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赤道仪

时间:2013-09-13来源:机器视觉网http://shixinhua.com 作者:石鑫华 点击: 999999次

赤道仪

赤道仪是以一根平行于地球自转轴旋转的轴,就能追随着天空(天球)旋转的仪器装置。这种类型的装置常用于望远镜、卫星碟和相机。赤道仪的优势在于它能够允许联接在其上的装置只需要以固定的速率驱动一根轴就可以追踪天空中以周日运动运行的任何天体。当作为卫星碟时,赤道仪的装置允许只转动一根轴就能同时指向好几颗地球同步卫星。
台北市立天文科学教育馆内公众大厅中摆设的折射镜连赤道仪
台北市立天文科学教育馆内公众大厅中摆设的折射镜连赤道仪
 

望远镜架台

望远镜的赤道仪,赤经轴(赤经)和配对的第二根赤纬轴(赤纬)是互相垂直的轴。赤道仪的赤经轴往往会配置一个机械化的时钟驱动器,所以这样说是因为这根轴的旋转以23小时56分钟旋转一周,很精确的与天空视周日运动同步。它也可以配置定位圈,可以直接标示出天体的天体坐标。赤道仪的装置不同于机械较简单的经纬仪,经纬仪需要以变速转动两个轴才能追踪固定在天球上的天体。此外,在天文摄影,影像也不能在焦平面上旋转,当使用经纬仪追踪目标的运动时,就必须安装旋转棱镜或其它的场消除器来修正。
 
装置望远镜的赤道仪架台有许多种的设计:德式、叉式、越轴式/英式、马蹄式、轭式。在过去的20年,有越来越多的机械化追踪装置或新增的设备被电脑化的物件取代。它们有两种主要的型式,数位化的定位圈由附有天体数据库的电脑与编码器组成;电脑监控望远镜指向天空中的位置。操作者必须驱动望远镜,但Go-to系统(多数的情况下)使用伺服马达使操作者完全不须要接触望远镜就可以改变望远镜指向天空的位置。在这些系统中的电脑通常是使用手持的摇杆或紧邻的膝上型电脑控制,就可以使用电子摄影机来捕获影像;现代化的望远镜系统通常还包括一个自动引导的入口。当进行天文摄影拍摄天空时,特殊的仪器可以追踪指定的恒星,并且调整望远镜的位置。要这样做,自动导引必须能够透过望远镜的控制系统下达指令。这些命令可以弥补追踪系统尚为小的错误,像是驱动望远镜转动的涡杆驱动器的周期误差。
 
在新设计的天文台,数十年来一直受到青睐的大型专业用的赤道仪已经不再受到喜爱。大量的新工具使经纬仪(上下和左右移动)装置的结构更为稳定,电脑化的追踪和场消除器很容易就能达到专业级的水平。但是,在业余天文学的水平上,赤道仪还是相当普遍,特别是在天文摄影上。
 

德式赤道仪架台

德式赤道仪架台
德式赤道仪架台
德式赤道仪架台 (有时采用英文缩写为 "GEM")的原型结构是一个T字型,赤经轴架在垂直于地面的基座上,并依据地理纬度倾斜,是位于较低处的短棒 (在右图的低处对角线轴);较高的棒是赤纬轴 (在图上方的对角线轴),望远镜安置在赤纬轴的一端(图的左上方),在另一端是配重的重锤(右下方)用来保持平衡,防止追踪装置的损坏。赤经轴在T字的接合处下端装有轴承,使赤经轴易于转动。此处,它亦支撑上方的赤纬轴。
改良的德式赤道仪则将赤纬轴由接近中心的位置移至赤经轴的另一端。
业余用的德式赤道仪可以用内置之极轴望远镜对准天极。
德式赤道仪是天文爱好者最常用之赤道仪架台(观测或天文摄影用),从6厘米(2.4吋)的折射镜到35厘米(14吋)史密特-卡赛格林式折反射望远镜多采用这种赤道仪。
台北市立天文科学教育馆内公众大厅展出之德式赤道仪。
台北市立天文科学教育馆内公众大厅展出之德式赤道仪。

开放叉式架台

开放叉式架台
开放叉式架台
开放叉式架台有一个叉子连接到作为地基的赤经轴,望远镜安装在分叉的另一端,因此它可以在赤纬轴上转动。大部分现代化量产的折反射望远镜(200mm或更大的直径) 往往都是这一类型。这种架台类似于经纬仪架台,但是方位角的轴以一个契形硬件使倾斜与地球的自转轴吻合。
许多中等大小的研究用望远镜,它们的口径范围在0.5米至2.0米,也使用叉式赤道仪

英式或轭式(约克)架台

英氏架台的虎克望远镜。
英氏架台的虎克望远镜。
英式架台约克架台有一个框架或,而赤经轴的轴承在顶端和底部的末端,望远镜就安置在框架或轭的中间,并作为可以旋转的赤纬轴。望远镜通常完全安置在轭的内部,但是也有例外,像是威尔逊山2.5米反射镜,并且无需像德式赤道仪架台安装配重。
原始的英国轭式架台的设计有个缺点,即不便于观察接近天球北极或南极附近的天体。

马蹄铁式架台

海尔望远镜的马鞍式架台。
海尔望远镜的马鞍式架台。
马蹄铁式架台改善了英式或轭氏架台的缺点,将极轴的轴承改为开放式的马蹄型结构,使便于观测极点附近的天体。海尔望远镜是使用马蹄铁式架台最明显的例子。

十字轴架台

十字轴架台
十字轴架台
十字轴架台英国十字轴架台像一个大型的加号(+),赤经轴支撑在两个端点,而赤纬轴就大约连接在赤经轴的中央附近,它的一端是望远镜,另一端是平衡重量的配重盘(重锤)。
 

功能

赤道仪最大特点在于其中一条转轴(赤经轴)与地球自转轴平行,当赤道仪令望远镜沿此轴以一恒星日一周的速度自东向西转动时,便可抵消地球自转的影响,令目标天体的影像固定于视场内,以方便观测及拍摄。由于赤经轴在使用前一定要对准北天极(以北极星为指标),所以赤经轴亦称为极轴。
 
由于以赤道仪追踪恒星,望远镜亦跟着星空“绕目标天体转动”,视场与视场内的天体不会有相对运动(包括转动),而利用经纬仪追踪时,只有单纯把目标天体固定,视场中其他恒星会以目标星旋转,对拍摄造成影响;这也是早期赤道仪不能被经纬仪取代的一个重要功能。

推动装置

在电力发明前,赤道仪通常人手操作、利用水力转钟或发条转钟等机械装置推动。在电力发明后则采用马达。由于太阳、月球、彗星皆相对于背景恒星运动,故此现代的赤道仪能调校马达转速,使赤道仪能调校速度(加速或减速)以锁定这些天体。
 

精度

赤道仪的追踪精度主要由下列几项条件决定(主要是对业余使用的可携式设备):
  1. 真极轴对准程度:架设赤道仪时,如果没有正确对准天球的极轴,再好的仪器也会有偏差。必须参考观测地的经纬度,与恒星时来校正。
  2. 赤经轴齿轮齿数:赤道仪的赤经轴齿轮齿数越多,,相对的每次微动的角度就可以变小。
  3. 齿轮间隙:由一齿咬合换到下一齿时,力矩动力的传递并无法很顺利的转动。长期不当的使用会造成齿轮咬合度不佳,间隙就会变大。
  4. 极轴望远镜校正:必须确定赤经轴的机械转动轴心,是与极轴望远镜的光学轴心有完全平行,如此极轴对准才有意义。如果无法一致,可以改用漂移法校准极轴(赤经轴)。
  5. 载重:主望远镜镜筒及附属配备本身若过重,超过驱动马达的推动能力,会加速转动部分(齿轮与轴承等)的磨损,也会影响赤道仪的追踪精度。
 
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