが、実際は大きな揺れではないですが、振り子は共振周波数以上でも以下でも揺れています。常に速い細かい揺れがあるとかを想像してください。目でこの揺れを見るのは難しいかもしれませんが、それこそ望遠鏡などで拡大して見てやれば小さな揺れも見えますね。これらの速い揺れもやはり抑えてやりたいわけです。でも速い揺れに対しては反応も早くなくてはダメで、その反応が遅れると「位相余裕」がなくなっていきます。速い揺れに対して遅い力で抑えようとしても、反応が遅いために「位相余裕」がなくなり揺れが増幅される、これが「発振」です。


    赤道儀のガイド制御ループでの遅延

    さて、これらのことを今回の赤道儀の周期的な揺れに置き換えてみましょう。まず、センサーはガイド鏡のCMOSカメラで、対象はガイド鏡で見たガイド星の位置になります。アクチュエーターは赤道儀についているモーターです。位相を遅らせる原因はさまざまなものがあります。
    1. まず、カメラで星を見てPCに取り込むまでに時間がかかります。時間の遅延になるので位相余裕を食います。
    2. カメラの画像から星の位置を計算をするのに時間がかかります。ここでも位相余裕を食います。
    3. その位置をもとに、どうフィードバックフィルターを設計して赤道儀に返すか(PHD2のパラメータ調整に相当)ですが、フィルターの設定度合いによって遅延が起きます。
    4. モーターは信号が来て初めて動くので、そこでも当然遅延が発生します。
    5. モーターが動いても、実際の赤道儀が反応するまでには有限の時間が必要なので、ここでも遅延が発生します。
    これら遅延の全てが位相を食っていき、位相余裕が0度より多く残っていれば発進を防ぐことができ、揺れを抑えるという制御は成立します。


    では何が原因か?

    こうやってみると遅延だらけですが、この中で今回重要なのは、センサーから星の位置を特定するまでの遅延と、赤道儀のメカ的な遅延です。

    まず、PHD2でのガイドのタイミングを0.5秒とか、0.2秒とか速くしたということは、カメラからの読み取りのサンプリングレート速くし、情報を速く取り入れるということに相当します。遅延が少なくなるので、位相余裕が食われにくくなります。

    ではなぜCGXやCGX-L特有で揺れが問題になるのか?一つは大きくて重い赤道儀だからというのがあると思います。赤緯体よりは赤経体の方が(赤緯体自身も含むので)重いはずです。揺れなので慣性モーメントで議論すべきですが、当然赤経体の慣性モーメントも大きいです。慣性モーメントが大きいということは、外力に対して反応が遅いということを意味しているため、ガイド信号に対する応答も遅く、遅延の原因になり、位相余裕を食います。その他にCGXやCGX-L特有でメカ的に何かロスなどがあり、遅延を発生しているという可能性もあるかもしれません。

    いずれにせよ、大きく重い赤道儀を駆動する場合、発振は起きやすいということは定性的にはそれほど間違ってはいないでしょう。


    解決策の例

    では解決策はというと、
    1. 応答を速くすることができる場所でできるだけ速くする。今回はカメラの取り込みのレートを、1秒とかから0.5秒や0.2秒と、2倍から5倍くらい速くしたこと。
    2. もう一つは、制御全体のゲインを下げることです。これはPHD2の「Agressiveness」を下げるとかでしょうか?結局トータルのゲインは赤道儀自身の応答(周波数で測った伝達関数)を含むので、PHD2の一つのパラメータだけで調整できるものでもありません。いずれにせよ、制御が効いている周波数帯域で位相余裕が残っていればいいわけですから、制御帯域を狭め位相余裕が残っている遅い周波数帯だけで制御するというセンスです
    こう考えると、CGXやCGX-Lは高周波の応答が悪い何らかの理由があるのではという推測も出てきます。

    とまあ、対処療法的にはいくつか解決策も考えることができるので、他にもアイデアがあれば試していきたいと思います。ただし、あくまでこの揺れが「発振」によるものだとしてですが。


    少し冷静に、発振でない可能性も

    あと、ここまで書いたことは古典制御の範囲で「線形性」を仮定しています。モーターを使った制御の場合は線形性は保証されません。モーター制御の話は詳しくないので、もしかしたら全然勘違いしたことを書いている可能性もあります。その場合はゴメンなさい。

    今回議論した、「制御の位相余裕がないことによる発振」ではない可能性としては、何か周期的な機械的な歪みがあることが考えられますが、調べてみるとCGX-Lによくある現象の様です。系統的に何かCGX、CGX-Lにメカ的に問題がある可能性はありますが、状況によって大きく変わるというのはメカものというよりは、制御系と考えた方がスッキリします。


    まとめ

    制御についてこのブログで扱ったことは今回が初めてかと思います。

    ガイド制御ループの位相遅れが原因の、位相余裕の無さによる発振と考えるとかなりすっきりすると思いますが、まだ他のCGX系特有の別の理由の可能性もあり得ます。私のところでもすでに何度か再現していて、そこそこ再現性はありそうなので、もう少しじっくり見ていきたいと思います。

    今回の話は古典制御のさわりみたいなものですが、理解しておくと望遠鏡にも色々役立つことは多いと思います。もし興味がある人がたくさんいるなろ、Zoomとかで勉強会を開くとかもいいのかもしれません。結構マニアックな話になると思いますが、そんな人いますかね?



     

     


    CMOSカメラの理解に

    2022年4月にCQ出版から発行された、米本和也著の「CCD/CMOSイメージセンサの性能と測定評価」という本を最近購入しました。

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    ここしばらくASI2400MC ProというフルサイズのCMOSカメラを使っていたのですが、その性能の良さにびっくりしています。フルサイズというと徐々にハイエンドに近いセンサーになりつつあり、最先端の技術も注ぎ込まれていると想像します。この本を読むと、天文カメラメーカーから出ている仕様説明はごく僅かで、他に多くの技術やパラメータが絡む仕様があることがわかります。


    アマチュア天文という観点から中身を見てみると

    著者は1980年代からソニーでCCDに関わっていて、2001年以降各社で経験を積み、2016年から再びソニーセミコンダクタソリューションズの研究部門に戻っているとのことで、完全にプロの開発者視点での解説書になります。

    1章は概要や単位などの解説。

    2章の原理説明はCCDが基本で、CMOSも追加で説明という感じで、両方の原理を理解する必要がありますが、ここら辺は基本なので理解しておいた方がいいでしょう。ただし、初読でここだけを読んで理解するのは大変かと思います。

    その場合、同著者の2003年発行の前作、CQ出版の「CCD/CMOSイメージ・センサの基礎と応用」を読むといいでしょう。

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    こちらの方はもっと原理から解説していますので、アマチュア天文という観点からは今回の新しく出た方が身近に感じるのかと思います。

    今回は前作から20年近く経っているためでしょう、CMOSカメラの解説が多くなってきていて、タイトルにあるように「測定」にも言及するなど、CMOSカメラでの撮影が主流になったアマチュア天文民にも役に立つことも多いです。それでも今回も原理的な説明もかなり多いためか、参考文献を見ても1960年代や70年代のものがあります。随時2000年代、2010年代の参考文献が入ってくるので、新しい話も貪欲に取り込んでくれているのかと思われます。

    3章以降が具体的な信号ノイズの例や、測定についてです。アマチュア天文ユースという観点で読み込んでいくうちの、いくつかポイントを書いておきます。

    3章は感度についてです。基本的に暗い天体を撮影することが多いため、これまでノイズのことはこのブログでも色々言及してきましたが、その一方、明るい信号側に相当する感度のことはせいぜい量子効率くらいで、私自身あまり考えてこなかったことを痛感させられました。裏面照射の構造とマイクロレンズの関係、周辺減光と瞳補正など、これまで知らなかったことも多いです。

    4章は飽和に関してです。ここもかなり原理的に説明してくれています。これまでほとんど知識がないところでした。ダイナミックレンジの話や、飽和電指数の測定の話は、私はまだ馴染み深かったです。

    天体写真という観点で一番関連するとことは、やはり5章のノイズでしょうか。P93の図5−1はEMVA1288規格でもよく出てくる図で、理解しておいた方がいいかもしれません。

    特に固定ノイズの説明が詳しいです。天体写真関連ではバイアスノイズ(バイアスフレームに出る縞々のノイズのこと)とかが関係するのかと思います。今までなんでこんなノイズが出るのかあまり知らなかったのですが、ここを読むとよく理解できます。ただし読んでいる限り、ユーザーでどうこうできるわけではないことがわかるので、これは今後のメーカーの開発に期待するしかないですね。

    ランダムノイズに関しては、天体写真をやられる方は普段から身近につきあっていると思いますので、比較的読みやすいかと思います。

    3章の信号測定の方はあまり考えたことがなくて読んでいてもなかなか想像がつきにくかったですが、5章のノイズの測定のほうはまだ馴染み深いです。それでもかなり原理的な測定の説明も多く、実際これだけ読んで自分で測定するというのはなかなか難しいかと思います。むしろ、天体写真の画像処理はノイズ測定に近い様なことをやっているようなものです。実際にこの本を元に測定するにはもう一段階、具体的な説明が欲しいとことです。

    6章で面白いのはフレアパターンでしょうか。これは天文愛好家の間ではサッポロポテト現象とよばれているものかと思います。その発生メカニズムが書かれているので、理解が進みます。これまであまりきちんと書かれているのを見たことがなかったので新鮮でした。ただし、これもユーザーでどうこうできるわけではないようです。また、あぷらなーとさんが理解している、Quad配列のASI294シリーズでなぜサッポロポテト現象が出なくなるかは、この本を読んだだけではまだ理解できません。もっと考えるとわかるのかもしれませんが、まだ私は理解できていないです。

    ところで、最後まで読んでもコンバージョンファクターなどの話が全く出てきませんでした。センサーの仕様を理解するためには重要な情報かと思っていたのですが、開発者から見たら当たり前すぎることなのかもしれません。そういえば、以前コンバージョンファクターのことを聞いたとき「論文になっているような専門的なことではないし、かといって教科書に出る様な基礎的なことでもない」とか聞いたことがあります。


    まとめ

    アマチュア天文の範疇でこの本がどこまで役に立つかは、かなり専門的なところもあるので、なかなか判断が難しいです。多くのことは開発者目線での解説になっています。ユーザーの視点でどうこうできるかは、タイトルにもなっている「測定評価」という点においても、なかなか具体的な手法というと難しいかと思います。アマチュア天文ということを考えても、この本は具体的な方法を学ぶというよりは、原理を学ぶという観点で読んだ方がいいのかと思います。

    特にCMOSカメラで疑問がある方には、かなりの原理的なところまで立ち返って、相当のレベルで答えてくれる書籍であることは間違い無いでしょう。¥3300円と専門書としては比較的安価な部類です。天体写真に真面目に取り組んでいるアマチュアならば、持っていても損はないかと思います。


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