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赤道仪

赤道仪

赤道仪（equatorial instrument），是一种天文专用设备，它可以按照地球的自转速度，与地球同步但反方向地慢慢转动，自动跟踪天体，使它们始终保持在一个固定的位置上。

赤道仪的标准配置由地平轴、极轴镜、赤经轴和赤纬轴等部件组成。赤经轴一般附有电机，以按地球自转速度匀速绕轴旋转。高级的赤道仪，即支持双电跟的赤道仪，其赤经轴也附有电机，可以通过导星系统和控制系统来控制赤道仪转动的方向和持续转动的时间。

常用的赤道仪有德式赤道仪（GEM）和中式赤道仪（CEM）。较小众的赤道仪有叉式赤道仪，天文台常用的是英式（轭式）赤道仪、马蹄式赤道仪和十字轴架台赤道仪。

历史沿革

最早的赤道仪发明于17世纪时的德国，其目的是为了能够方便观测天上的星体。我国的天文学研究具有悠久的历史，天文现象的观测由来已久。随着我国天文事业及航天事业的蓬勃发展，天文普及程度也越来越高，天文热正在兴起，尤其是青少年天文爱好者越来越多。但是在我国，天文爱好者观星大都是手动调节天文望远镜，这样操作起来复杂并且不精确，同时对操作者的天文专业知识也有较高的要求，给一些星空爱好者设置了比较高的门槛。因此，经过不断的发展，赤道仪应运而生。

主要组成部分

赤道仪是一种天文专用设备，用于支撑望远镜并使其能够瞄准天体。赤道仪可以按照地球的自转速度，与地球同步但反方向地慢慢转动，自动跟踪天体。在赤道仪的台架上，把赤经轴指向北天极（也就是地球的自转轴在天空中假象的位置，这个位置离天罡星非常近），就能简单地追踪星星的移动。天文爱好者德式赤道仪和叉式赤道仪，英式（轭式）赤道仪、马蹄式赤道仪则用在天文台和大型天文望远镜。

地平轴

地平轴为手动调整，观测者在观测时需要将赤道仪的朝向指北，就可以让赤道仪绕此轴转动。

赤经轴

赤经轴装有电机，电机转动速率和地球自转速率相同。用来跟踪星体，保证星体在观测画面中的位置不动。

赤纬轴

赤纬轴的一端安装有望远镜，使用时赤纬轴转动轴与地球自转轴平行。为了在转动天文望远镜时不会受到重力力矩的影响，保证转动平稳，一般在赤纬轴的另一侧安装了平衡望远镜用的重锤，其重力距与望远镜的重力距相抵消可以减轻转动望远镜的电机压力。赤纬轴的转动可以实时修复赤经轴的偏移。

极轴镜

用于精确对准北极星或南极星，以确保赤道仪的极轴与地球自转轴平行。

导星系统

高端赤道仪配备自动导星系统，通过导星镜和摄像头实时校正望远镜的指向误差。主要目的就是将天文观测的目标星体固定在观测视野中，不让星体随地球自转而漂移，以便支持长时间曝光拍摄以及后续的图像叠加等数据处理分析工作。

控制系统

现代赤道仪通常配备计算机化控制系统，实现导星的方法是能够迅速的处理观测到的图像数据，并进行相应的测量和计算，然后控制赤道仪进行指定的补偿转动。这个过程需要使用计算机程序来实现。计算机程序有两大核心，即数据结构与算法。数据由天文相机拍摄的观测图像来提供，而相应的导星算法则需要进行仔细的研究和设计，以便能够准确、高效率的完成导星任务。

分类

①德式赤道仪

德式赤道仪（GEM），结构是一个T字型，赤经轴架在垂直于地面的基座上，并依据地理纬度倾斜，是位于较低处的短棒（在图的低处对角线轴）；较高的棒是赤纬轴（在图上方的对角线轴），望远镜安置在赤纬轴的一端（图的左上方），在另一端是配重的重锤（右下方）用来保持平衡，防止追踪装置的损坏。赤经轴在T字的接合处下端装有轴承，使赤经轴易于转动。此处，它亦支撑上方的赤纬轴。

②中式赤道仪

中式赤道仪（CEM），学名为“中央平衡式赤道仪”（Central-balanced Equatorial Mount），是德式赤道仪的一个变种。它的结构与德式赤道仪类似，但是把赤纬轴上端连接望远镜的部分放到了赤经轴后端或中间。特点是在相同自重下具有比德式赤道仪更高的载重，并且在对极轴过程中，调整赤道仪的仰角更为省力。但是同样，它也需要中天翻转，而且要求比德式赤道仪更加严格。

③英式（轭式）赤道仪

赤纬轴在极轴当中，镜筒和平衡锤位于两侧，宜用于较低的地理纬度，用于固定天文台的小型太阳望远镜，如意大利伽利略天文台的122厘米望远镜。其优点是两轴在负荷下的变形不影响指向精度。缺点是不能观测天极附近的区域。

④马蹄式赤道仪

马蹄式赤道仪将极轴的轴承改为开放式的马蹄型结构，使便于观测极点附近的天体，常用于大型天文望远镜，如海尔望远镜就是用的马蹄式赤道仪。马蹄式赤道仪的特点是载重高，通常根据望远镜定制，可以承载很大的望远镜，同时体积很大，不便移动。

⑤叉式赤道仪

叉式赤道仪架台有一个叉子连接到作为地基的赤经轴，望远镜安装在分叉的另一端，因此它可以在赤纬轴上转动。大部分现代化量产的大型折反射望远镜和反射望远镜（200mm或更大的口径）往往都是这一类型。这种架台类似于经纬仪架台，但是方位角的轴以一个契形的硬件使倾斜与地球的自转轴吻合。

分级

赤道仪分级中，EQ是Equatorial （赤道仪）的缩写字母，代表的是采用赤道仪驱动。各厂商的赤道仪（包括代工贴牌）型号较多，大多沿用EQ系列，也有厂商使用不同的命名法。厂商型号数据大都不全，且各厂商对同一型号都有不同的改动与添加功能，各种改进版众多。以下分级采用的是Sky-Watcher的分级标准，根据机械结构、承重和精度分级。

EQ1级别

这一级别的赤道仪普遍指德式EQ1赤道仪，没有电机挂钩，离合器，同步齿轮这些东西，可以把极轴对准南北天极，赤经绕极轴转动跟踪星体，很常见的赤道仪，是最简单的一种，只有一套蜗轮蜗杆机构，只能利用调节杆连续调整望远镜的经度。一般与普及型天文望远镜相配。

EQ2级别

这一级别的赤道仪也很常见，在EQ1的基础上又增加了一套蜗轮蜗杆机构，这样就能在赤经赤纬两个方向上都能通过调节机构进行连续调整。基本上满足了调节之要求。实际上网上没有怎么提及EQ2，按照描述跟图片一对照感觉EQ2跟EQ1的图片是一个东西。

EQ3级别

EQ3赤道仪是Sky-Watcher推出的一款中级赤道仪，在EQ2的基础上把赤经赤纬的齿轮用铁皮什么的给包了起来，也是很常见的赤道仪，适用于更大尺寸的望远镜和更复杂的天文观测需求。EQ3赤道仪提供了更高的稳定性和精度，不仅满足在赤经赤纬两个方向上都能调节的需要，结构和精度以及稳定性上都远远好于EQ1、EQ2赤道仪，重量上也大的多，可加装自动跟踪同步电机，实现赤经自动跟踪，一般与中档以上的望远镜相配。

EQ4级别

EQ4赤道仪仿制自日本MIZAR赤道仪，是在EQ3赤道仪的基础上加了极轴水平微调螺丝，并且拥有的极轴镜，单跟，没有装自动寻星系统的能力，增加了极轴望远镜使极轴与地球自转轴平行的调整更加容易。一般与大口径高档次产品相配。从该型号开始更高级的都配极轴望远镜了。比EQ3更粗壮了，玩具到偏向仪器的分水岭。

EQ5级别

Sky-Watcher EQ5赤道仪是一款非常坚固和精确的赤道仪，适合严肃的天文观测和天体摄影。该赤道仪提供了高稳定性和多种实用功能，拥有自动寻星系统的能力。极轴、赤纬轴都装有同步电机，实现了双轴自动跟踪。

EQ6级别

Sky-Watcher EQ6-R Pro 是一款具有 GoTo 功能的计算机化赤道仪，EQ6赤道仪能够精确跟踪夜空，适合长时间曝光天文摄影。EQ6赤道仪的核心规格包括内置 ST-4 自动导星端口、采用坚固的全金属结构、可提供44 磅的有效载荷能力以及带有大量物体数据库的 SynScan 计算机手动控制器。EQ6赤道仪配备皮带驱动步进电机，可提供比EQ5赤道仪更高的精度和准确度。

EQ7级别

EQ7赤道仪，一般指Sky-Watcher CQ350，是一款介于EQ6和EQ8之间的平衡赤道仪。是一款EQ2的小改赤道仪，拥有比EQ6更高的精度。

EQ8级别

EQ8赤道仪是高性能的德式赤道仪，具有全金属内部结构、RA 和 DEC 轴上的皮带传动装置、内置 USB 3.0 集线器和大量电源和串行端口、集成电缆管理系统、SynScan 计算机化 GoTo 系统等功能。EQ8赤道仪主要针对天文观测和深空摄影爱好者，是一款天文台级天文摄影支架，最大承重能力达 110 磅。EQ8赤道仪有两个版本：Sky-Watcher EQ8-R和带编码器的 Sky-Watcher EQ8-Rh 型号。

使用方法

正确使用一台赤道仪需要经历至少三个步骤：安装、调平衡、对极轴。带有goto功能的赤道仪还要进行goto设置。

安装

赤道仪安装时从下至上依次安装，不同赤道仪可能会有不同的安装方式，对照对应的赤道仪产品说明书都可以解决。需要注意的细节：很多赤道仪的三脚架上会有一个凸起，这个凸起要冲向北方放置（南半球冲向南方）；有水平泡的赤道仪要保证水平泡水平；不需要全部拧下来的螺丝不要完全拧下来，防止螺丝丢失；赤道仪仰角调节到当地地理纬度。

调平衡

自动赤道仪还是手动赤道仪都需要调平衡。调平衡时，分别松开望远镜赤经轴和赤纬轴的两个主动螺栓，利用杠杆原理，观察望远镜的偏转。分别通过调整重锤位置来调整赤经轴的平衡，调整望远镜相对于鸠尾槽的前后位置来调整赤纬轴的平衡，达到镜随手动，镜随手停的效果即可。平衡调好后，将望远镜恢复到原来位置，之后再次松开主动螺栓，检查平衡。若没问题，望远镜就平衡了。

第一步：极轴调整。使望远镜极轴和地球自转轴平行，指向北天极（南半球指向南天极）。

第二步：计算被观测天体观测时刻的时角（t）。

第三步：操作望远镜对准天体。

对极轴的常用方法

赤道仪对极轴分为粗对和精对，使用中焦以下的镜头拍摄星野，跟踪时间在几分钟内的，粗对极轴就可以（市面的星野赤道仪基本都能达到这个标准）。跟踪更长时间或者使用长焦拍摄，就需要通过使用极轴镜精对。找到北极星是对极轴第一步，要找到北极星，用手机星图软件配合、寻找。如果北斗可见的话，利用北斗七星定位天罡星比较容易。

对准步骤

第一步：极轴调整。使望远镜极轴和地球自转轴平行，指向北天极。

1．主镜与赤道仪、三角架连接好，把有“N”标志的一条腿摆在正北方。调整三角架高度，使三角架台水平。

2．松开极轴（赤经轴）制紧螺钉，把主镜旋转到左边或右边。松开平衡锤制紧螺钉，移动平衡锤，使望远镜与锤平衡。把望远镜旋回上方，制紧螺钉。

3．松开极轴与地平轴连接制紧螺钉，上下扳动极轴，使指针对准观测地点的地理纬度（例：济南市地理纬度为+36.6°，即北纬+36.6°），制紧螺钉。

4．松开赤纬轴制紧螺钉，转动望远镜使其与极轴平行（亦即与当地经线圈平行），制紧螺钉。

5．从望远镜（或调好光轴的寻星镜）中观看北极星是否在视场中央，如有偏差，则需对极轴的地平方位角，地平高度角作精细调整，直至北极星在视场中央不再移动。

6．拧动时角刻度盘，零时（0h）对准指针；拧动赤纬刻度盘，90°对准指针（有的在出厂时已经固定好90°或0°）。至此，您的望远镜就与地球自转轴、观测点子午面完全平行。任凭地球转动，望远镜始终都对着天罡星。特别提示：极轴调整好后，三脚架、极轴方位角、高度角都不能有丝毫移动，否则要重新调整。北天极与北极星不完全重合，而是向紫微星偏1°。

第二步：计算出观测点观测时刻的地方恒星时。

1．从当年天文年历（北京天文馆每年出版一本）中查出2002年5月1日世界时0h格林尼治地方恒星时为：14h35m00s。

2．从相关资料中查出济南市（观测点）地理经度为东经117°，化为时角为7h48m00s（15°=1h，1°=4m，1’=4s）。

3．用下面公式计算 s=S°+（m北-8h+λ）+（m北-8h）*0.002738式中 s 地方恒星时，在观测点所测定的春分点γ的时角 S° 世界时0h格林尼治地方恒星时 m北北京地方平时 λ 观测点的地理经度（时角） 8h 北京时间是东八时区标准区时 0.002738 换算系数（1/365.2422）将已知数据代入公式 S=14h35m00s+（19h00m00s-8h+7h48m00s）+（19h00m00s-8h）*0.002738 =14h35m00s+18h48m00s+00h1M48s =33h24m48s 因为结果大于24h，所以要把其中的24h化为一天，减去24h。S=43h25M13s-24h=19h25m13s答：2002年5月1 日北京时间19h00m00s时的济南市地方恒星时是5月2日09h24m48s。

第三步：计算被观测天体观测时刻的时角（t）。 t：以本地子午圈为起点，由东向西将整个圆周分为24小时（每小时等于15°）。例：狮子座内的m65（河外星系）。

1．查出该天体在天球上的坐标为：赤经α=11h18m00s；赤纬δ=13°13’。赤经α：天体在天球上的经度，以通过春分点γ的经纬为0点，由西向东将圆周分为24小时。赤纬δ：天体在天球上的纬度，以天赤道为0°，向北正向南负，各分90°。

2．用公式计算t=s-α t=09h24M48s-11H18m00s= -1h53m12s

第四步：操作望远镜对准天体。

1．松开赤纬轴制紧螺钉，旋转主镜，先对准天赤道（赤纬度盘0°），然后向北旋转δ=13°13’，对准赤纬度盘指针，制紧螺钉。

2．松开极轴制紧螺钉，绕极轴向东（时角t为负）旋转望远镜，将m65的时角-1h53m12s对准时角刻度盘指针，制紧螺钉。

3．先用低倍镜观测m65，如不在视场中央，可用赤经赤纬微调手轮将天体调整到视场中央。由于地球转动，目标会渐渐移出视场，要不断用微调手轮跟踪。若为自动跟踪赤道仪，打开电门即可。

特别提示：第二天再观测该天体时，因地球公转，该天体的时角将增加3m56s，变为-1h49m16s。

作用

赤道仪是为了改进望远镜的地平式装置而发明制作的，赤道仪的作用是克服地球自转对观星的影响。

初学者使用地平式装置找星时，熟悉常见的亮星和一些有指向功能的星座，看星图通过认识的星座去认别的星座难度不大。但使用地平式望远镜看星时，由于地球的自转，所观察的星星会跑出视野外，随着放大倍率的增加这种现场越加明显。赤道仪的就是让望远镜转动的速度和地球一样，且方向和地球自转方向相反，以此来消除地球自转的影响。

赤道仪使用的坐标系是赤道坐标系，它相当于一个和星星一起旋转运动的大网格。由于它和星星一起转动，所以描述每颗星位置的两个值--赤经和赤纬是不变的。赤道仪就是一个试图让望远镜和这个网格一起转动的装置。将赤道仪的极轴对准北天极（理想的情况下）完全对准后，赤纬不需要调整,让望远镜在赤经（或称时角）方向按星星的行进速度匀速转动，就可以让这颗星一直保持在望远镜视野内，这个速度是每天360°，此方法为自动跟踪。手动跟踪则需要每隔一段时间调整赤经旋钮。