M 51(NGC 5194・銀河・りょうけん座)長焦点撮影とシンチレーションの影響

M 51 (NGC 5194), NGC 5195(Pair Galaxies・ Canes Venatici)
BKP300(1500mm f5), MPCC-MK3, HEUIB-II, Sony α7s (modification), ISO12800, 30s x 45=23m, TS-NJP, TemmaPC, α-SGRIII, 2020/02/24, 02h 29m, -2.0℃,Tomi City / Observatory, Viewing angle: 52 ′ x 35 ′ ↑ N

M 51 (NGC 5194) 光度:8.96mag, 直径:11.2′ x 6.9′, 分類:SA(s)bc pec; HII , z 0.001544, ARP 085, RA 13h 29m 52.711s DEC +47d 11m 42.6s (J2000.0)

NGC 5195(銀河)光度:10.5mag, 直径:5.8′ x 4.6′, 分類:SB0_1 pec; LINER , z 0.001551, ARP 085
視野角: 約23′ x 15’ ↑N

今シーズンのM 51です。一般的な解説と近傍小銀河については、昨年の投稿をご参照下さい。昨年、一昨年の画像と比較すると細部の解像度が上がったかのように見えます。その、理由については下記で少し考察してみました。

りょうけん座 M51周辺 ファインディングチャート
Tamron SP 70-200mm(85mm f4), Pentax K5IIS(ノーマル), ISO3200, 90s x 8=12分, TS-NJP, TemmaPC, α-SGRIII, 2019/05/04, +7℃, 東御市・観測所 ↑N

長焦点撮影時のシンチレーション(大気の揺らぎ)の影響など

画質が改善された理由の1つは、シーズン始めに行った光学系の調整で、特に接眼部の光軸不良が改善されて星像が良くなった影響が大きいでしょう。

最も大きな理由は、撮影日のシンチーレーション(大気の揺らぎ)の違いと、その対処方法の変更だと思われます。Fig-1は、同日(2020/06/05)の連続した30秒露出のコマから、シンチレーションの悪いコマと良いコマを抽出して並べた物です。

Fig-1 同日の連続した30秒露出画像から抽出

観測所の主望遠鏡は焦点距離1,500mm f5 (1.16秒角/pixel)、ISO12800で30秒〜60秒が、天頂付近でバックグランドの影響を受けない適正露出となります。通常、銀河の撮影では30秒露出のコマを連続して23〜45コマ(12分〜23分)撮影して、加算平均で合成しています。Fig-1の撮影日は特にシンチレーションの悪い日でしたが、星像の大きさを計測してみると良いときと悪いときでは星像の大きさが倍近く違うことがわかります。

星像の悪いコマを含めて合成すれば、当然画質に影響しますので、合成時には各コマの善し悪しを判断して悪いコマを徹底的に削除するようにしました。もしこれが、1コマ5分露出だったとすると、シンチレーションの悪いコマの影響は避けようがありません。ノイズとの兼ね合いではありますが、なるべく高感度で短い露出にするのが平均的なシンチレーションが悪い日本での長焦点撮影のコツのようです。

季節的要因と地形的要因。冬はジェット気流の影響を受けてシンチレーションは悪くなる。と言われていますが、それは惑星撮影などに影響する周期の非常に短い(1秒未満)数秒角以下の揺らぎで、1〜2秒角/pixel程度で撮影する場合はほとんどその影響は受けません(避けようがないとも言える、観測所のカメラは、1.16秒角/pixel)。1〜2秒角/pixel程度のシステムで星像を極端に悪化させるのは、局地的な地形等の影響を受けた地上付近の大きな揺らぎのようです。経験的にも、むしろ冬の方が影響を受ける日は少なく5月〜8月に悪化します。(地域によって事情は異なるでしょう)

適当に選んだ一つの星の星像直径(中央値)の時間変化をグラフ化してみました(横軸は時間、秒)。10分ほどの間に倍近く星像直径が肥大していることがあることがわかります。高層大気の流れが10分ほどで倍も変化するはずはないので、地上付近の大気の揺らぎ(風)によって引き起こされていると考えて良いでしょう。周期性はあるような無いような?はっきりしません。

地上付近の大気の影響ですから、観測地によって地域によって影響はかなり異なると思います。しかし短い露出で撮影して影響を受けたコマを削除するのは、どこでも有効な方法でしょう。当観測地は標高1100mの南斜面にあるため、他の場所よりも地上付近の揺らぎの影響を受けやすいと思われます。もっと平均的に安定した場所ならば数分の露出でも問題は無いのかも知れません。

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