ほしぞloveログ

天体観測始めました。

カテゴリ:鏡筒 > Heliostar 100Hα

CP+で話した太陽トークの内容で、まだ一部記事にしてないことがいくつかあります。
順に記事にしていこうと思います。今回は1のヘリオスターのエタロンについてです。


これまでの結果

これまでに、PST、フェニックスと、手持ちの太陽望遠鏡のエタロンの特性を測定してきました。





PSTに比べて、フェニックスが圧倒的に性能が良くなっているという結果でした。

具体的には、鏡間の距離が0.3mmから0.2mm程度に短くなってFSRが1.5倍広がったために、両隣のピークの影響がすくなくなったこと、FSRが広がってピークの太さは太くなるはずなのに、鏡の反射率を70%程度から90%程度に上げて、FWHMを捕捉してよりHα線をコントラストよく補足するようになっていることがわかりました。

今回はそれに加えて、CP+セミナーのためにお借りしていたヘリをスター100Hαについても同様の測定をしてみます。公称値ではフェニックスが0.6Å以下、ヘリオスターが0.5Å以下となっていて、差がついています。特にこの差が有意なのかどうか、フェニックスのエタロンに比べて違いがあるのかどうかに注目です。


ヘリオスター100Hαの測定

測定方法はフェニックスの時とほぼ同じです。測定日は2月8日、LEDライトを使って測定しています。確度依存性をなくすために鏡筒を使い、対物レンズ側からLEDライトを入射します。

IMG_2532

分光器はSHG700を使い、カメラはG3M678M。画像としては
  1. 分光器のみで鏡筒をつけないフランホーファー線
  2. 鏡筒からBF(ブロッキングフィルター)を外した状態(エタロンの測定)
  3. 鏡筒のノーマルの状態(エタロンあり、BF無し)で太陽望遠鏡としての測定
  4. BFのみ分光器に取り付けた場合
の4つを撮影しています。この中で今回は1、2、4を使っています。

1枚の分光画像の撮影は、10秒露光で10スタックの計100秒間撮影しています。ゲインは3200(=ZWOだと300に相当)で、オフセットをSharpCapの値で2000加えています。


測定結果

波長のキャリブレーションはこれまで同様に、フラウンホーファー線を撮影し、参照データ(PEPSI)にフィッティングしています。
Figure_1
エタロンの透過特性の測定値とフィッティングです。
fit_result
  • 鏡の強度反射率、強度透過率: R = r^2 = 0.909, T = t^2 = 0.091
  • キャビティーの鋭さを表すFinesse = π r/(1-R) = 33.1
  • エタロンを構成する鏡と鏡の間の距離 = 0.208 [mm]
  • 周期の幅を表すFSR (Free Spectrul Range) = 10.34 [Å]
  • エタロンの性能を表すFWHM = FSR/Finesse=0.31 [Å]
  • 光の折り返し回数: Finesse x 2/π = 21.1 [回 (片道)]
という結果になりました。

フェニックスのFWHMが0.37Åでヘリオスター100Hαが0.31Åと、約2割違うことがわかります。公称値も0.6Å以下と0.5Å以下で2割の差があるで、ちょうどその違いを説明できています。今回測定したFWHMの絶対値がまだどこまで信頼できるかはわかりませんが、少なくとも同様の方法で測定しているので相対的な違いはある程度正確に評価できていると考えると、公称値の違いも含めてこの差は有意であると考えて良さそうです。これは推測ですが、今回FSRの値はほぼ一緒の0.2mmなので、おそらくエタロンと作っている会社は同じではないかと思います。その上で、公称値に差をつけているということは、鏡の反射率を実際に変えてFWHMに差をつけていると考えると素直な気がします。

続いて、BFも考慮した場合の透過曲線です。エタロンの測定値とBFの測定値を掛け合わせています。BFは両隣のピークからの漏れをカットする役目がありますが、グラフを見る限り十分カットしていることがわかります。
all

さらに、太陽光を掛け合わせたものです。太陽光を掛け合わせると、両隣のピークの影響が少し出てくることがわかりますが、積分した総光量に対する量としてはごく僅かで、大した影響はなさそうなことがわかります。
all_sun_multi

ここまで見ても、相当性能の良いエタロンだということがわかります。


エタロン透過曲線のフィッティングについて

少し考察します。エタロンのフィッティング曲線をPST、フェニックス、ヘリオスターを並べてみます。

fit_result

fit_result_ok

fit_result
よく見ると、どのグラフもピークの裾の部分が、実測とフィッティングがずれしまっているように見えます。いずれも実測よりもフィッティングの方が大きく出てしまっています。

もし、裾野部分のフィッティングが実測に合うように重みづけをして改めてフィットしたりすると、おそらくフィッティングしたピークはもっと細くなって、FWHMはさらに小さくいい値になってしまうでしょう。今でもPST、フェニックス、ヘリオスターの公称値

1.0Å以下、0.6Å以下、0.5Å以下

に対して、私が実測した値は
0.71Å、0.37Å、0.32Å
と公称値よりかなりいい値になっています。これに、裾の影響を補正するとさらにいい値になってしまうのは、方向性として果たして正しいのでしょうか?

そもそも、なぜ実測とフィティングでズレが起きるのか考えてみます。光キャビティーは一般的にはh状に素直な応答を示し、かなり理論的に説明できるものです。今回のずれは光キャビティーそのものというよりは、その測定方法に問題があると考える方が素直です。

では何が問題なのでしょうか?一つ考えられることは、測定時間が10秒x10スタック=100秒と長過ぎたことかと思われます。今回の応答はフィネスを見てもわかるように、そこそこ鋭いものになっています。実際、ヘリオスターはその鋭いピークゆえに実測点はわずか5-7点ほどです。ピーク周りに至っては3点ほどでピークを跨いで測定してしまっています。1つの測定はカメラの1ピクセルに相当します。ピクセルサイズを考えるとわずか2μmです。測定時間の間、カメラに入る光が全くずれなければいいのですが、地面や望遠鏡を載せている机が揺れるため、100秒の長い間には、例えばLEDライトと望遠鏡が相対的に僅かにズレることはあり得るでしょう。

もしピークのところがずれたとすると、どちら方向にずれても値は小さく読み取られます。値が小さくなる傾向はピークに近いところほど顕著で、裾に行くに従って緩和されます。すなわち、ピークが低い値で測定され、ピークに近いところではその分太るので、本来のピークよりも頭でっかちなものとして測定されていると考えられます。その頭でっかちなところを合わせるようにフィットすると、裾の部分でズレが大きくなり、本来のFWHMよりも大きな、性能の悪いものと結果が出てしまいます。

この推測が正しい、もしくは他の理由で裾がズレるとしても、いずれにせよ裾の方が測定点が多く、本来の値からのズレは少ないと考え、ピーク部分のずれが本来の値から大きくズレると考えると、実際のFWHMはもっと小さいと考えて良さそうです。

ただし、今回は撮影画像の上に凸の曲線の真ん中の部分だけを使っているので、エタロンの中心部のみを測定していることになります。もしかしたら端の方はもっと透過幅が大きくて、その平均を取るとメーカー値に近づくのかもしれません。ここら辺は今後の課題としたいと思います。

どこをどう測定するかで値は変わってきそうですし、一番いい最小値か、平均値か、最低限の保証をするために最大値を採用するかなどは、メーカーによっても方針が違うかもしれません。やはりきちんと比較するためには、同じ方法で、同じ基準で比較すべきで、そういった意味では手元に持って実測して相対値を比較するのが一番確実だと思われます。少なくとも、今回まででPSTとフェニックスとヘリオスター100Hαの違いは、相対的にはっきり見ることができたというのが結論になると思います。


まとめ

これで手持ちと借りたもののエタロンとBFの測定が終わりました。太陽望遠鏡は高価なのでなかなか自分で買うことはできません。もし今後借りたり、もしくは新しい鏡筒を手に入れたりできた場合にはまた測定を続けようと思います。

あと、もう少し精度を上げたいとも考えています。短時間測定や中心部以外を測定するのも、今後余裕があったら試すことができればと思います。


なんとサイトロンさんからSkywatcher社の最新の太陽望遠鏡「ヘリオスター100Hα」をお借りすることができました。

サイトロンさんは2024年4月にACUTER OPTICS社の「フェニックス」で太陽望遠鏡を扱い始め、2025年3月にSkywatcher社のヘリオスター76Hα、2025年11月には屈折太陽望遠鏡の中では最大のクラスの口径100mmというヘリオスター100Hαの取り扱いを始めました。

これまで星まつりなどでヘリオスター100Hαを含めて何度か見比べる機会はありましたが、じっくり扱うのは初めてです。今回試すことができたのは、2026年1月17日の午前と、翌日18日の午後の一部の、晴れ間のチャンスのときで、時間も限られていたため、まだ最初の評価でしかありませんが、そのすごさは十分に実感できました。


ヘリオスター100Hαの外観

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鏡筒は大きなケースの中に入っています。中身は鏡筒本体と、ブロッキングフィルターが中に組み込まれている天頂プリズム、20mmのアイピース、遮光板などです。サイトロンが作成した日本語のマニュアルも入っています。

早速出して、赤道儀にセットしてみます。赤道儀は今回は手持ちのCGEM IIを使いました。ヘリオスター 100Hαの重量は6kgなのでもう一段階小さいAdvanced VXでも十分稼働できるかと思いますが、撮影まで考えるともう一段階大きなCGEM IIクラスの赤道儀の方が安定するのかと思います。
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面白いのは太陽ファインダーで、手持ちのハンドルと兼ねている秀逸なデザインのものです。

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最近は太陽でも長時間撮影になることもあり、ガイド鏡が必要だったりするのですが、ガイド鏡を取り付けるためのねじ穴も充実しています。
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フォーカサーも減速器が付いたタイプで細かい調整ができます。フォーカス部の動きの硬さを調節するつまみも使いやすいものがつけられています。

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眼視観察

今回は手持ちの太陽望遠鏡の入門機のフェニックスと比較してみたいと思います。

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まずは眼視での比較です。眼視に関してはあまり大した経験はないので、元々の予定ではパッと終わらせて、すぐに撮影に向かう予定でした。でもここで思ったより時間を使ってしまいます。なぜなら、フェニックスとヘリオスター100Hαの見え具合にあまりに差があったからです。使ったアイピースはヘリオスター100Hαに付属の20mmのものと、手持ちのハイペリオンの13mmです。これとVixexの2倍のバローレンズを組み合わせて見比べています。

まずですが、フェニックスも眼視で十分に見えています。プロミネンスも、ダークフィラメントも、プラージュも普通に見えます。さて、どれくらい違うのだろうとヘリオスターを覗くと、「えっ!?」と声を出してしまうほど違いました。まず、ダークフィラメントの濃さが全然違います。さらにプラージュがキラキラ輝いています。この日は黒点群が大きくつ出ていたのですが、大きい方はフェニックスでも十分に見ることができました。でも小さい方はフェニックスではそこまで気づかなくて、ヘリオスターを見て「あれ?もう一つある?」と改めてフェニックスを見て「あー、これは見落とすな」と思うくらいに、ヘリオスターだと細かいところが見えるのです。黒点周りの模様の一つ一つの細かいところが見えるというのでしょうか、もう全然違いました。

スマホで写真を撮ったみました。フェニックスと
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ヘリオスター100Hαです。
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そもそも、焦点距離がフェニックスの400mmに対して、ヘリオスター100Hαは760mmと倍近く違うので、同じアイピースで見ると、見た目の大きさも倍近く違うのはわかるかと思います。そして、ヘリオスター100Hαの方が、太陽表面の模様がより見えているのもわかるかと思います。

それでもスマホの撮影では眼視での違いは全然伝わりません。ここからは言葉の説明のみになりますが、雰囲気だけでも伝わればと思います。

眼視で見比べたときに相当な違いがあるので、何が違うのか確かめたくなります。フェニックスに
  1. ヘリオスターに付属の20mmアイピースと
  2. ハイペリオン13mmと
で見比べてみます。2にすると太陽は倍近くまで大きくなり、ヘリオスターに1を付けたときと同じくらいになります。それでもフェニックスで見ている限り、ダークフィラメントやプラージュのコントラストも、黒点周りの細かさも良くなることはほとんどありません。

そこでフェニックス側で13mmアイピースに、さらに2倍のバローレンズを付けてよく見てみたのですが、根本的に解像度が良く出ません。この時点で、「あ、これは口径の差だ」とものすごく腑に落ちました。40mmと100mmの口径の差は眼視でも明らかで、フェニックスとヘリオスターと一緒に見比べてしまうと、やはりフェニックスの口径の小ささをどうしても実感してしまいます。その観点からいくと、ヘリオスターに13mmのアイピースを付けたときは、さらに細かい模様を見ることができます。その時のスマホで撮影した画像です。
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口径による明るさも効いているでしょう。フェニックスに13mmのアイピースを付けて、2倍のバローを付けたときにはやはり暗いという印象です。ヘリオスターに13mmのアイピースを付けると大体同じ大きさの太陽像になるのですが、まだ十分明るく感じます。口径で100/40=2.5倍なので、明るさはその2乗で6.25倍になります。これだけの明るさに違いがあるのは、高倍率にしたときに効いてきます。

分解能に関しては口径の違いで納得したのですが、コントラストの違いは口径では説明できません。分解能がいいと、よりはっきりとは見えるので、多少コントラストが上がったように見えるのも理解できるでのすが、どうもそれだけでは到底説明できないレベルで違いがあります。これはエタロンの違いなのでしょうか?このとき結論は出ませんでしたが、次の日に撮影までして謎が解けました。

結局この日は撮影しようしてカメラをセットしたところで雲が出てきて終了でした。次の天気は2週間予報を見ても全然晴れにならなさそうなので、早めに眼視を切り上げて撮影に移った方が良かったみたいで、ちょっと失敗したかな思い、その日は撤収しました。


撮影での比較

次の日、朝から天気予報通り曇っていたのであきらめていたのですが、午後から一部晴れ間が見えてきました。時間は限られていますが、早速撮影に取り掛かります。

この日もフェニックスとヘリオスター100Hαを並べて同じような時間帯に撮影します。
IMG_2479

カメラですが、フェニックスにはいつものG3M678Mですが、ヘリオスターだと全景が入らないので、大きなセンサーサイズでピクセルサイズの小さいASI294MM Proをbin1で使います。ピクセルサイズはG3M678Mが2μmでASI290MMがbin1だと2.3μmとなるのでフェニックスるの方が有利ですが、ヘリオスターは焦点距離が倍近くであることと、さらに口径の差もあるために、分解能は出るはずです。ただし、ASI294MM Proをbin1で使うと、格子状の模様が出ることがあるので、そこが不利になるかもしれません。

まずは全景で比較してみます。共に500フレーム撮影し、そのうちの400枚をAutoStakkert!4でスタックしています。細部出しはImPPGですが、できるだけ同じような処理をしました。普通は更にPhotoshop などで仕上げをするのですが、今回は比較のためにできるだけシンプルにということで、細部出し以降は無しもしていません。あと、天頂プリズムのせいで上下が反転した画像になってしまっていますが、そのままにしてあります。

フェニックスと
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ヘリオスター100Hαです。
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ヘリオスターの方は格子模様が心配でしたが、とりあえず今回は大丈夫なようです。いまだに条件が良くわかりませんが、出るときは何をやっても出るというのが今までの経験です。

全景だとフェニックスも縁をスターもそこまで違いがわからないので、拡大して比較しています。解像度が違うので、Windwos上のフォトで拡大した画像を表示し、全画面キャプチャーしています。左がフェニックスで、右がヘリオスター100Hαです。
スクリーンショット 2026-01-20 213957_cut

さすがに違いが判りますね。ヘリオスター100Hαの方がより細かいところまで出ています。


考察

え?撮影だと思ったより違わない?

確かにそうなんです。実は撮影になると、そこまで差が出ないのです。
  • フェニックスの方はこれまでの経験から、おそらく口径からくる限界近くの分解能を出しています。
  • 悪いはずのフェニックスのコントラストは画像処理で輝度のオフセットを変えることができ、うまくごまかせてしまいます。
  • 一方、ヘリオスターは口径の限界には達していなくて、むしろシーイングによって分解能が制限されてしまっていると考えられます。100mm位の口径になってくると、シーイングのいい時に撮影しないと、口径の有利さを十分に生かせません。
以前口径20㎝のC8で試したしたときのように、長時間撮影の中でいいシーイングの時を選び出して見てやると、口径100mmを生かした分解能になるのかと期待します。

では眼視で言っていたコントラストの差は撮影では出ているのでしょうか?実はこれも撮影で明確に相当する違いがあります。再び全景画像を見てみます。一見あまり差がないような全景ですが、よく見ると全然違っていることがわかります。
  • フェニックスの方は全体的に粗い模様が出て元気に見える一方、
  • ヘリオスターの方は細かく見えて一見のっぺりしているように見えます。
細かく出るのは波長分解能が優れていて、これまで分光撮影でさんざん見てきた、プラージュとは別の白いモヤモヤがヘリオスターの方にのみ全体に広がっています。これは明らかにエタロンの性能に差があり、ヘリオスター100Hαのエタロンの方が透過波長幅が狭くて性能がいいことを示しています。もしかしたらフェニックスのエタロンの合わせこみが不十分だった可能性も残っていますが、それでもそこそこは合わせたつもりで、調整のレベルを超えた違いなのかと思います。

エタロンに差があるのは、眼視で見たコントラストの違いも説明ができます。波長透過幅が大きいと、Hα線からずれた連続光の明るさが大きく邪魔をします。Hα線からずれると、とたんに明るくなるので、少しのずれが背景光の輝度に大きく影響するからです。これは特にダークフィラメントのコントラストに効いてきます。波長分解能がいいと、ダークフィラメントが黒く濃くみえるようになります。撮影の際は輝度のオフセットを調整するなどして多少はごまかせるのですが、人間の眼にはそのような機能はないので、コントラストの違いがそのまま見たときの印象になります。


まとめ

どうやら、今手元にあるヘリオスター100Hαのエタロンの性能がフェニックスのものよりもかなりいいというのは間違いなさそうです。このことは眼視での見え方、特にコントラストに効いてくるので、ヘリオスター100Hαは眼視で十分に楽しむがのが適している鏡筒かと思われます。もちろん撮影でも有利ですが、口径100mmの性能を生かすためには、シーイングのいい時を狙う必要があります。

フェニックスは太陽望遠鏡の中でもあくまで入門機です。これまでの入門機クラスのものと比べても見え味は非常に優れていて、性能も安定しています。今回の比較で言えることは、それでもヘリオスター100Hαとフェニックスには明確な差があって、ヘリオスター100Hαはハイエンドクラスの名に恥じない素晴らしい性能を持った太陽望遠鏡であるということです。特に眼視ではその違いがはっきりと分かると思いますので、星まつりの展示など、機会がある方はぜひとも見比べてみてください。

ヘリオスター100Hαは今後一か月くらい使用できる予定です。北陸の冬はあまり晴れないのですが、まだチャンスはこれかあもあるかと思いますので、またレポートを続けていきたいと思います。


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