المحاذاة القطبية

في نصف الكرة الشمالي، يُعد رصد نجم الشمال (بولاريس) الإجراء المعتاد لمحاذاة المحور القطبي لحامل التلسكوب مع محور الأرض . ^{[ 1 ]} يقع نجم الشمال على بعد ثلاثة أرباع درجة تقريبًا من القطب السماوي الشمالي، ويمكن رؤيته بسهولة بالعين المجردة.

يمكن رصد نجم سيجما أوكتانتيس ، المعروف أحيانًا باسم نجم الجنوب ، في نصف الكرة الجنوبي لإجراء محاذاة قطبية. وبقدره الظاهري +5.6، يصعب على الراصدين غير المتمرسين تحديد موقعه في السماء. ويضعه ميله البالغ -88° 57′ 23″ على بُعد 1° 2′ 37″ من القطب السماوي الجنوبي. ويوجد نجم أقرب منه، هو بي كيو أوكتانتيس، بقدر ظاهري +6.9، على بُعد 10 دقائق قوسية من القطب الجنوبي اعتبارًا من عام 2016. ورغم أنه غير مرئي بالعين المجردة، إلا أنه يُرى بسهولة في معظم التلسكوبات القطبية. (سيكون في أقرب نقطة له من القطب الجنوبي، أي عند 9 دقائق قوسية، في عام 2027).

في نصف الكرة الشمالي، يمكن إجراء محاذاة تقريبية عن طريق محاذاة محور حامل التلسكوب بصريًا مع نجم القطب الشمالي (بولاريس) . أما في نصف الكرة الجنوبي أو في المناطق التي لا يُرى فيها نجم القطب الشمالي، فيمكن إجراء محاذاة تقريبية بالتأكد من استواء الحامل، وضبط مؤشر خط العرض ليتوافق مع خط عرض الراصد ، ومحاذاة محور الحامل مع الجنوب أو الشمال الحقيقيين باستخدام بوصلة مغناطيسية (مع مراعاة الانحراف المغناطيسي المحلي ). قد تكون هذه الطريقة كافية أحيانًا للمراقبة العامة من خلال العدسة العينية أو للتصوير الفلكي بزاوية واسعة جدًا باستخدام كاميرا مثبتة على حامل ثلاثي القوائم؛ وغالبًا ما تُستخدم، مع تلسكوب مثبت على خط استوائي، كنقطة انطلاق في علم الفلك للهواة .

توجد طرق لتحسين دقة هذه الطريقة. على سبيل المثال، بدلاً من قراءة مقياس خط العرض مباشرةً، يمكن استخدام مقياس ميل دقيق ومعاير لقياس ارتفاع المحور القطبي للحامل. إذا استُخدمت دوائر ضبط الحامل بعد ذلك للعثور على جسم ساطع ذي إحداثيات معروفة، فسيكون الاختلاف بين الجسم والمحور القطبي في السمت فقط، بحيث يُكمل توسيط الجسم عن طريق ضبط سمت الحامل عملية المحاذاة القطبية. عادةً، توفر هذه الطريقة دقة كافية لالتقاط صور مقربة للسماء باستخدام أجهزة تتبع (أي أجهزة آلية).

بالنسبة للتصوير الفلكي من خلال عدسة أو تلسكوب ذي تكبير كبير، فإن طريقة محاذاة أكثر دقة ضرورية لتحسين المحاذاة الأولية، باستخدام أحد الأساليب التالية.

يمكن تحقيق محاذاة مناسبة للمراقبة البصرية والتصوير بتعريض قصير (يصل إلى بضع دقائق) باستخدام منظار قطبي. وهو تلسكوب ذو تكبير منخفض يُركّب محوريًا مع الحامل (ويُضبط لزيادة دقة هذه المحاذاة). تُستخدم شبكة خاصة لمحاذاة الحامل مع نجم القطب الشمالي، أو مع مجموعة من النجوم القريبة من المنطقة القطبية في نصف الكرة الجنوبي. في حين أن المناظير القطبية البدائية كانت تتطلب في الأصل ضبطًا دقيقًا للحامل ليتناسب مع وقت السنة واليوم، يمكن تبسيط هذه العملية باستخدام تطبيقات حاسوبية تحسب الموضع الصحيح للشبكة. تستخدم شبكة حديثة لنصف الكرة الشمالي نمطًا يشبه وجه الساعة مع 72 قسمًا (تمثل فترات 20 دقيقة) ودوائر للتعويض عن انحراف نجم القطب الشمالي على مدى حوالي ثلاثين عامًا. يتيح استخدام هذه الشبكة محاذاة دقيقة في حدود دقيقة أو دقيقتين قوسيتين. ^{[ 2 ]}

محاذاة الانحراف هي طريقة لتحسين المحاذاة القطبية بعد إجراء محاذاة أولية. تعتمد هذه الطريقة على محاولة تتبع النجوم في السماء باستخدام محرك الساعة ؛ أي خطأ في المحاذاة القطبية سيظهر على شكل انحراف النجوم في العدسة العينية/المستشعر. تُجرى بعد ذلك تعديلات لتقليل الانحراف، وتُكرر العملية حتى يصبح التتبع مُرضيًا. لضبط ارتفاع المحور القطبي، يمكن محاولة تتبع نجم منخفض في الشرق أو الغرب. أما لضبط السمت، فيُحاول المرء عادةً تتبع نجم قريب من خط الزوال، بانحراف يبلغ حوالي 20 درجة عن خط الاستواء، في نصف الكرة الأرضية المقابل لموقع الرصد.

بالنسبة للتلسكوبات المزودة بكاميرا تصوير متصلة بجهاز كمبيوتر، يُمكن تحقيق محاذاة قطبية دقيقة للغاية (في حدود 0.1 دقيقة قوسية). تُجرى محاذاة أولية تقريبية باستخدام منظار القطب. ثم تُلتقط صورة، وتُستخدم قاعدة بيانات النجوم لتحديد مجال الرؤية بدقة عند توجيه التلسكوب نحو النجوم القريبة من القطب - وهي عملية تُعرف باسم "حل اللوحة". بعد ذلك، يُدار التلسكوب 90 درجة حول محور صعوده المستقيم، وتُجرى عملية "حل لوحة" جديدة. يُحسب الخطأ في النقطة التي تدور حولها الصور مقارنةً بالقطب الحقيقي تلقائيًا، ويمكن تزويد المشغل بتعليمات بسيطة لضبط الحامل من أجل محاذاة قطبية أكثر دقة. ^{[ 3 ]}

يمكن حساب الخطأ القطبي في الارتفاع والسمت بتوجيه التلسكوب نحو نجمين أو بإجراء عمليتي قياس فلكي لموقعين مختلفين وقياس الخطأ في المطلع المستقيم والميل. ^{[ 4 ]} من الفرق بين المطلع المستقيم والميل لمشفّر التلسكوب وموقع النجم الثاني، يمكن حساب خطأ الارتفاع والسمت في المحاذاة القطبية. الصيغ الأساسية هي كما يلي: $${\displaystyle {\begin{aligned}\Delta \alpha &=\Delta e\cdot \tan \delta \cdot \sin h+\Delta a\cdot (\sin \Phi -\cos \Phi \cdot \tan \delta \cdot \cos h),\\\Delta \delta &=\Delta e\cdot \cos h+\Delta a\cdot \cos \Phi \cdot \sin h,\end{aligned}}}$$ أين

${\displaystyle \alpha }$هو الصعود المستقيم،

${\displaystyle \delta }$هو الانحراف،

${\displaystyle \Phi }$خط عرض الموقع،

${\displaystyle h}$هل زاوية الساعة لنقطة المرجع تساوي (${\displaystyle \alpha }$- التوقيت النجمي المحلي )،

${\displaystyle \دلتا \alpha }$خطأ في المصعد المستقيم،

${\displaystyle \دلتا \دلتا }$خطأ في الانحراف المغناطيسي،

${\displaystyle \Delta e}$الخطأ القطبي في الارتفاع (الارتفاع)،

${\displaystyle \Delta a}$الخطأ القطبي في السمت.

يمكن حساب المعكوس إذا كُتبت الصيغة أعلاه بصيغة المصفوفات. لذا، يمكن حساب الخطأ القطبي المُعبَّر عنه بـ Δe و Δa من Δα و Δδ بين مُشفِّر التلسكوب والنجم المرجعي الثاني.

يُعد برنامج Polar Alignment with Excel طريقةً لمحاذاة الحوامل الاستوائية للتلسكوبات الفلكية، باستخدام كاميرا رقمية وجهاز كمبيوتر. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

التصوير الفوتوغرافي

تُركّب كاميرا رقمية مزودة بعدسة قياسية على التلسكوب وتُوجّه نحو القطب السماوي. يُضبط التعريض على الوضع "B" (Bulb)، وتُلتقط صورة أثناء تدوير الكاميرا ببطء حول المحور القطبي. ^{[ 7 ]} ينتج عن ذلك صورة تُشبه مسار النجوم. يجب تحديد بداية ونهاية مسارات النجوم بوضوح من خلال بضع ثوانٍ من التعريض الثابت. وبسبب الدوران، تُخفى معلومات الاتجاه الحالي للمحور في الصورة. بدلاً من ذلك، يمكن التقاط صورتين ثابتتين، تختلفان باختلاف الدوران حول المحور القطبي.

تقييم

لتقييم الصور، تم تطوير جدول بيانات إكسل خاص. بالنسبة لثلاثة نجوم، تُقاس إحداثيات XY المستطيلة عند طرفي مسارها أو على كلتا الصورتين الثابتتين. بالإضافة إلى ذلك، نحتاج إلى المطلع المستقيم والميل الحاليين للنجوم الثلاثة، وخط طول وعرض المرصد، وتاريخ ووقت التقاط الصور. ثم يُخرج جدول البيانات التصحيحات اللازمة للسمت وارتفاع القطب بالدرجات، وفي حقل إضافي، يُظهر عدد لفات براغي الضبط، مما يسمح بالوصول المباشر إلى المحاذاة الصحيحة.

العدسة العينية ذات الشعيرات المتقاطعة هي عدسة عينية عادية، والفرق الوحيد هو وجود شعيرات متقاطعة فيها لتوجيهها وقياس المسافة الزاوية . وهذا مفيد في جميع أنواع المحاذاة القطبية، وخاصةً في حالات الانحراف.

يتم إدخال تلسكوب صغير، عادة ما يكون مزودًا بشبكة محفورة ، في محور دوران الحامل.