赤道儀

第三章 架台的種類

 3-1 經緯儀式架台  3-2 赤道儀式架台  3-3 德式赤道儀式架台
 
3-4 叉臂式赤道儀式架台

第四章 支撐腳的種類
 4-1 三腳架  4-2 直柱腳架  4-3 大型基座腳架


第三章 架台的種類
3-1 經緯儀式架台

  原理--不管是折射式、反射式還是折反射式天文望遠鏡,都必須安裝在架台上才能使用。經緯儀式架台(簡稱經緯儀)就是其中一種架台。經緯儀是可以讓望遠鏡在垂直(上下)方向及水平(左右)方向自由轉動,以方便找尋天體的一種架台,而且是最容易使用的架台。其實攝影用的三腳架,也是一種經緯儀,只是三腳架比起天文望遠鏡用的經緯儀,三腳架的體型較小、強度也較弱罷了。
  構造--經緯儀有垂直及水平這兩個可轉動軸,且這兩軸互相垂直。水平軸就等於是地平面的方位角,垂直軸則等於是仰角,所以可以利用這兩個轉動軸找到任何一個位置的天體。這兩軸安裝在一個基座上,這個基座下再接著三腳架,利用三腳架將整組望遠鏡的高度提高到適合的位置以方便操作。不管是那家廠商生產的或大或小的經緯儀,都是這個方式。
  為了避免經緯儀的這兩個轉動軸在不平衡時自行轉動,各軸上會有一個固定用的離合器。鬆開離合器時,可以自由轉動垂直軸及水平軸;旋緊離合器就固定住經緯儀,望遠鏡也就不會動了。在某些高級的經緯儀上,還會有可以微調的微動裝置,可以讓經緯儀在固定住離合器時,進行細微的位置調整。這種微動裝置在望遠鏡使用高倍率觀察天體時,特別需要。
  操作方法--使用經緯儀找尋天體的步驟是:先鬆開固定用的離合器,然後先轉動經緯儀的水平方向轉軸,到目標天體的下方附近,再轉動經緯儀的垂直轉軸向上到目標天體的位置(這個動作叫做粗動),旋緊離合器後,再用微動裝置微調望遠鏡的位置,讓天體能出現在視野正中央。由於地球會自轉,所以任何天體無時無刻都在自東向西移動,再加上經緯儀並沒有自動追蹤天體的功能,所以必須時常微調望遠鏡的位置,讓天體保持在視野的中央。因此,當需要長時間的使用經緯儀來觀察天體時,觀察者必須不斷地轉動垂直及水平這兩個微調桿,調整望遠鏡的位置,讓天體不至於脫離視野。如果在觀測的同時,需要對天體進行描繪或是測量時,觀測者就無法同時操作經緯儀、又要描繪天體。例如以80倍左右的倍率觀察滿月,大約2分鐘的時間,整個滿月就完全脫離視野了。而觀察行星時倍率更高,大約不到10秒鐘,視野內就看不到行星了。所以說,經緯儀並不是最方便、最適合的望遠鏡架台,經緯儀最大的優點,可能就是價格便宜吧!


3-2 赤道儀式架台

  種類--最常見的赤道儀種類有:德式赤道儀、叉臂式赤道儀、英式(框架式)赤道儀及馬蹄式赤道儀等。德式赤道儀及叉臂式赤道儀是目前業餘天文同好最常使用的赤道儀架台,有方便操作、容易移動的特點。生產的廠牌眾多、體型大小也有非常多的選擇。英式赤道儀已幾乎看不到使用者了,它只能用在固定的天文台內,現在只剩極少部份小型的太陽望遠鏡還用這種赤道儀。至於馬蹄式赤道儀本來只用在大型天文台的望遠鏡上,如帕洛馬山的赫爾天文台,但最近有廠商推出32~60公分搭配馬蹄式赤道儀的輕便型移動式望遠鏡,以方便、輕量為特色,也得到不少天文同好的喜愛。
  原理--第一眼看見赤道儀,大多數入門者可能都覺得赤道儀很複雜,可能很難操作。其實,瞭解赤道儀的原理後,就會發現赤道儀才是容易操作、最適合長時間觀察天體的望遠鏡架台。
  地球的自轉軸對著南極或北極點,以一天的時間自西向東自轉一圈,所以天體都是東方升起、西方落下。赤道儀上有一固定軸,也是對著北極點(在南半球就是南極點),這個固定軸稱為極軸。極軸就等同於地球的自轉軸,而繞著極軸旋轉的赤經軸就等於是縮小的地球了。因此,如果赤道儀的赤經軸旋轉方向與地球相反,而且也是一天旋轉一圈,那麼赤道儀就能一直跟著天體運動,天體也就能一直保持在望遠鏡的視野內了。


3-3 德式赤道儀式架台

  構造--經緯儀有垂直及水平兩個轉動軸,赤道儀也是有兩個轉動軸,分別是赤經軸及赤緯軸。但經緯儀的水平轉軸是平行於地面,赤道儀卻是傾斜的,這是經緯儀與赤道儀最大的不同點。觀看赤道儀的外觀,有一個銜接三腳架的基座,這個基座是固定不動的。在這基座上有一個傾斜的軸,這個傾斜的軸就是極軸,而在極軸上有一個可轉動軸,稱為赤經軸。垂直於赤經軸的另一個可轉動軸稱為赤緯軸。極軸傾斜的角度等於觀測地的地球緯度,在北半球就是北極星的仰角高度。如果把極軸對準北極點(不是北極星),那極軸就等於是地球的自轉軸,這時極軸上的赤經軸只要相反於地球自轉的方向轉動,就可以一直「追」著天體跑,天體也就一直在望遠鏡的視野內了。
  離合器--為了不讓望遠鏡在稍不平衡的狀態下自行轉動而造成望遠鏡碰撞損壞,在赤經軸及赤緯軸上都有固定用的離合器。鬆開離合器時,可以自由轉動赤經軸及赤緯軸;旋緊離合器就固定住赤道儀,望遠鏡也就不會動了。而在任何一部赤道儀上,都會有可以微調的微動裝置,可以讓赤道儀在固定住離合器時,進行細微的位置調整。較早時期或較低價的赤道儀上,微動裝置都是可手動也可電動的;而在較高級或較高價位的赤道儀上,微動裝置都只能電動,無法手動。至於優缺點就見仁見智了。
  極軸調整螺絲--在赤道儀上除了赤經、赤緯這二軸可以轉動外,還有二個可以小範圍移動的地方,這二個就是極軸的方位與高度調整螺絲。這二個可以小範圍移動的調整螺絲,完全是為了調整極軸用的。也就是說,利用這二個調整螺絲可將極軸導入正確的位置。
  極軸望遠鏡--要把赤道儀對正正北極點有許多種方法,最快的方法就是利用極軸望遠鏡這種輔助工具。這是一支裝在極軸的中心位置、與極軸完全平行的望遠鏡,倍數不高,通常在十倍以內。在極軸望遠鏡的鏡片上有刻劃北極星與正北極點的位置,利用這支極軸望遠鏡來看北極星附近的天空,再用極軸時刻盤來知道北極星與正北極點之間的相對位置,調整赤道儀上的方位及高度調整螺絲,將北極星導入正確的位置,如此正北極點也就正確地導入了。


3-4 叉臂式赤道儀式架台


第四章 支撐腳的種類
4-1三腳架

  大多數業餘的天文同好,使用的都是中小口徑的天文望遠鏡,而且經費上可能無法在自家屋頂上或自有土地上蓋一座天文台。所以每當朔月時分、天氣晴朗的日子,同好們就會把『愛機』搬到高山上去看星星。就因為需要時常搬動望遠鏡到戶外,所以中小口徑的天文望遠鏡都使用三腳架來支撐整部天文望遠鏡組,以方便搬運。三腳架的意思就是用三支腳組成一個支撐用的基座,赤道儀(或經緯儀)及望遠鏡就安裝在這個基座上。
  材質--三腳架的材質有木製及鋁製等二種。木製的三腳架較不易因碰撞而變形,但相對的重量就較重,在搬運時較吃力,適合給中小型赤道儀使用。鋁製三腳架因為是空心的,所以重量較輕,但強度上較弱,只適合給小型赤道儀使用。不過也有廠商生產專給中型以上赤道儀使用的鋁合金三腳架,強度非常充足,只是重量不輕,搬運時較吃力。
  型式--三腳架有固定式及伸縮式等二種型式。通常木製三腳架是固定式的,固定式的意思是說:固定式三腳架的長度是不能改變的。這種不能改變長度的三腳架,在強度上是比較足夠的,所以適合用在較重的赤道儀及望遠鏡上。但是固定式三腳架的缺點是不能通用於各種型式的望遠鏡。例如使用折射鏡來觀察高仰角的天體時,目鏡的位置是在最下方,如果這時用的是短的木三腳架,那可能得躺在地上才能看了。因此,長三腳架較適合用在折射鏡、短三腳架則較適合用在反射鏡上。
  鋁製三腳架大都是伸縮式的,伸縮式的意思是說:伸縮式三腳架的長度是可以調整的。因此一部伸縮式三腳架可以適用於各種望遠鏡,只要在使用折射鏡時把腳架伸長、使用反射鏡時把腳架縮短就好了。可以自由調整長度是伸縮式三腳架最大的優點,但是為了可以調整長度,就必須做成空心的,這反而會造成強度上的不足。所以輕量型的鋁製伸縮三腳架只適用於小型的赤道儀,如果要用在中型赤道儀上,得大幅度提高腳架的強度,這反而會比木製三腳架還重上許多,失去了輕量的意義。
  在三腳架的中央下方會有一個三角形平板或一個置物盒來放置目鏡等觀測用配件,這個平板稱為置物盤。三角形置物盤的各頂點與各腳銜接固定住,盤上除了可放置一些觀測配件外,還有固定住三腳架,以防三腳架滑開的功能。另外在各支腳架的末端做成尖狀,可以讓腳架刺入較鬆軟的地面,讓腳架更穩定。


4-2 直柱腳架

  型式--對於整組重量會有上百公斤的中大型望遠鏡,三腳架的支撐穩定性可能會有所不足,這時就不能再用三腳架而需要改用金屬製的直柱腳架了。直柱腳架是由一段圓柱型的金屬直柱加上三支如爪子般的腳架組成的,這三支爪子般的腳組成一個穩定的基座以支撐整組望遠鏡的重量。在這三支腳的末端會有一顆大型螺絲,這顆螺絲是用來調整赤道儀的水平。
  直柱腳架也有長短之分,長的直柱腳架適合折射鏡用;短的直柱腳架則用於反射鏡。不過也有廠商生產了一種組合式的直柱腳架,當使用反射鏡時,就只用一段的長度;而使用折射鏡時,就用二段的長度,這對同時擁有折射鏡及反射鏡的人來說,真是相當方便。
  材質--直柱腳架只有金屬製這一種,而且不能伸縮,為的就是提供望遠鏡及赤道儀一個最好的穩定性。相對的,因為是金屬製的,所以直柱腳架就不太適合搬運。並不是說直柱腳架不能搬運,而是因為重量的因素而不方便搬運到戶外去使用。
  直柱腳架也有置物盤,不過置物盤是在側邊,不像三腳架台的置物盤是在中央下方。雖然置物盤是在側邊,不過它可以繞著中央的直柱來調整位置,所以使用上仍然是很方便的。


4-3 大型基座腳架

  型式--不管是三腳架還是直柱腳架,都是為中小型望遠鏡及赤道儀設計的,在大型如30公分以上或天文台級的望遠鏡上,用三腳架或直柱腳架在強度及穩度性上都是不足的,必須用大型的基座腳架才能提供足夠的支撐。
  大型基座腳架並沒有固定的型態,各種形狀都有,差別的地方只有基座的高度不同。高的基座適合用在德式赤道儀、折射鏡或是蓋賽格林式焦點的反射鏡,而低的基座則用在叉臂式赤道儀或牛頓式焦點的反射鏡。其實不管是高的還是低的基座腳架,架上望遠鏡後的高度可能都比觀測者的身高來的高,因此在觀察天體時,必須使用觀測梯來適應不同仰角時目鏡座的高度。同時,大型基座腳架沒有置物盤這種配件,所有的觀測工具如目鏡等,都放在觀測梯上以便更換,甚至就裝在望遠鏡上不拆卸下來,如CCD等。
  材質--大型基座腳架都是金屬製的,而且是固定在觀測室內,安裝校正完畢後,完全不能再移動,所以穩定性也是各種腳架中最好的。甚至於與基座腳架接觸的觀測室地面及地下的建物還要特別加強,並且與觀測室其他部份的建物分離,以儘可能的提高整組望遠鏡的強度及穩定性。