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Resumen
Dado
que el trabajo esta orientado fundamentalmente al Aficionado principiante,
se describirán los métodos y montajes más sencillos
que pueden encontrar a su disposición al encarar su construcción
de forma casera. A tal fin se describirá detalladamente uno de ellos
y se darán detalles de construcción al final.
1. Dispositivos de Guiaje
Supongamos que montamos
nuestra cámara fotográfica con su objetivo standard de 50
mm de distancia focal sobre un montaje fijo, un trípode por ejemplo,
y efectuamos una exposición de varios minutos de duración,
el resultado que obtendremos puede observarse en la figura. Los trazos
que se observan en la fotografía son el resultado del desplazamiento
de las imágenes de las estrellas sobre la placa fotográfica
como resultado del movimiento de rotación de la Tierra sobre su
eje, el mismo movimiento que produce la salida y puesta de todos los astros
(Sol, Luna, Planetas, Estrellas, etc.).
Para compensar este movimiento
de la bóveda celeste, se utilizan montajes que se encuentran animados
con un movimiento que, acompañando la rotación de la Tierra,
compensa este y anula el efecto que tiene sobre las tomas fotográficas
de larga exposición. La complejidad del montaje, que de ahora en
mas llamaremos simplemente "astrógrafo", queda determinada por la
distancia focal del objetivo que se utilice para efectuar la toma fotográfica,
cuanto mayor sea la distancia focal del objetivo, mayor deberá ser
la precisión en el guiaje. Para demostrar este hecho pensemos lo
siguiente:
La longitud del trazo que
dejará un astro sobre la película fotográfica en una
toma sin seguimiento, depende de la "velocidad lineal" del astro (La "velocidad
lineal" depende del coseno de la Declinacion, mientras que la velocidad
angular es constante para toda la esfera celeste), y de un factor denominado
"escala de placa", el cual se calcula mediante la expresión:
s = 206.265/f
(1)
Donde:
s,
es la escala de placa medida en segundos de arco por mm lineal ( "/mm )
206.265,
es una constante igual a la cantidad de segundos de arco que hay en un
radian
f,
es la distancia focal del objetivo medida en mm.
En esta expresión
puede observarse claramente que cuanto mayor sea la distancia focal del
objetivo, menor será la escala de placa (menor cantidad de cielo
representada por mm lineal), y como para una misma región del cielo,
la velocidad lineal de la esfera celeste será la misma, el trazo
que un astro producirá sobre la placa fotográfica, será
mayor cuanto mayor sea la distancia focal del objetivo.
Incluso en el caso de efectuar
una toma de larga duración con astrógrafo, la utilización
de objetivos de largas distancias focales tendrá un efecto pernicioso
en el resultado final de nuestro trabajo, ya que cualquier pequeño
desperfecto en el astrógrafo, un pequeño error en el guiaje,
ó una simple vibración, se verá drásticamente
incrementado en la placa fotográfica dada su menor escala de placa,
por esta razón, usualmente, cuando se encara la tarea de patrullaje
fotográfico, se utilizan objetivos de cortas distancias focales
(Hasta 80 mm de distancia focal), los cuales no solo permitirán
cubrir amplias zonas de cielo, sino que además permitirán
obtener resultados espectaculares con la utilización de simples
dispositivos astrográficos como el que se describirá a continuación.
2. El astrógrafo
El astrógrafo que
se describirá a continuación fue concebido basándose
en 3 premisas básicas a saber:
1. Economía, el astrógrafo
debe poseer un costo que lo haga accesible a cualquier situación
económica.
2. Precisión, debe
brindar un seguimiento que permita analizar las placas fotográficas
y realizar con ellas trabajos serios y confiables
3. Versatilidad, debe ser
posible utilizarlo en cualquier situación, prescindiendo incluso
de la disposición o no de energía eléctrica.
La primera condición
se logró utilizando para la construcción, casi exclusivamente
la madera (por este motivo es que este tipo de montajes suelen ser llamados
"maderógrafos"), a excepción de los tornillos de calado y
movimiento, esto se ve claramente en la figura, en la cual puede observarse
el astrógrafo totalmente desarmado.
La segunda condición
se logró utilizando un sistema de brazo tangencial, el cual ofrece
una muy buena precisión para los tiempos de exposición usualmente
empleados en las tomas efectuadas por los aficionados.
La tercera condición
se cumplió utilizando un sistema de tornillo y brazo tangencial
a fin de generar el movimiento de relojería, con lo cual se prescinde
totalmente de la energía eléctrica, ya que este movimiento
lo imprime el operador manualmente.
2.1 Despiece
Como puede observarse en
la figura, en su configuración básica el astrógrafo
esta conformado por las siguientes piezas:
* El Conjunto Base-Plataforma
ecuatorial
* El Conjunto Brazo tangencial-Eje
ecuatorial
* El Conjunto Pasador del
Tornillo milimétrico-Tornillo milimétrico y circulo graduado
Como ya se ha mencionado,
esta configuración es básica, y dada la gran versatilidad
de la que goza el astrógrafo, no presenta limitaciones en cuanto
a accesorios o dimensiones, como podrá observarse mas adelante.
Por ejemplo, el autor incluyó un cursor iluminado el cual permite
visualizar fácilmente las divisiones del circulo graduado al operar
el astrógrafo, no obstante lo cual, el astrógrafo funciona
perfectamente si no dispone de este accesorio.
A continuación se
describirá cada uno de los conjuntos que conforman el astrógrafo
separadamente.
2.2 La Base-Plataforma Ecuatorial
El diseño del maderógrafo
esta tomado de la montura ecuatorial, la cual se basa en un plano fundamental,
el plano ecuatorial, paralelo al plano ecuatorial celeste, y un eje fundamental,
el eje polar, el cual apunta directamente al polo celeste elevado y es
el eje sobre el cual se realiza el guiaje.
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Tal como se observa en la
figura, la base del astrógrafo esta formada por dos tablas unidas
por bisagras, la base propiamente dicha y la plataforma ecuatorial, esta
base cumple tres funciones muy importantes:
* La primera es la de darle
estabilidad a todo el conjunto permitiendo el alojamiento de algún
tipo de contrapeso sobre la plataforma inferior.
* La segunda es la de nivelar
todo el conjunto mediante tres tornillos calantes dispuestos también
en la plataforma |
inferior.
* La tercer función
es la de apuntar el eje polar, lo cual se logra dándole al ángulo
que se forma entre la plataforma inferior y la superior (ecuatorial), un
valor igual a la distancia Cenital del polo celeste elevado, este ángulo
puede calcularse fácilmente mediante la expresión:
Donde:
,
es el ángulo que debemos darle a la abertura del astrógrafo
,
es el valor absoluto de la altura del polo elevado, que es igual al valor
absoluto de la latitud del lugar
De este modo, basta con
conocer la latitud del lugar para poder apuntar con suficiente precisión
al polo celeste, colocando la abertura apuntando en sentido contrario al
polo elevado, por otra parte, por hallarse unidas estas dos plataformas
con bisagras, será posible utilizar este astrógrafo en cualquier
lugar del planeta ya que al ser estas plataformas móviles, podrán
ser ajustadas a prácticamente cualquier distancia cenital requerida.
2.3 El Brazo Tangencial-Eje Ecuatorial
Como veremos, el brazo tangencial
es el único componente del astrógrafo que debe cumplir con
ciertos requerimientos dimensionales ya que de la longitud de este, y mas
específicamente, de la distancia d que existe entre
el centro del eje ecuatorial y el punto en que actúa el tornillo
milimétrico sobre este, dependerá la velocidad angular del
brazo tangencial, por lo tanto esta dimensión no podrá quedar
sujeta a la libre decisión del constructor, será esta mencionada
distancia, quien condicione la longitud del brazo tangencial,
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Para el calculo de la distancia
d consideremos lo siguiente:
La bóveda celeste
efectúa una revolución (360 grados), cada día, para
ser mas exacto, cada día sidéreo, el cual posee una duración
de 23h 56m 4s (1436,06 minutos), como el movimiento de la esfera celeste
es un movimiento circular uniforme (MCU), podemos utilizar la expresión:
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Donde:
, es la velocidad angular del móvil
, es el ángulo descripto por el móvil
t,
es el tiempo empleado en recorrer la trayectoria
para calcular la velocidad
angular de la esfera celeste, la cual será igual a la velocidad
angular que se deberá imprimir al brazo tangencial del astrógrafo
para efectuar el seguimiento de los astros, por lo tanto la velocidad angular
de la esfera celeste será:
ec
= 360º / 1436,06m = 15’ 2,47" por minuto
Ahora bien,
se conoce por una parte el valor del arco descripto por la esfera celeste
cada minuto, valor calculado arriba, y por otra, se sabe que se utilizará
para imprimir el movimiento de relojería del astrógrafo,
un tornillo de paso milimétrico, el cual posee la característica
de que por cada vuelta que efectúa el tornillo, este avanza 1mm,
así las cosas, el problema queda reducido a calcular cual deberá
ser la distancia d, ó radio de giro del brazo tangencial,
para que cada vuelta del tornillo desplace el brazo tangencial un ángulo
igual al descripto por la esfera celeste en un minuto, que es lo mismo
que decir que le imprima al brazo tangencial una velocidad angular igual
a la velocidad angular de la esfera celeste
Aplicando la identidad trigonométrica:
tg
= sen / cos
al cálculo del radio
de giro, podemos observar, figura superior, que en dicha identidad el sen
se encuentra representado por el desplazamiento del tornillo, el cual es
de 1mm, y el cos por el radio
de giro d, por lo tanto reemplazando términos y despejando
este ultimo factor de (3) se obtiene:
d = 1mm / tg =
228,5 mm
que es la distancia d
a la que debe ubicarse el tornillo del centro del eje del brazo tangencial,
y es como mínimo la longitud que deberá tener el brazo tangencial.
Ahora bien, para el calculo
de la distancia d, en la expresión (4) se asumió
que el sen se encuentra representado
por el desplazamiento del tornillo, esto se verifica solo si el ángulo
considerado es muy pequeño, como puede observarse en el esquema
superior, a medida que el ángulo crece, también lo hace la
diferencia entre el arco descripto por el brazo tangencial y la trayectoria
del punto de contacto entre el tornillo milimétrico y el brazo,
el cual es tangente al arco mencionado, todo esto trae aparejado que al
incrementar los tiempos de exposición, también se incrementen
estas diferencias, produciendo la aparición de trazos en las imágenes
estelares como las observadas en la figura inicial. Podría calcularse
con relativa facilidad cual seria el tiempo máximo que se podría
dar a una exposición sin que se notaran las diferencias mencionadas
para un determinado objetivo, cosa que no se tratara en esta ocasión,
aunque como dato, valdrá mencionar que la practica indica que utilizando
un objetivo de 50 mm de focal, la exposición máxima ronda
los 20 minutos para las zonas ecuatoriales.
Respecto del eje ecuatorial
puede decirse lo mismo que se ha mencionado oportunamente para el diseño
en general del astrógrafo, puede estar constituido, como en el instrumento
que ilustra este trabajo, por un eje torneado el cual se aloja en un buje
embutido en la plataforma ecuatorial, o puede tratarse simplemente un tornillo
pasante que sujeto al brazo tangencial le sirva a este de pivot.
En el astrógrafo
que se observa en las figuras, el eje ecuatorial cumple la función
adicional de puntería, ya que posee un agujero pasante que posibilita
la observación directa de las estrellas cercanas al Polo celeste,
en el caso del hemisferio austral la estrella Octantis,
facilitando enormemente la tarea de puesta en estación del astrógrafo.
2.4 Conjunto Pasador del Tornillo milimétrico-Tornillo
milimétrico y circulo graduado
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El pasador del tornillo
milimétrico esta formado por una pieza triangular de madera en la
cual se han embutido tuercas por ambas caras triangulares, por las cuales
corre el tornillo milimétrico, brindándole por un lado estabilidad,
y por otro un punto fijo sobre el cual avanzar, estas son las únicas
dos funciones que cumple esta pieza, por su parte, el tornillo milimétrico
es el encargado de imprimirle el movimiento de relojería al brazo
tangencial, y el círculo graduado permite visualizar durante el
guiaje la magnitud de la rotación que se debe imprimir al tornillo,
en la figura puede apreciarse el astrógrafo armado con el cabezal
universal donde se monta la cámara fotográfica, el cursor
iluminado y la batería que alimenta el foquito destinado a iluminar
el cursor.
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Para finalizar, y a modo de
ejemplo de la precisión que se puede obtener con tan simple astrógrafo,
en la figura siguiente, puede observarse una fotografía tomada utilizando
el instrumento descripto en este trabajo con una cámara Olimpus
OM-10, objetivo de 50mm, película de 100 ASA y 10 minutos de exposición,
en la misma se pueden observar estrellas de magnitud 11 ubicadas en la
región del Centauro, la Cruz y parte de Carina, y como objetos notables
pueden observarse el Saco de Carbón y la nebulosa de Eta Carina.
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