前回の記事から少し間が開きましたが、一連のSHG700の応用編になります。
太陽望遠鏡を使ったタイムラプス映像は、比較的挑戦しやすく動きも見えて楽しいかと思います。特に、Phoenixのような入門機クラスの太陽望遠鏡では全景を見ることに適していて、最近ではSharpCapの「太陽/月/惑星のライブスタッキングと強化」機能を使うことで、かなり簡単に安定にタイムラプス映像が撮影できるようになってきています。私も以前PSTで試した記事が以下になります。
その一方、最近ずっとテストを続けている分光撮影では、そもそも一回の撮影に赤道儀をスキャンする必要があるなど、手間と時間がかかり、更に撮影後の画像処理も結構手間なので、連続で撮影してタイムラプスかすることはあまりされていません。でも不可能ではないはずです。今回は、SHG700での分光撮影で実際どれくらいのペースで連続撮影ができるか試してみました。
まずは撮影です。撮影したのは7月21日。結構前になりますが、なんでこんなに前なのかというと、後述するようにタイムラプス化するための位置合わせにものすごく時間がかかったからです。
撮影は連続撮影なのでSharpCapのSHGスクリプトを利用します。ポイントは、SHGスクリプトの一番下の「Return to Center of Solar disk per Round」オプションをオンにすることです。これがオフだと、撮影回数と共に徐々に赤道儀の移動量がずれていってしまい、太陽本体がうまく撮影時間の中に収まらなくなってきます。どうも時間で判断して移動量を決めているようで、その見積もりが正確でないために毎回のズレ幅が大きくなったり、ズレが溜まって毎回シフトしたりしてしまいます。このオプションをオンにすると1回の撮影が終了したごとに必ず毎回初期位置に戻すので、時間の代わりに位置で管理されるようなことになり、全くズレなくなりました。さらに、こうすることで一回の撮影時間も絞ることができて、トータルのファイル容量も小さくすることができます。
さらに、撮影をForward onlyにします。これは復路でも撮影すると後の画像処理が往路と復路で分けてしなければならずに二度手間になります。また、上記オプションをオンにすることで、往路の1枚撮影後にすぐにセンターに戻るので、下手すると往復で撮影するよりも速いです。とりあえずですが、今回連続50回撮影することは余裕でした。
今回は32倍速で1撮影あたり6秒で録画しましたが、1本1本の撮影間隔は27秒から34秒で平均は31.22秒でした。やはり撮影間隔は完全には一定にならないようです。それでも約30秒で1枚撮影できるので、全景タイムラプス映像を作るには間隔的には十分速いでしょう。
実際50枚撮影した結果を処理してみると、そのうちの5枚目と8枚目の2枚がおかしかったです。2枚目はなぜかわからないけど画面全体が明るく写ってしまっていました。もう一枚の8枚目は赤道儀の移動量がおかしかったです。でもその次の動画ではきちんと正しい位置で撮影できていたので、やはり何かトラブルがあっても毎回初期位置に戻るというのでリカバーできるのかと思います。
赤道儀の移動量は、赤道儀のモーターがいかに一定速度で動くかが鍵なのですが、どうもこの安定性は温度に依存するようです。とにかく暑すぎです。別の日のことなのですが、あまりに暑いせいか赤道儀がギーギー言い出して、動きがカックンカックンとなり挙動が完全におかしくなったことがありました。その後はまた元に戻ったので、おそらく温度が高すぎてギヤの噛み合わせに問題が出たのでないかと推測しています。今回撮った50枚も、よく見ると撮影中に速度が一定だったとは言い難い画像が結構あり、処理をしても太陽の形が円から少しズレてしまったり、円に一件収まっているように見えても太陽表面の模様が部分的にズレているような画像がたくさんありました。分光撮影の原理上ある程度は仕方ないですが、温度を含めて赤道儀の問題を解決することで、もう少しマシになるのではと思います。というのも、下で書くように、位置合わせの処理があまりに大変すぎるからです。
撮影した50枚の連続画像をJSol'Exで処理し、まずは単純にHα中心線をタイムラプス化してみます。撮影を失敗した2枚は省いています。概要をブログ上で示したいだけなので、縦横800ピクセルまで縮小してgif化しています。
見ればわかるように、ここで分光撮影の欠点が露呈してしまっています。1枚1枚の太陽位置、もしくは太陽表面内の模様の位置がぶれてしまうのです。
特徴的なポイントははっきり出ているので、これらを元に画面内で位置合わせしようとしましたが、どうしてもきちんとできるソフトは見つかりませんでした。探ったソフトは、
次に考えたのが、自分で位置合わせプログラムを書く方法です。調べていくとどうやら画面内の特徴点の情報を元に画面を歪ませるDeformable registrationという分野があるらしく、医療関連の画像の位置合わせで発展しているようです。医療用のソフトも使ってみたのですが、フォーマットが合わなかったり、使い勝手が悪かったりで、結局はpythonにライブラリが揃っていたので、結局は自分で書いてみました。
今回使ったものはSimpleITKというライブラリのDemonsRegistrationFilterです。でも思ったより時間がかかってしまい、かなり試行錯誤して結局2週間近く費やしてしまいました。重要なパラメータが2つあって、繰り返し回数を指示するdemons.SetNumberOfIterationsと、どこまで細かさを見るかというdemons.SetStandardDeviationsで結果を調整します。
例では繰り返しが100と細かさ1から始めるといいなどとありますが、これでは全然ダメで、繰り返し回数は500回ほど、細かさは荒い方向に4くらいまで増やしました。繰り返し回数500だと、50枚の処理で一回あたり計算時間が数時間かかるので、なかなか大変です。特に細かさは3以下だと太陽表面の模様がまるでタイルみたいになってしまうようです。繰り返し回数も時には500回で足りなくて、最後は変化の激しい画像は別個に1200とかまで増やしてやっとパッと見でわかるズレがなくなりました。他にもImPPGやPIのFFTregistration、自分で書いた輝度合わせのpythonコードなどを併用し、仕上げています。
最終的にそこそこ満足したのが以下の動画になります。とりあえずYoutubeにアップロードしましたが、かなり高解像度なので、拡大して見て頂ければと思います。ただし、Youtubeの仕様か、拡大しての繰り返し撮影が手間なので、毎回元のサイズに戻して繰り返しボタンを押す必要があるようです。もう少しいいアップロード先を考えた方がいいかもしれません。
これを見ると、最初にバッと噴き出して、その後は拡散してしまったようにも見えます。ジェット自体もそこそこ珍しいので面白いのですが、果たしてこの描像は十分な情報を与えてくれているのでしょうか？ -> 2025/8/9:追記 その後Xでジェットはプラズマで、プラズマは荷電粒子と考えるとローレンツ力が働いて、磁場に直行する成分は回転に変換されてしまうからという答えを得られました。
ここからが、分光撮影の特徴をうまく生かすような、今回の記事で本当に書きたかったことになります。
このジェット、Hα中心線では実はまだ見えていない部分があります。ここであえて波長をHα線から+/-0.6Å程度ずらしてやることで一気に面白くなります。動画で見てみましょう。左がHαから+0.64Åずらしたもの、真ん中がHαピッタリ、右がHαから-0.64Åずらしたものになります。
左右と真ん中を見比べてみると
ということは、噴出の時には太陽の自転と同じ方向に出ていって、戻る時は重力に引かれて下に落ちるとかではなく、自転方向と反対に、出てきた場所に戻っていくような動きだと推測できます。なぜ元いた位置に戻るのか、重力よりも大きな別の何かが働いているのか、かなり興味深いです。
上の画像動画をカラー化してみました。JSol'ExのImageMathのコードを参考にして+側をred、-側をblueとし、+側画像と-側画像の最小値をgreenにしました。色が付くとわかりやすくて面白いです。しかも色付き動画で見るこの手法、次に確かめたかったHα grainにもそのまま繋がりそうです。
このように、分光撮影で波長をずらしたものを一緒に撮影できるというのは、これまでエタロンタイプの太陽望遠鏡でなかなか見えなかった様子を、顕にしてくれるので、非常に興味深いです。
ジェットについては2019年に初めて撮影できていて、その頃からの大きな課題の一つでした。
その後、昨年2024年5月にも撮影できて、
その後の記事でドップラーシフトにも言及しています。
この時いろいろ調べていて、この現象がサージまたはジェットと呼ばれるもので間違いなさそうだとわかってきました。
ジェットはかなりのスピードで変化する現象なので、原理的にはエタロンで波長のズレも見ることはできるはずです。いつか手持ちのエタロンを使ってドップラーシフトの評価に挑戦しようとも思っていました。でもジェットは狙って取れるものでもないことと、そのために最初から波長をずらして待ち構えていることもあまり現実的ではないので、あまり進展は期待できていませんした。
そこに分光撮影という手段が舞い降りました。これなら以前までの分光で出にくかった解像度もSHG700なら十分出そうなので、うまくすればジェットの様子もはっきり見ることができるかもしれないということで、SHG700購入の動機の一つとなりました。でも実際やってみると、分光特有のジャギーや、撮影ごとのブレに悩まされました。
今回ある程度そのブレに見通しがつき、たまたま撮影した連続画像にジェットらしきものが写っているという幸運にも恵まれまれたというわけです。一つ大きな課題がやっと達成されたことになり、分光に手を出した価値を十分に味わせてもらうことができました。アマチュア天文の範囲でこんなことまでできるなんて、現代はとても幸せな時代なのかと感謝しています。
やっと念願のジェットのドップラーシフトを、波長別に、しかも時間変化をタイムラプス動画としてとらえることができました。これは分光で連続撮影に挑戦した結果なのかと思います。
でも実はこの連続撮影、元々はジェットを撮影する目的ではなく、もう一つ全然別のことを確かめたくて始めたものです。こちらの話も少しづつ進んでいますが、もう少し時間がかかりそうです。うまく結果が出たら、また記事にしようかと思っています。
太陽望遠鏡を使ったタイムラプス映像は、比較的挑戦しやすく動きも見えて楽しいかと思います。特に、Phoenixのような入門機クラスの太陽望遠鏡では全景を見ることに適していて、最近ではSharpCapの「太陽/月/惑星のライブスタッキングと強化」機能を使うことで、かなり簡単に安定にタイムラプス映像が撮影できるようになってきています。私も以前PSTで試した記事が以下になります。
その一方、最近ずっとテストを続けている分光撮影では、そもそも一回の撮影に赤道儀をスキャンする必要があるなど、手間と時間がかかり、更に撮影後の画像処理も結構手間なので、連続で撮影してタイムラプスかすることはあまりされていません。でも不可能ではないはずです。今回は、SHG700での分光撮影で実際どれくらいのペースで連続撮影ができるか試してみました。
連続撮影
まずは撮影です。撮影したのは7月21日。結構前になりますが、なんでこんなに前なのかというと、後述するようにタイムラプス化するための位置合わせにものすごく時間がかかったからです。
撮影は連続撮影なのでSharpCapのSHGスクリプトを利用します。ポイントは、SHGスクリプトの一番下の「Return to Center of Solar disk per Round」オプションをオンにすることです。これがオフだと、撮影回数と共に徐々に赤道儀の移動量がずれていってしまい、太陽本体がうまく撮影時間の中に収まらなくなってきます。どうも時間で判断して移動量を決めているようで、その見積もりが正確でないために毎回のズレ幅が大きくなったり、ズレが溜まって毎回シフトしたりしてしまいます。このオプションをオンにすると1回の撮影が終了したごとに必ず毎回初期位置に戻すので、時間の代わりに位置で管理されるようなことになり、全くズレなくなりました。さらに、こうすることで一回の撮影時間も絞ることができて、トータルのファイル容量も小さくすることができます。
さらに、撮影をForward onlyにします。これは復路でも撮影すると後の画像処理が往路と復路で分けてしなければならずに二度手間になります。また、上記オプションをオンにすることで、往路の1枚撮影後にすぐにセンターに戻るので、下手すると往復で撮影するよりも速いです。とりあえずですが、今回連続50回撮影することは余裕でした。
今回は32倍速で1撮影あたり6秒で録画しましたが、1本1本の撮影間隔は27秒から34秒で平均は31.22秒でした。やはり撮影間隔は完全には一定にならないようです。それでも約30秒で1枚撮影できるので、全景タイムラプス映像を作るには間隔的には十分速いでしょう。
実際50枚撮影した結果を処理してみると、そのうちの5枚目と8枚目の2枚がおかしかったです。2枚目はなぜかわからないけど画面全体が明るく写ってしまっていました。もう一枚の8枚目は赤道儀の移動量がおかしかったです。でもその次の動画ではきちんと正しい位置で撮影できていたので、やはり何かトラブルがあっても毎回初期位置に戻るというのでリカバーできるのかと思います。
赤道儀の移動量は、赤道儀のモーターがいかに一定速度で動くかが鍵なのですが、どうもこの安定性は温度に依存するようです。とにかく暑すぎです。別の日のことなのですが、あまりに暑いせいか赤道儀がギーギー言い出して、動きがカックンカックンとなり挙動が完全におかしくなったことがありました。その後はまた元に戻ったので、おそらく温度が高すぎてギヤの噛み合わせに問題が出たのでないかと推測しています。今回撮った50枚も、よく見ると撮影中に速度が一定だったとは言い難い画像が結構あり、処理をしても太陽の形が円から少しズレてしまったり、円に一件収まっているように見えても太陽表面の模様が部分的にズレているような画像がたくさんありました。分光撮影の原理上ある程度は仕方ないですが、温度を含めて赤道儀の問題を解決することで、もう少しマシになるのではと思います。というのも、下で書くように、位置合わせの処理があまりに大変すぎるからです。
Hα中心線画像のタイムラプス化
撮影した50枚の連続画像をJSol'Exで処理し、まずは単純にHα中心線をタイムラプス化してみます。撮影を失敗した2枚は省いています。概要をブログ上で示したいだけなので、縦横800ピクセルまで縮小してgif化しています。
見ればわかるように、ここで分光撮影の欠点が露呈してしまっています。1枚1枚の太陽位置、もしくは太陽表面内の模様の位置がぶれてしまうのです。
特徴的なポイントははっきり出ているので、これらを元に画面内で位置合わせしようとしましたが、どうしてもきちんとできるソフトは見つかりませんでした。探ったソフトは、
- AutoStakkert!4
- RegiStax6
- AstroSurface V5
- SharpCapの惑星/月/太陽スタック
- PixInsightのFFTregistration
- waveSharp2 (勘違いていて、そもそもスタック機能がなく、waveletで炙り出すためのソフトでした)
- FIJI
次に考えたのが、自分で位置合わせプログラムを書く方法です。調べていくとどうやら画面内の特徴点の情報を元に画面を歪ませるDeformable registrationという分野があるらしく、医療関連の画像の位置合わせで発展しているようです。医療用のソフトも使ってみたのですが、フォーマットが合わなかったり、使い勝手が悪かったりで、結局はpythonにライブラリが揃っていたので、結局は自分で書いてみました。
今回使ったものはSimpleITKというライブラリのDemonsRegistrationFilterです。でも思ったより時間がかかってしまい、かなり試行錯誤して結局2週間近く費やしてしまいました。重要なパラメータが2つあって、繰り返し回数を指示するdemons.SetNumberOfIterationsと、どこまで細かさを見るかというdemons.SetStandardDeviationsで結果を調整します。
例では繰り返しが100と細かさ1から始めるといいなどとありますが、これでは全然ダメで、繰り返し回数は500回ほど、細かさは荒い方向に4くらいまで増やしました。繰り返し回数500だと、50枚の処理で一回あたり計算時間が数時間かかるので、なかなか大変です。特に細かさは3以下だと太陽表面の模様がまるでタイルみたいになってしまうようです。繰り返し回数も時には500回で足りなくて、最後は変化の激しい画像は別個に1200とかまで増やしてやっとパッと見でわかるズレがなくなりました。他にもImPPGやPIのFFTregistration、自分で書いた輝度合わせのpythonコードなどを併用し、仕上げています。
最終的にそこそこ満足したのが以下の動画になります。とりあえずYoutubeにアップロードしましたが、かなり高解像度なので、拡大して見て頂ければと思います。ただし、Youtubeの仕様か、拡大しての繰り返し撮影が手間なので、毎回元のサイズに戻して繰り返しボタンを押す必要があるようです。もう少しいいアップロード先を考えた方がいいかもしれません。
よく見ると、さすがに細かいところは動いていますし、まだうまく位置合わせしきれていないところもあるように見えます。でもここまでできたなら、概要として全景を見る分にはかなりマシなのかと思います。太陽全景で高々25分間なので基本的にあまり動きはないのですが、たまたまラッキーなことに右上の方に何か吹き出しているのが見えています。これだけの短時間で大きく速くうごいているので、ジェットなのかと思われます。
拡大してみます。拡大といっても、上の全景の動画はJSol'Exのautostretchで出力したものなので、出力の時点ですでに多少加工済み、さらにImPPGなどで細部出しをしています。でも、これ以降はあらかじめJSol'Exのdisk画像(RAW出力に相当)から一部を切り取って、その後に位置合わせをしているだけで、余分な画像処理はしないようにしています。見た目よりも、客観的に判断できるということを優先しています。とりあえずサイズ的にgifでアップロードできる範囲なので、gifフォーマットでまずは示します。
ジェットをタイムラプスで
拡大してみます。拡大といっても、上の全景の動画はJSol'Exのautostretchで出力したものなので、出力の時点ですでに多少加工済み、さらにImPPGなどで細部出しをしています。でも、これ以降はあらかじめJSol'Exのdisk画像(RAW出力に相当)から一部を切り取って、その後に位置合わせをしているだけで、余分な画像処理はしないようにしています。見た目よりも、客観的に判断できるということを優先しています。とりあえずサイズ的にgifでアップロードできる範囲なので、gifフォーマットでまずは示します。
これを見ると、最初にバッと噴き出して、その後は拡散してしまったようにも見えます。ジェット自体もそこそこ珍しいので面白いのですが、果たしてこの描像は十分な情報を与えてくれているのでしょうか？ -> 2025/8/9:追記 その後Xでジェットはプラズマで、プラズマは荷電粒子と考えるとローレンツ力が働いて、磁場に直行する成分は回転に変換されてしまうからという答えを得られました。
ドップラーシフトで見るジェット
ここからが、分光撮影の特徴をうまく生かすような、今回の記事で本当に書きたかったことになります。
このジェット、Hα中心線では実はまだ見えていない部分があります。ここであえて波長をHα線から+/-0.6Å程度ずらしてやることで一気に面白くなります。動画で見てみましょう。左がHαから+0.64Åずらしたもの、真ん中がHαピッタリ、右がHαから-0.64Åずらしたものになります。
左右と真ん中を見比べてみると
- ジェットが出る時は左の画面に主に写っているので波長が長い方にずれているのがわかります。
- 下降していく時には主に右側のに写っているので、波長が短い方にずれているのがよくわかります。
- ちょうど上昇と加工をが切り替わる時くらいに、真ん中のHα中心が一番濃くなる。
ということは、噴出の時には太陽の自転と同じ方向に出ていって、戻る時は重力に引かれて下に落ちるとかではなく、自転方向と反対に、出てきた場所に戻っていくような動きだと推測できます。なぜ元いた位置に戻るのか、重力よりも大きな別の何かが働いているのか、かなり興味深いです。
ドップラーシフトタイムラプスのカラー化
上の画像動画をカラー化してみました。JSol'ExのImageMathのコードを参考にして+側をred、-側をblueとし、+側画像と-側画像の最小値をgreenにしました。色が付くとわかりやすくて面白いです。しかも色付き動画で見るこの手法、次に確かめたかったHα grainにもそのまま繋がりそうです。
- 撮影日: 2025年7月21日9時17分-9時47分
- 撮影場所: 富山県富山市自宅
- 鏡筒: Takahashi FC-76(f600mm、F7.9)
- 分光器: SHG700
- 赤道儀: Celestrn CGEM II
- カメラ: ToupTek G3M678M
- 撮影: SharpCap Gain 200 (=6dB)、露光時間200ms、ROI: 3840x80、466fps
- 画像処理: JSol'Ex、ImPPG、自作位置合わせPythonプログラム
念願のジェットのドップラーシフト撮影ができた！
このように、分光撮影で波長をずらしたものを一緒に撮影できるというのは、これまでエタロンタイプの太陽望遠鏡でなかなか見えなかった様子を、顕にしてくれるので、非常に興味深いです。
ジェットについては2019年に初めて撮影できていて、その頃からの大きな課題の一つでした。
その後、昨年2024年5月にも撮影できて、
その後の記事でドップラーシフトにも言及しています。
この時いろいろ調べていて、この現象がサージまたはジェットと呼ばれるもので間違いなさそうだとわかってきました。
ジェットはかなりのスピードで変化する現象なので、原理的にはエタロンで波長のズレも見ることはできるはずです。いつか手持ちのエタロンを使ってドップラーシフトの評価に挑戦しようとも思っていました。でもジェットは狙って取れるものでもないことと、そのために最初から波長をずらして待ち構えていることもあまり現実的ではないので、あまり進展は期待できていませんした。
そこに分光撮影という手段が舞い降りました。これなら以前までの分光で出にくかった解像度もSHG700なら十分出そうなので、うまくすればジェットの様子もはっきり見ることができるかもしれないということで、SHG700購入の動機の一つとなりました。でも実際やってみると、分光特有のジャギーや、撮影ごとのブレに悩まされました。
今回ある程度そのブレに見通しがつき、たまたま撮影した連続画像にジェットらしきものが写っているという幸運にも恵まれまれたというわけです。一つ大きな課題がやっと達成されたことになり、分光に手を出した価値を十分に味わせてもらうことができました。アマチュア天文の範囲でこんなことまでできるなんて、現代はとても幸せな時代なのかと感謝しています。
まとめ
やっと念願のジェットのドップラーシフトを、波長別に、しかも時間変化をタイムラプス動画としてとらえることができました。これは分光で連続撮影に挑戦した結果なのかと思います。
でも実はこの連続撮影、元々はジェットを撮影する目的ではなく、もう一つ全然別のことを確かめたくて始めたものです。こちらの話も少しづつ進んでいますが、もう少し時間がかかりそうです。うまく結果が出たら、また記事にしようかと思っています。
