Astrofotografija je hobi koji brzo stječe popularnost zahvaljujući brzo naprednoj tehnologiji CMOS senzora. Prije više od deset godina materijal za snimanje svjetlosti korišten u astrofotografiji bio je prvenstveno kemijska emulzija. Niska osjetljivost otežava snimanje slabog signala iz dubokog svemira. Osim toga, nedostatak povratnih informacija u stvarnom vremenu ogroman je izvor frustracije za početnike. Operativne pogreške kao što je izoštravanje fokusa mogu se shvatiti tek nakon nekoliko noći napornog rada nakon razvijanja filma. Sredinom 90-ih pojava hlađenih CCD kamera pružila je rješenja i za osjetljivost i za povratne probleme u stvarnom vremenu. Međutim, njihove visoke cijene i bijedno mala područja senzora ograničili su njihovu upotrebu na samo nekoliko vrsta astrofotografije i na vrlo entuzijastične astrofotografe. Iako su CCD-i revolucionirali astronomska istraživanja, ova tehnologija nikada zapravo nije promijenila krajolik amaterske astrofotografije. Prava se prekretnica dogodila 2002. godine. Nakon što je Fujifilm najavio svoj FinePix S2Pro DSLR i prikazao nevjerojatne astronomske slike snimljene ovom kamerom, ljudi su počeli ozbiljno istraživati DSLR-ove za astrofotografiju. DSLR mogu pružiti povratne informacije u stvarnom vremenu, što je vrlo važno za početnike. Oni imaju osjetljivost koja nije puno gora od CCD-a, a DSLR-ovi s velikim senzorima (APS-C) danas su prilično pristupačni. Današnji krajolik u astrofotografiji oblikuje niz Canon-ovih DSLR-a temeljenih na CMOS-u, ali DSLR-ovi i kamere bez zrcala temeljeni na Sony senzorima vrlo brzo stječu popularnost.
Zbog svog posla imam priliku koristiti široku paletu instrumenata za snimanje, od CCD-a s više milijuna dolara na velikim profesionalnim teleskopima do amaterskih CCD-a i DSLR-a. Moj trening iz astronomskih istraživanja također mi pruža skupove alata za kvantitativnu procjenu performansi senzora i poznavanje njihovih stvarnih granica. To pomaže ne samo mojem istraživanju, već i hobiju za život, astrofotografiji. Što se tiče hobija, uglavnom koristim DSLR-ove (Canon 5D Mark II i Nikon D800) zbog visokih performansi i pristupačnih cijena. Da bi se postigli najbolji astrofoto rezultati, interni filtri DSLR-ova modificirani su tako da imaju veću propusnost u tamnocrvenom, tako da mogu biti učinkovitiji u bilježenju crvenog svjetla od ioniziranog vodikovog plina u svemiru. Osim ove izmjene filtra, DSLR-ovi koji se koriste za astrofotografiju ne razlikuju se od DSLR-ova koje svakodnevno koristimo.
Jedna vrlo česta briga oko upotrebe DSLR-ova na astrofoto snimku je toplinska buka koju generiraju senzori. CCD kamere hlađene na -20 ili čak -40 stupnjeva C nemaju takvih problema. Međutim, CMOS senzori proizvedeni u posljednjih pet godina imaju vrlo nisku toplinsku buku. Pod istom temperaturom senzora, njihova je toplinska buka zapravo puno niža od uobičajenih CCD-a u astronomskim kamerama. Drugi važan čimbenik koji mnogi ljudi previdju su izvori buke osim topline u senzoru, od kojih je jedan fotonski šum koji stvara samo nebo. S najnovijim DLSR-ima pod mnogim okolnostima, šum nebeskih fotona često nadvlada toplinsku buku, čineći hlađenje nepotrebnim. Samo na vrućim i tamnim mjestima (poput pustinja na jugozapadu SAD-a) potrebno je hlađenje kako bi se tamno nebo u potpunosti iskoristilo.
Ovo je postavka slike koju često koristim. DSLR je pričvršćen na kraj primarnog teleskopa, koji djeluje kao divovska telefoto leća (1100 mm, f / 7,3). Riječ je o APO refraktoru, s velikom lećom korektora ispred žarišne ravnine za ispravljanje zakrivljenosti polja i astigmatizma. Ispravljeno polje je dovoljno veliko da pokriva senzor formata 67. Teleskop se nalazi na ekvatorijalnom nosaču koji se pokreće motorom i može pratiti kretanje zvijezda na istoku-zapadu na nebu kako bi omogućio dugo izlaganje. Iznad primarnog opsega nalazi se još jedan manji opseg s pričvršćenom malom CCD kamerom. Ovaj mali opseg i sustav kamera mogu nadgledati praćenje ekvatorijalnog nosača kada primarni opseg snima ekspozicije. Automatski vodi nosač kako bi ispravio pogreške praćenja u stvarnom vremenu. Cijelim sustavom (ekvatorijalni nosač, DSLR i sustav za vođenje) upravlja prijenosno računalo.
Ovo je moja postavka kada samo želim snimati širokokutne slike. Ovo više sliči onome što početnik može koristiti. Kamera i objektiv pričvršćeni su na ekvatorijalni nosač kroz kuglastu glavu. Za širokokutne snimke, praćenje nosača ne mora biti super precizno, pa sustav vođenja u stvarnom vremenu nije potreban. U pravilu, kad je žarišna duljina kraća od 200 mm, relativno je lako slikati dugotrajne ekspozicije bez korištenja modnog ekvatorijalnog nosača i sustava za vođenje. Stvari počinju postajati teške kad je žarišna duljina veća od 300 mm.
Opći postupak
Tok rada u astrofotografiji prilično se razlikuje od onog u fotografiji na dnevnom svjetlu. Budući da su nam mete vrlo slabe, moramo se izložiti nekoliko minuta ili čak nekoliko sati, kako bismo prikupili dovoljno foto-signala s naših meta. Međutim, pozadina neba obično je toliko visoka da će zasititi sliku kad je ekspozicija dulja ili desetak minuta (to je osobito istinito pod svjetlom zagađenim nebom). Stoga ono što radimo je da razbijemo dugu ekspoziciju na mnogo kraćih (nekoliko do 10 minuta) kako bismo izbjegli zasićenje, a zatim slažemo (prosječno) slike s kratkom ekspozicijom u naknadnoj obradi da bismo kombinirali njihov signal. To daje rezultat koji je ekvivalentan vrlo dugoj izloženosti.
Na teleskopu, nakon što se ekvatorijalni nosač postavi i poravna s Polarisom, ono što obično radimo je da prvo upotrijebimo svijetlu zvijezdu za fokusiranje. To je nekada bio vrlo izazovan zadatak, ali sada je vrlo lako s DSLR-ovom funkcijom prikaza uživo. Zatim pomičemo teleskop / leću kako bismo usmjerili na našu metu. Obično možemo vrlo lako vidjeti ciljno zviježđe kroz tražilo fotoaparata ako koristimo širokokutni ili kratki telefoto objektiv. S druge strane, ako za snimanje objekata s dubokog neba koristimo dugačku telefoto leću ili teleskop, ciljevi su obično previše slabi da bi ih se moglo izravno vidjeti. Neki testovi kratke ekspozicije s vrlo visokim ISO-om mogu pomoći u provjeri našeg kadriranja. Nakon što to učinimo, samo ispalimo mnoge dugačke ekspozicije žarulja putem računala ili okidača s timerom. Kao što je gore spomenuto, tipična vremena ekspozicije kreću se od nekoliko do 10 minuta, ovisno o brzini naše leće i tamnom nebu. Vrlo često korišteni ISO je 1600. Međutim, s nedavnim DSLR-ima sa Sony senzorima, moguće je koristiti ISO 800 ili čak 400, a opet postići vrlo dobre rezultate nakon naknadne obrade. Prednost nižih ISO-a je naravno njihov veći dinamički raspon. Podrazumijeva se da uvijek snimamo RAW.
Uz ekspozicije na nebu, snimamo i mnoge slike "kalibracije" kako bismo uklonili neželjeni signal s neba, optike i kamere. Na primjer, nakon toga snimamo ekspozicije na objektima s jednoličnom svjetlinom (poput dnevnog ili sumračnog neba bez oblaka ili velike LED ploče). Takve slike (nazvane "ravnim poljem") mogu se koristiti za ispravljanje vinjetiranja uzrokovanog lećom / teleskopom na nebeskim slikama, kako bi se vratila jednolična svjetlina pozadine. Na početku ili na kraju noći u potpunosti pokrivamo leću / teleskop i snimamo „tamne“ ekspozicije kad je kamera pod istom temperaturom kao i snimke na nebu. Takve tamne slike mogu se koristiti za uklanjanje toplinskog signala s nebeskih slika. To je u biti isto kao i većina DSLR-ova s smanjenim šumom dugotrajne ekspozicije u kameri, ali to radimo ručno kako bismo izbjegli gubljenje dragocjenog noćnog vremena. Također snimamo izuzetno kratke (1/8000 sek.) Ekspozicije (zvane "pristranost") kada je leća potpuno prekrivena, kako bismo uzeli u obzir signal koji kamera generira kad nema svjetla, a također nema vremena za akumuliranje toplinskog signala. Poput ekspozicija na nebu, i mi snimamo višestruke (od nekoliko do nekoliko desetaka) ravnih, tamnih i pristranih ekspozicija i prosječno ih umanjujemo bilo koji slučajni šum na slikama kako bismo poboljšali kvalitetu signala. Postoji mnogo softverskih paketa (poput DeepSkyStacker, koji je besplatan) koji mogu obraditi slike na nebu, u ravnom polju, tamnom prostoru i pristranosti te složiti kalibrirane slike na nebu u vrlo duboke, čiste i visoke slika dinamičkog raspona. Sve se to mora napraviti iz RAW datoteka, jer JPEG.webp slike nisu linearne i ne omogućuju točno uklanjanje tih neželjenih signala.
(a) je sirova datoteka izravno pretvorena u Photoshopu i s određenim kontrastom. Ovdje vidimo naznake crvenih maglica na slici, ali najistaknutija značajka ove slike je vinjetiranje koje uzrokuju teleskop i kamera. (b) je slika "ravnog polja" snimljena istim teleskopom prema sumračnom nebu. To je slika koja ne sadrži ništa osim uzorka vinjetiranja. Matematički dijelimo (a) s (b) kako bismo uklonili obrazac vinjetiranja i taj se izračun naziva „korekcija ravnog polja”. (c) rezultat je takve korekcije, plus snažni protezi kontrasta i zasićenja. Možemo vidjeti da bez korekcije ravnog polja nema nade da ćemo izvući slabe maglice svugdje na slici iz (a). BTW, korekcija vinjetiranja ugrađena u većinu neastronomskih softvera za obradu slika (kao što su Photoshop ili Lightroom) nije dovoljno precizna za astrofotografiju, čak i ako se naša leća nalazi u softverskoj bazi podataka. Zbog toga moramo sami izvršiti korekciju ravnog polja pomoću softvera dizajniranog za astrofotografiju.
Nakon osnovne kalibracije i slaganja slika, koristimo softver poput Photoshopa za daljnju obradu naslaganih slika. Obično su potrebne vrlo jake krivulje i istezanje zasićenja kako bi se na astronomskoj slici složili slabi detalji. Također je potrebno puno vještina i iskustva da bi se to postiglo, a da se pritom održavaju točne boje i prirodan izgled slike. U osnovi je poput ručne obrade RAW slike ispočetka, bez oslanjanja na bilo kakve sirove mehanizme za obradu. Nerijetko je da na obradu slike trošimo više vremena nego vrijeme njezine ekspozicije, a naknadna obrada često odvaja vrhunske astrofotofotografe od prosječnih.
Primjeri širokog polja
Ova Orionova slika snimljena je s objektivom Sigma 50 mm f / 1,4 Art i Nikon D800. Kompozicija je od više od 60 4-minutnih ekspozicija pri ISO 800 i f / 3,2 do f / 4,0. Više od 4 sata ukupnog vremena izloženosti ovdje je prilično ekstremno. Za ovakve snimke zviježđa obično provodimo samo 0,5 do 1,5 sata. Međutim, izuzetno duga ekspozicija ovdje dovodi do bolje kvalitete slike i omogućuje otkrivanje vrlo slabih maglica oko Oriona. Za učinkovito hvatanje crvenih maglica u Orionu potreban je modificirani DSLR. Međutim, s neizmijenjenom i dalje možemo dobiti prekrasnu boju zvijezda u zviježđima. Dakle, zviježđa širokog polja sjajna su meta za početnike koji nisu spremni poslati svoje kamere na operaciju.
Ova slika ljetne Mliječne staze snimljena je teleskopom 500 mm f / 2,8 i Canonom 5D Mark II. Riječ je o mozaiku od 110 slika, pa je njegovo vidno polje usporedivo s onim od 50 mm leće. Veliki sam ljubitelj mozaičnih slika. Često ga nazivam kamerom velikog formata siromašnih. Ova luda mozaička panorama sadrži bogate detalje koji daleko premašuju ono što se može snimiti najmodernijim digitalnim leđima srednjeg formata. Cijena je u tome što je potrebno jako puno vremena za snimanje i obradu slika.
Ovo je proširena verzija slike Orion. Prikazuje Veliki zimski trokut i Mliječni put koji prolazi kroz trokut. Snima se s Nikon 28-70mm f / 2.8D na 50mm f / 4 i Nikon D800. To je mozaik s četiri slike pa je vidno polje četiri puta veće od vidnog polja od 50 mm. Svaki okvir mozaika sadrži 16 5-minutnih ekspozicija pri ISO 400.
Ovo je mozaik od dvije slike snimljen objektivom Mamiya 645 45 mm f / 2,8 na f / 4,0 i Canonom 5D Mark II. Mozaik s dvije slike omogućuje snimanje ne samo zviježđa Labuda, već i Mliječnog puta velikih razmjera. Svaki pojedinačni okvir mozaika sadrži 16 četverominutnih ekspozicija pri ISO 1600. U naknadnoj obradi nanio sam sloj kako bih zamutio svjetlost sjajnih zvijezda kako bi oblik zviježđa bio očigledniji. Isti se učinak može postići i difuznim filtrom ispred leće. Filteri koji se obično koriste u tu svrhu uključuju Kenko Softon A i Cokin P830.
Primjeri iz dubokog neba
Ova slika širokog polja oko zvjezdane nakupine Plejade (Meissier 45) snimljena je teleskopom 500 mm f / 2,8 i Nikon D800. To je mozaik s četiri kadra, a svaki kadar sadrži više od 1 sata ukupne ekspozicije. Oblaci prašine i plina oko Plejada zapravo su vrlo slabi. Za njihovo otkrivanje nisu potrebni samo vrlo duge ekspozicije, već i vrlo tamno i čisto nebo. Kalibraciju slike također treba obaviti s vrlo velikom preciznošću, inače će pozadina neba i vinjetiranje optike potpuno isprati slabu maglicu. S druge strane, plavi oblaci plina poput ovog ne zahtijevaju modificirani DSLR za njihovo snimanje. Jezgra oblaka oko Plejada može biti vrlo dobra meta ljudima koji nemaju modificirani DSLR.
Galaksija Andromeda (Meissier 31) meta je koju nikada nije propustio nijedan astrofotograf. To je snimio teleskop s mojim prvim postavljanjem i Canon 5D Mark II. To je mozaik s dva okvira. Svaki kadar sadrži oko 40 petominutnih ekspozicija pri ISO 1600. Nepromijenjeni DSLR-ovi mogu fotografirati pristojne fotografije galaksija poput ovog. Međutim, ako pažljivo pogledamo sliku, možemo vidjeti mnogo malih crvenih predmeta duž spiralnih krakova galaksije Andromeda. To su divovske maglice plina koje sadrže ionizirani vodik. Da bi se učinkovito zabilježilo crveno svjetlo ovih maglica, i dalje je potreban modificirani DSLR.
Maglica Konjska glava nalazi se tik do Orionovog pojasa i dio je ranije predstavljene slike Oriona. Može se vidjeti kroz umjereno velike teleskope pod tamnim nebom. Ova slika trajala je više od 4 sata izlaganja na Canon 5D Mark II na teleskopu od moje prve postavke. Crvena boja na slici dolazi od ioniziranog vodika. Potreban je modificirani DSLR za učinkovito snimanje crvenog svjetla.
Sjevernoamerička maglica nalazi se u Cygnusu i dio je Cygnusove slike prikazane gore. To je prilično velika maglica i lijepo pristaje u vidno polje 400 mm leće (FF). Ova povećana slika snimljena je teleskopom iz moje prve postavke i Canon 5D Mark II. To je mozaik s 4 kadra, a ukupna ekspozicija svakog kadra je 2,5 sata. Maglica nije potpuno crvena. Tu su i plave komponente ugrađene u crveno svjetlo koje dolazi od ioniziranog kisika. Ako se koristi nemodificirani DSLR, maglica bi izgledala ljubičasto ili ružičasto.
Meissier 22 je kuglasto jato u Strijelcu. Sadrži otprilike 300 tisuća zvijezda. Smješten je nasuprot ljetne Mliječne staze, pa su u pozadini ove slike također brojne zvijezde. Ova je slika snimljena teleskopom iz moje prve postavke i Nikona D800. Ukupno vrijeme izlaganja je 1,5 sata. Za sam klaster ovo je vrijeme izlaganja nepotrebno dugo jer je klaster relativno svijetao. Proveo sam dodatno vrijeme na ovom polju kako bih uhvatio velik broj slabih pozadinskih zvijezda koje pripadaju Mliječnom putu. Zvjezdane mete poput ove ne zahtijevaju modificirani DSLR. Nemodificirani može jednako dobro proći.
Galaksija zupčanika (Meissier 101) je obližnja galaksija i stoga se na nebu čini relativno velikom u usporedbi s većinom drugih galaksija. Međutim, još uvijek je vrlo mala. Njegov svijetliji dio ima veličinu otprilike pola punog mjeseca. Ova je slika snimljena teleskopom iz moje prve postavke i Canon 5D Mark II. Obrezano je, a izrezano vidno polje ekvivalentno je onom objektiva od 3000 mm. Sadrži ukupno 8,5 sati normalne ekspozicije, plus još 3 sata ekspozicije pod vodofilnim alfa (656,3 nm) filtrom uskog pojasa. Slika uskog pojasa filtra pojačava male mrlje crvenih maglica duž spiralnih krakova. Nažalost, ovo nije vrlo učinkovit način upotrebe DSLR-a, jer samo jedna četvrtina piksela aktivno prima fotone pod tako duboko crvenim filtrom. U pozadini ove slike možemo vidjeti mnogo malih žutih točkica. To su brojne vrlo udaljene galaksije. Neke su galaksije toliko udaljene da je vrijeme potrebno da svjetlost putuje od tih galaksija do nas duže od dobi našeg Sunca.
Ovu je gostujuću objavu dao Wei-Hao Wang, astronom koji radi u nacionalnom istraživačkom institutu na Tajvanu, a trenutno je u posjeti teleskopu Kanada-Francuska-Havaji na Velikom otoku Havaja. Također je astrofotograf, a hobi je započeo 1990. Zbirku njegovih nedavnih astrofotografija možete pronaći ovdje.
