ガイド撮影で長時間露光にチャレンジしよう

 小さな天体を大きく写したければ、焦点距離を長い望遠レンズや望遠鏡を使うことになる。拡大率が上がるにつれ、赤道儀のモーターによる追尾誤差が目立ってくるため、それを補正するシステムが必要になる。“ビギナーでも〜”と呼ぶには難しい内容だが、この趣味の延長線上に何があるのかお見せしたいと思う。


望遠鏡によるクローズアップ撮影

 広角レンズで天の川や星野写真を楽しんでくると、次はそれぞれの星雲・星団を大きく写したくなる。子供の頃、図鑑でアンドロメダ銀河やプレアデス星団、馬頭星雲など見て、胸をときめかせたことがあるかもしれない。そのような写真は当時は天文台の大型の望遠鏡が必要だったが、昨今のデジタル撮影技術の進化は、私たちアマチュアにも手軽に撮る機会を与えてくれた。

 星雲・星団を撮影にするためには、300mm以上の望遠レンズや写真撮影に適した望遠鏡が必要になってくる。一眼レフカメラのキットズームでも、ダブルズームキットならば、300mmまで使えるものも多い。この大きさになればアンドロメダ大星雲を十分な大きさで楽めるだろう。

 より本格的にチャレンジするには、望遠鏡が必要だ。望遠鏡の焦点距離は300mm〜3000mmと幅広いが、500mm前後が扱いやすく、最も多くの対象を楽しむことができる。ただし、単に赤道儀に望遠鏡を載せて、シャッターを開ければきれいに写るというわけにはいかない。焦点距離が長くなると、“ガイド撮影”というテクニックが必要になる。

焦点距離が長い望遠レンズや望遠鏡を使ったり、露出時間が長くなると、追尾エラーが目立つようになる。エラーを補正する目的でオートガイドを行うことで追尾エラーを最小限にできる。


「ガイド撮影」のしくみ

 天体の淡い光を受け止めるには、できるだけ長くシャッターを開けたまま、光をため込むことが大切だ。しかし、夜空の星々は日周運動によって、東から西へどんどん動いていってしまう。逃げていく星を追いかけるためには赤道儀のモーターを使えばよいことは前回解説したが、赤道儀のような機械製品には精度誤差が必ず存在するため、赤道儀の追尾精度は100%完全にはならない。

 それでも焦点距離が短かく、露出時間が短ければ誤差が目立つことはないが、望遠鏡(もしくは望遠レンズ)を使うと、追尾誤差が無視できなくなってくる。そのため、誤差を何らかの手法で検知し、修正するシステムが必要になる。それが“ガイド撮影”である。

 ガイド撮影では、写真を撮影するための望遠鏡(=撮影鏡)とは別に、ガイド用の望遠鏡(=ガイド鏡)を用意する。つまり、赤道儀の上に望遠鏡が2本並ぶことになる。ガイド鏡にはオートガイダーと呼ばれるCCDカメラを取り付ける。このCCDカメラに写りこんだ星を“ガイド星”という。

 もし、赤道儀の追尾が完全であれば、ガイド星はCCDカメラの撮像センサー上で、その位置を変えることはない。逆に追尾エラーがあれば、ガイド星はセンサー上を動いていくので、ピクセル座標値からその動いた量と方向を検出できる。オートガイダーは、赤道儀のモーターに、検出したズレを打ち消すように信号を送る。これを繰り返し、追尾誤差を補正していく。

 つまり、赤道儀はゆっくりと恒星時駆動をしながら、オートガイダーの指示に従って数秒おきに微小な修正を行うことになる。このように機械的誤差を超えた、長く正確な露出を行う事をガイド撮影という。

本格的な望遠鏡による直焦点撮影セット。撮影用の主鏡に加え、ガイド鏡が上積みされるため、より強固な赤道儀が必要になる。ガイド鏡にはオートガイダーと呼ばれる追尾誤差を補正するための専用装置を取り付ける。オートガイダーはPCに接続されており、さらに赤道儀へのモーターへと回路がつながる。PCはオートガイドのほか、撮影のコントロールや対象の自動導入にも用いる。

オートガイダーはガイド星を受けるCCDカメラと、ズレを検出するユニット、赤道儀へ補正信号を送出するコントロール部に分けられる。これはPC上のオートガイダーソフトウェアで、右下のグラフを見ると誤差を補正しながら追尾していることがわかる。


ガイドシステムのつくりかた

 ガイド撮影に必要なパーツは、主にガイド鏡とオートガイダーである。ガイド鏡は何でもよいから星が写ればいいので、比較的安価な鏡筒が選ばれる。

 一方のオートガイダーは、ガイド星を写すCCDカメラと、ズレを検出するユニット、赤道儀に補正信号を送るユニットと3つのはたらきをひとつにまとめたものをいう。3つが一体化されているものもあれば、そのうちの1つをPCのソフトウェアで処理するものなど、形態はさまざまだ。

 最も安価にすませるのであれば、いわゆるウェブカメラを使い、ズレの検出と補正信号の送出はパソコン上のソフトウェア(フリーソフトもある)で行うこともできる。ただし、ウェブカメラは天体用途としては感度が低く、適切なガイド星が見つからない場合もある。その点、オートガイダーとして作られた専用品は感度が高く、扱いやすい。

 撮影時は、これらのガイド鏡とデジタルカメラを取り付けた望遠鏡を平行に接続する。アルミプレートを使って横に並べたり、親子亀のように上に載せる方法など、いろいろなやり方があるが、どちらでもしっかりと固定されていれば問題ない。望遠鏡をくるむバンドやアルミプレートの強度が十分でないと、撮影中にたわんでしまい、せっかくガイド撮影を行っても、たわみの分だけ追尾エラーを起こし、星が丸く写らずに細長くなってしまう。

撮影鏡とガイド鏡は平行に取り付ける。一般的にはアルミプレートを使うが、プレートが薄いとたわんでしまい、追尾エラーになる。プレートを撤廃した親子亀方式でもいいが、親子亀用の鏡筒バンドを使わなければならない。


撮影対象を自動で写野内に入れる

 天体写真撮影で、写す対象である星雲・星団のうち、肉眼で見えるものはそれほど多くない。アンドロメダ銀河やすばるは例外中の例外だ。ほとんどは淡すぎて全く見えない対象ばかりだ。目に見えなければ、ファインダーで構図を確認することもできないし、そもそも写野内に対象が入っているかどうかも分からない。そこで活用したいのが“自動導入”である。

 自動導入とは、赤道儀のモーターを高速回転させ、指定した天体まで望遠鏡を向ける機構だ。ハンドコントローラに小型のプラネタリウムソフトが内蔵されたコンパクトなものもあるが、PCと赤道儀を接続して、PC上のプラネタリウムソフト「ステラナビゲータ」を使うのが最も簡単だ。画面上をマウスでクリックしたところに望遠鏡が自動で動いてくれる便利さは、一度使うともうこれが無くては天体写真など撮れないと思ってしまうくらいだ。

 ただ、自動導入を行うためには、自動導入対応の赤道儀が必要になる。一昔前の古い赤道儀のモーターは恒星時駆動のためだけであり、自動導入としては使えない場合が多い。

自動導入対応の赤道儀(GOTO赤道儀)を使えば、目的の対象を自動で導入してくれる。特に、ステラナビゲータの写野枠機能を使えば、画面の中央に撮影対象がない構図でも簡単に合わせられる。


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