前回かなり反響のあったSWAT+AZ-GTiの組み合わせですが、その後さらに試してみました。今回は特に精度について少し議論します。あと、名前をつけてあげました。
命名
せっかくなのでこのSWATとAZ-GTiの組み合わせに名前を付けてあげようかと思います。
いろいろ考えたのですが、SWAT+AZ-GTiなので「SWAgTi」というのはどうでしょうか?ただしgは発音せず「スワッティ」と呼びます。
ユニテックの方もカッコイイと言ってくださいました。メーカーのお墨付き(?)ももらえたということで、これからはこの組み合わせ、「SWAgTi」と呼ぶことにしたいと思います。よろしくお願いします。
鏡筒をFS-60CB+マルチフラットナーに
実用度を上げるために、もう少し焦点距離を伸ばすことを考えました。具体的には鏡筒を前回の焦点距離135mmのFMA135から変更して、焦点距離370mmのFS-60CB+マルチフラットナーにしてみました。カメラはお手軽にということでそのままのUranus-Cで冷却は無しです。暑い夏なので、ダークノイズの処理をどうするかちょっと迷っています。この画角なら、選択肢となる天体もかなり増えるかと思います。焦点距離が長くなるので、ノータッチガイドだとより精度が要求されます。SWATがどこまで行けるのか?テストも兼ねています。
鏡筒の変更に伴い、まだ大丈夫かと思うのですが一応ウェイトを付けました。どうしても鏡筒側が重たくなってしまって、回転ネジなどを緩めた際にガクンと落ちてしまうことを避ける意味です。ただし、手持ちの最軽のウェイトでも重すぎるので、ウェイト側に荷重がかかっていますが、それでも回転して鏡筒側がストンと落ちるよりはマシでしょう。
実はこの状態で最初に試した時、カメラを見たら星がグワングワン揺れていました。鏡筒を重くしただけでこれだけ揺れるのか???と一瞬思ったのですが、いろいろ触ってみるとSWATとAZ-GTiのねじ込みが全然十分ではありませんでした。しっかり締め込むと、FS-60CB程度の重量ではピクッともしないくらい、多少の風があろうが、揺れは全く気にならなくなりました。もし自分で試したセットアップで揺れが気になるようなら、各箇所のねじ込みをしっかり確認してみてください。
この状態でどのくらいの精度が必要なのか少し議論してみます。
必要な極軸精度
SWATの高精度の追尾性能を活かしてノータッチガイド撮影で露光時間を伸ばしたい場合、重要になるのが極軸調整の精度です。どれくらいの精度で合わせると、どれくらいドリフトで星像が流れる可能性があるのかというのは、以前簡単に評価したことがあって、
ざっくりですが「1分角の精度で極軸を合わせると、4分間で1秒角、星が流れる」ということです。これは星が最も早く動く、天の赤道上の星像での評価なので、最大これくらい流れると言う意味で、天の赤道から離れるとこのずれは小さくなっていきます。
例えば、前回のFMA135とUranus-Cだと焦点距離135mmとセンサーが11.2mm×6.3mmで3856×2180なので、このページなどを利用して計算すると
水平方向では約4.79度角(=17200秒角)の視野となり、横方向の3856ピクセルで割ると1ピクセルあたり約4.5秒角となります。これだと天の赤道上でも(4分x4.5秒角/1秒角=)18分露光くらいしてやっと1ピクセル以上流れ始めるので、相当余裕があることになります。
今回のFS-60CB+マルチフラットナーだと焦点距離が370mmになるので、水平方向で1.73度角の視野となり、1ピクセルあたり約1.6秒角となります。これでも天の赤道上で(4分x1.6秒角/1秒角=)6.4分くらいして1ピクセルのずれなので、前回試した3分間露光としても倍以上余裕があります。最も星像が流れていく天の赤道儀上でこれなので、逆に言うと今回は2分角くらいの精度で極軸をあわせれば十分と言うことになります。
ただ、何の手段もなく適当にやって2分角の精度はさすがに出ないので、私はSharpCapの極軸合わせ機能を使っています。この機能、SharpCapのかなり初期の頃から搭載されていますが、現在では有料版でしか使うことができません。もう8年位前の記事になりますが、詳しくはこちらを参照してください。
相当簡単に極軸の精度が出るので、この機能だけでもSharpCapを有料版にしてもいいくらいかと思います。
問題は、今回のセットアップのようにSWATの下に微動雲台がない場合です。以前井戸端さんの微動自由雲台を評価した時の様に、微動調整機構があればいいのですが、今回は三脚の足の伸び縮みと、三脚の足をずらして水平回転を調節しています。そこそこの微調整になるので、少しテクニックが必要ですが、なれれば1分角くらいまでなら何とかなります。あと、1分角くらいの精度になってくると、大気密度によるズレが問題になってくるので、SharpCapの環境設定の極軸設定タブのところで、きちんと緯度経度を設定して大気補正オプションをオンにするようにしてください。
SWATの精度
1ピクセルあたりの秒角が、SWATの精度を超えなければ、原理的には露光時間に制限はなくなります。例えば今回使っているSWAT350 V-spec PremiumではPECを使うとピリオディックモーションが+/-2.8秒程度ということなので、先ほど計算したFMA135の場合1ピクセルあたり 4.5秒角なので、SWATで発生する誤差は1ピクセルと同等か僅かに大きいくらいのレベルになります。FS-60CB+マルチフラットナーでは1ピクセルあたり 1.6秒角なので、SWAT起因の揺れが3ピクセル程度になります。
SWATの精度が、1ピクセルあたりの秒角を超えてしまうと、星像に歪みが出る可能性が出てきます。ピリオディックエラーは理想的にはSin波で表されるので、振幅が大きいところでは変化は小さく、振幅が小さいところでは変化は大きいです。そのためピリオディックモーションの周期よりも露光時間が長い場合にはピリオディックモーションの振幅が1ピクセルを超えると星像は伸びますが、短い場合には星像の伸び幅は、どのタイミングで撮影したかに依ってきます。撮影した画像が使えるか、使えないかはの歩留まりりつの評価は天リフさんのSA-GTi赤道儀の記事の最後の方での説明
が秀逸ですので、説明はそちらに譲りたいと思います。
現実的には、2ピクセルくらいまでの揺れは許容範囲であること、何よりシンチレーションや風の揺れなどで星像が乱されることも多く、SWAT単体での揺れがその範囲内に収まる場合には、SWATの精度は問題になりません。今回の撮影でも星像を見る限り、3分露光では370mmの焦点距離でも歩留まり率は100%でした。もちろん許容範囲は人にも寄りますが、ピリオディックモーションや特定方向に軟かくて揺れが出る時は一方向に揺れるのでスタックしても目立ちますが、シンチレーションなどの場合は星像が楕円になったとしても撮影ごとにランダムな方向になっているので、スタックすると目立ちにくかったりもします。
実際の星像
実際に3分露光と5分露光で比較してみます。
3分露光だと風とかの突発的な現象が起きない限り、星像の伸びはほぼないと言っていいでしょう。目で見ている限り、ピリオディックモーションによる星像の伸び縮みは確認できませんでした。突発的な伸び縮みは見られましたが、これはSWATの精度とは別で、ランダムな方向に出てくるので、スタックしてしまうとある程度平均化されるので、あまり目立つことはありません。
3分露光の1枚撮り。
5分露光だと、少し星像が伸びてしまう画像が出てきます。下の画像はピリオディックモーションと思われる縦方向に周期的に伸び縮みする揺れの一番大きな振幅の時の典型的なものです。縦方向に少し伸びていることがわかります。
実際にはこれ以上のランダムな方向の揺れが(5分露光の時にも、3分露光の時にも)存在するのですが、ピリオディックモーションは伸びる方向は決まっているので、スタックしても同じ方向の伸びが目立つことになります。
300秒露光で16枚撮影して、上と同程度の星像のものが4枚くらいありました。ちなみに、その4枚も含めて16枚をスタックしたものが以下になります。
この程度だと他の上手く撮れているものと混ざるので結果としてはほとんど目立たないですが、必要によっては間引いた方が星像が丸に近くなります。よく見るとやはり若干縦方向に伸びてしまっていますでしょうか?これくらいなので、気になる人は気になるかもれませんが、実用上はほぼ問題がないくらいかと思います。
まとめ
まとめると、ノータッチガイドだと、370mmの焦点距離と2.9μmのピクセルサイズで、3分露光くらいだと十分に実用的、5分露光だとピリオディックモーションが影響し始めてくるといったところです。もちろん上で議論したように、焦点距離を短くしたり、ピクセルサイズの大きいカメラを使うなどで露光時間を改善できる可能性があります。
すでに記事がかなり長くなっているので、とりあえず、今回は実験的なことはここまでとします。次回は実際に長時間撮影してみてです。
あとおまけで、開発側のユニテックさんとやりとりした際、かなり面白い話を聞いたので、少し紹介します。
長期間の安定性にも有利とのこと
今回のSWAT+AZ-GTiの組み合わせをユニテックの方にお知らせしたところ、かなり興味を持って頂き、ユニテックのブログの方で紹介していただきました。
とても面白いと言うことで、胎内の星まつりでこのセットアップを展示したいとの提案がありました。どんどん盛り上がりの方向にいきそうで、期待してしまいます。その際のメールのやりとりの中で、いくつか非常に興味深い話を伺うことができました。他メーカーなどの話もあったので、そこらへんのところはうまくぼかしつつ、一般に有益かと思われる話を書いておこうと思います。
ユニテックでも以前2軸の制御を考えたそうです。2020年頃に実際SWATを2つ使い、2軸で制御するモデルが発表されました。いくつかテスト記事はありますが、今のホームページに「赤緯モード搭載」とあるのがおそらくその機能かと思うのですが、追尾スイッチを「DEC」モードに合わせることで追尾を止めることことで実現するものと思われます。あまりあらわに2軸とは書いてなくて、コスト的には不利になることは否めないのかと思います。
今回のアイデアで最も評価してもらえたのが、高速での粗動をAZ-GTiに、低速での微動をSWATに「分けた」ことでした。特に長期の安定性についてコメントして頂いたのですが、この視点は私は完全に欠落していたところです。メールからの一部引用になりますが紹介します。
「というのは、一つのウォームギアで超高精度の恒星時運転と高速にギュインギュイン回して自動導入を兼ねるのは高精度の維持という観点からかなり不安なんです。赤道儀の場合、数十倍速程度の低速運転だけなら長期間心配ないですが、自動導入対応の高速運転を長時間させると最悪焼き付きを起こすことも考えられなくはないです。SWATでも現構造のまま1万倍速で長時間試験したり、かなり無茶(実際の使い方なら100年分くらい?)な実験をしましたが、最終的に焼き付くことはありませんでした。ただウォームの歯面とメタル軸受けの摺動部に潤滑不足の摩耗が生じて歯面が傷だらけで、ハードな使用には何からの対策は必要でした。
解決策として、ウォームギアを2段に配置し、高精度追尾用と粗動用を分けようかというアイデアがあったのですが、大きく、しかも重くなり、それぞれに適したギアと駆動系が2セット必要になるなど、高価になりすぎて現実的ではないと即ボツになりました。
解決策として、ウォームギアを2段に配置し、高精度追尾用と粗動用を分けようかというアイデアがあったのですが、大きく、しかも重くなり、それぞれに適したギアと駆動系が2セット必要になるなど、高価になりすぎて現実的ではないと即ボツになりました。
今回のAZ-GTi載せは、粗動と微動を分けることで、見事に上記の問題を解決してしまいました。
しかもAZ-GTiの高機能も満喫できます。私もやってみたくなりました。(笑)」
とのことです。長期間で考えると、ピリオディックモーションの補正に関しても影響があるかもとのことでしたが、こういったことも解決でき製品寿命も伸びるのではということです。メーカーの方からここまで言ってもらえるのは感無量です。