De alt-azimuth montering, ook wel alt-az montering genoemd, is een van de meest fundamentele en intuïtief te begrijpen constructies voor het ondersteunen en richten van een telescoop. De naam is een samentrekking van "altitude" (hoogte) en "azimuth" (horizontale richting), de twee assen waarrond de telescoop beweegt. Het principe is zo eenvoudig als het klinken kan: de telescoop beweegt op en neer langs de hoogtehoek, en draait horizontaal over het volledige 360 graden van het kompasroos. Elke camera op een statief, elke verrekijker op een tafel, elk kanon op een affuit werkt in essentie op hetzelfde principe.
Historische oorsprong
De alt-azimuth montering is de oudste vorm van instrumentele sterrenkunde. Reeds in de oudheid gebruikten Babylonische en Griekse astronomen primitieve versies ervan om de hoogte van sterren boven de horizon en hun horizontale positie te bepalen. Het astrolabium, een instrument dat al eeuwen voor onze tijdrekening in gebruik was, maakte gebruik van exact hetzelfde coördinatenstelsel. De eerste formeel geconstrueerde alt-azimuth instrumenten voor systematische observaties werden gebouwd in de periode van Tycho Brahe in de zestiende eeuw, die op zijn observatorium Uraniborg op het Deense eiland Hven grote, nauwkeurig vervaardige alt-azimuth kwadrantinstrumenten gebruikte om sterposities te meten. Later, in de achttiende en negentiende eeuw, werden alt-azimuth monterings verfijnd door instrumentmakers als Jesse Ramsden en Edward Troughton, die ze toepasten op grote meridiaancirkels en universaalinstrumenten in sterrenwachten wereldwijd. Het beroemde Grote Refractor van de Greenwich Sterrenwacht, en talloze andere historische instrumenten, waren aanvankelijk op varianten van dit systeem gemonteerd.
Technische werking
De constructie van een alt-az montering bestaat uit twee loodrecht op elkaar staande assen. De verticale of azimuth-as staat loodrecht op het horizontale vlak en laat de telescoop horizontaal draaien. De horizontale of altitude-as staat loodrecht op de azimuth-as en is parallel aan de lokale horizon, waardoor de telescoop naar boven en naar beneden kantelt. De combinatie van deze twee vrijheidsgraden stelt de gebruiker in staat om elk punt aan de hemelbol te bereiken. In eenvoudige uitvoeringen zijn beide assen voorzien van klemschroeven en fijnbewegingen, zodat de waarnemer de telescoop nauwkeurig op een object kan richten en kleine correcties kan uitvoeren. Bij moderne alt-az monterings voor grotere telescopen zijn de assen voorzien van encoders die de exacte hoekpositie meten, gecombineerd met servomotoren die via een computergestuurde aandrijving de telescoop automatisch op een opgegeven coördinaat richten. Dit systeem heet GoTo-technologie en heeft de alt-az montering in de afgelopen decennia een enorme renaissance bezorgd in de amateursterrenkunde. De gebruiker voert een object in via een handregelaar of een verbonden computer, en de montering berekent automatisch de benodigde altitude en azimuth voor de huidige tijd en geografische locatie, stuurt de motoren aan en richt de telescoop nauwkeurig.
Verschil met de equatoriale montering
Om de voordelen en nadelen van de alt-az montering goed te begrijpen, is het nuttig die te vergelijken met het grote alternatief: de equatoriale montering. Een equatoriale montering heeft één as die parallel loopt aan de aardas, de zogenaamde poolse as of rechte klimming-as. Doordat die as met de aarde meedraait, volgt een object aan de hemel automatisch als je slechts die ene as met een constante snelheid laat draaien. Dit noemt men tracking of navolging, en het is bijzonder handig bij fotografische toepassingen. Een alt-az montering heeft dit inherente voordeel niet: om een object te volgen terwijl het door de hemel beweegt, moeten beide assen tegelijkertijd en met wisselende snelheid worden aangedreven, wat alleen met computersturing mogelijk is.
Toepassingen
De alt-az montering wordt voor een grote verscheidenheid aan toepassingen ingezet. In de professionele astronomie zijn vrijwel alle grote moderne telescopen van alt-az monterings voorzien, inclusief de Very Large Telescope van ESO in Chili, de Keck telescopen op Mauna Kea en de Gran Telescopio Canarias op La Palma. De reden is puur mechanisch: een equatoriale montering voor een spiegel van acht tot tien meter diameter zou een onvoorstelbaar zwaar en kostbaar mechanisch bouwwerk vereisen, terwijl een alt-az constructie compacter, stijver en goedkoper te bouwen is bij gelijke afmetingen. De navolging wordt bij grote professionele telescopen volledig door computers verzorgd, waardoor het gebrek aan een poolse as geen enkel praktisch bezwaar vormt. In de amateursterrenkunde is de Dobson-telescoop de meest bekende toepassing van de alt-az montering. Uitgevonden door de Amerikaanse astronoom en filosoof John Dobson in de jaren vijftig en zestig van de twintigste eeuw, combineert de Dobson-montering een eenvoudige, houtachtige alt-az constructie met een groot Newtonspiegelsysteem. De montering werkt op basis van teflon-schuifvlakken en het gewicht van de telescoop zelf, zonder enige mechanische vergrendeling. De waarnemer duwt en trekt de telescoop met de hand naar het gewenste object, wat een onmiddellijk en intuitief gevoel van verbinding met de hemel geeft. Dobson-telescopen zijn daarmee populair als visuele instrumenten voor het observeren van nevels, sterrenhopen en sterrenstelsels geworden.
Voordelen
Het grootste voordeel van de alt-az montering is de constructieve eenvoud. Twee assen, beide evenwijdig of loodrecht aan de zwaartekracht, zijn mechanisch rechttoe rechtaan te realiseren. De montering is daardoor robuust, compact en relatief goedkoop te produceren. Het gewicht van de telescoop wordt gelijkmatig over de constructie verdeeld, zonder de noodzaak van een zwaar contragewicht zoals bij equatoriale monterings het geval is. Dit maakt de totale opstelling lichter en gemakkelijker te transporteren, wat voor mobiele waarnemers een wezenlijk voordeel is. Het instellen van een alt-az montering is bovendien eenvoudiger dan dat van een equatoriale montering. Een equatoriale opstelling vereist een nauwkeurige pooluitlijning, waarbij de poolse as zo precies mogelijk op de hemelpool gericht moet worden, wat bij weinig geoefende gebruikers tot frustratie kan leiden. Een alt-az montering staat gewoon op een vlakke ondergrond en is direct gereed voor gebruik. Voor visuele waarneming biedt de alt-az montering een prettige, ergonomische beweging. Het is volkomen natuurlijk om een object te volgen door de telescoop recht omhoog of zijwaarts te bewegen, aansluitend bij onze dagelijkse ervaring van richting en hoogte.
Nadelen
Het belangrijkste nadeel van de alt-az montering ten opzichte van de equatoriale is het fenomeen van de beeldrotatie, ook wel veldrotatie of field rotation genoemd. Terwijl een object over de hemel beweegt en de montering beide assen aanpast om dat object te volgen, roteert het gezichtsveld in de oculair of op de camerasensor langzaam om het middelpunt van het beeld. Dit is een gevolg van de geometrie van het alt-az coördinatenstelsel en de bolvorm van de hemel. Bij visuele observaties is dit niet merkbaar omdat het oog snel en onbewust aanpast, maar bij fotografische langbelichtingen over meerdere minuten leidt veldrotatie tot ster-sporen die niet recht maar licht gebogen zijn, en tot een uitwaaiering van het beeld aan de randen. Om dit te compenseren gebruiken professionele observatoria bij hun alt-az telescopen zogenaamde derotators, optische of mechanische systemen die het beeld tegendraads roteren met exact de snelheid van de veldrotatie. Voor amateurs zijn electronische derotators beschikbaar maar ze voegen complexiteit en kosten toe. Een tweede nadeel is het nabijheidsprobleem bij het zenit. Wanneer een object recht boven het hoofd staat, in de buurt van het zenit, moet de azimuth-as extreem snel draaien om de tracking bij te houden, terwijl de altitude-as nauwelijks hoeft te bewegen. Dit leidt nabij het zenit tot een singulariteit in de bewegingsvergelijkingen, waarbij de vereiste azimuth-snelheid theoretisch oneindig wordt. Grote professionele telescopen lossen dit op door een klein gebied van enkele graden rond het zenit te vermijden, het zogenaamde zenitblinde vlak. Een derde nadeel voor de amateursterrenkunde is dat het uitvoeren van nauwkeurige fotografische deepsky-opnames met een alt-az montering meer voorbereiding en technische hulpmiddelen vereist dan met een goed uitgelijnd equatoriaal systeem. Korte belichtingstijden per frame, automatisch guiden, en softwarematig stacken en derotëren van honderden opnames zijn noodzakelijk om goede resultaten te behalen. Dit is weliswaar steeds eenvoudiger geworden dankzij moderne software, maar het blijft complexer dan de directe fotografische aanpak die een equatoriale montering biedt.
