Deep sky objekty

Optika

Pro fotografování deep sky objektů jsou vhodné dalekohledy s velkým průměrem a vysokou světelností, která se pohybuje v rozmezí f/3 až f/5. Záleží především na tom, co chceme fotografovat. Při fotografování slabších a rozsáhlejších mlhovin je lepší použít světelnost f/2 nebo f/3, ale pro fotografii například planetárních mlhovin by nám měl stačit i méně světelný přístroj. Nejvyšší světelnosti dosahují Schmidtovy a Maksutovovy komory, které mají sice velmi dobrou světelnost, ale pro amatéra jsou cenově nedostupné. Některé objekty lze vzhledem k jejich jasnosti a úhlové velikosti fotografovat i přístroji s menší světelností, kterou bude potřeba vykompenzovat delším expozičním časem. Dalším důležitým parametrem je ohnisková vzdálenost použité optické soustavy, která do značné míry ovlivňuje velikost fotografovaného objektu.

Otevřená hvězdokupa M45 v souhvězdí Býka. Datum: 10. 8. 2005 00:30 – 00:42 UT, fotoaparát: Canon EOS 20D, objektiv: 80ED 80/60, ISO = 3200, součet 3 snímků, pointace: okem přes dalekohled Mead a okulár 12 mm, autor: Jiří Polák
Zdroj: http://hvezdarna.plzen.eu/pozorovani/expedice_2005/astro_foto2/M45_POL.jpg

Pro astronoma amatéra jsou nejdostupnější dalekohledy typu newton. Takovým příkladem může být newton s průměrem 300 mm a ohniskovou vzdáleností 1 500 mm, jehož světelnost dosahuje hodnoty f/5. Při takto vysoké světelnosti optické soustavy se doporučuje využít komakorektoru, který zlepší optické vlastnosti dalekohledu. Samozřejmě můžeme používat i dalekohledy s menším průměrem, ty jsou taky mnohem skladnější. To oceníme zejména, když musíme vyjet fotografovat mimo běžné pozorovací stanoviště. Nezapomeňme také na to, že dalekohledy mají okulárové výtahy s rozdílným průměrem. Nejčastěji se používají okulárové výtahy s průměrem 1,25" nebo 2". Pro fotografování pomocí CCD kamery by nám měl stačit okulárový výtah s průměrem 1,25", ale pokud budeme fotografovat na klasickou velikost kinofilmového políčka, tak musíme použít 2" okulárový výtah.

Velká většina astronomů amatérů vlastní dalekohledy s menší světelností jak f/6. Nejčastěji se jedná o 8" a 10" dalekohledy systému schmidt-cassegrain od firmy Celestron nebo Meade. Tyto dalekohledy mají světelnost, která se pohybuje kolem f/10. Přestože řada dalekohledů má malou světelnost, lze je i tak použít pro fotografování deep sky objektů. Bohužel se díky nízké světelnosti výrazně prodlouží expoziční čas. Existuje jedno řešení, jak dosáhnout zvýšení světelnosti optické soustavy. Stačí použít zařízení, které se jmenuje reduktor nebo kompresor. Toto zařízení je schopné po vložení do optické osy dalekohledu zkrátit ohniskovou vzdálenost například v poměru 1:0,66. Tak dojde nejenom ke zkrácení ohniskové vzdálenosti, ale i zvýšení světelnosti. Jako příklad můžeme vzít dalekohled s ohniskovou vzdáleností 2 000 mm a světelností f/10, do jehož ohniskové roviny vložíme kompresor o hodnotě 0,66. Kompresor nám zkrátí ohniskovou vzdálenost na 1 320 mm a zvýší světelnost dalekohledu na hodnotu f/6,6. Zkrácení ohniskové vzdálenosti má ale celou řadu dalších výhod. Nejenom, že dojde ke zvýšení světelnosti dalekohledu a tím i ke zkrácení expoziční doby, ale zároveň dojde k výraznému snížení nároků na přesnost a čas pointace dalekohledu na fotografovaný objekt.

Ostření

Při fotografování deep sky objektů hraje důležitou roli správné zaostření, protože velká většina těchto plošných objektů je natolik slabá, že nám neumožní správné zaostření na matnici fotoaparátu. Pokud máme hrubší matnici, na které jsou vidět jen jasné hvězdy, zaostříme fotoaparát před začátkem fotografování na jasnou hvězdu a zaaretujeme okulárový výtah, na kterém máme umístěný fotoaparát. V průběhu noci se můžeme přesvědčit na nějaké jasné hvězdě, zda nedošlo k rozostření optické soustavy. Mnohem efektivnější způsob kontroly zaostření poskytují zkušební snímky, které při fotografování pomocí SLR zrcadlovky nejsou až takovým problémem. Bohužel při využití klasického filmového materiálu to může být zdlouhavý proces.

Mechanika

Mechanika je snad základem všeho. Kvalitní montáž s motorickým pohonem os v deklinaci a rektascenzi je naprostou nutností. V současné době je na trhu velmi široká nabídka těchto montáží v různě odstupňovaných nárocích na jejich kvalitu. Do montáží se instalují velmi kvalitní krokové motorky, nebo motory s generátorem kmitočtů. Samozřejmě elektronika není všechno, takže kvalita montáže se také projeví na převodovém a hnacím soukolí.

Přesnost sledování

Přesnost v pointaci fotografovaného objektu je postrachem asi každého fotografa. Do jisté míry je tato pointace závislá na zvoleném filmovém materiálu nebo na použitém CCD čipu. Pokud nepoužijeme speciálně upraveného filmu, který prošel procesem hypersenzibilace, budeme muset k fotografii použít vysoce citlivé filmy, které mají ale hrubší zrno, což je velký problém.

Jasná hvězda promítnutá na políčko filmu má totiž průměr asi 0,03 mm, což ale ve skutečnosti odpovídá rozlišení filmového materiálu. Pokud použijeme CCD kameru, tak velikost pixelu odpovídá velikosti 0,006 mm (6 μm) až 0,025 mm (25 μm). Z toho je jasně patrné, že nároky na pořízení kvalitního snímku budou u CCD kamery mnohem náročnější. Pokud budeme při fotografování používat hrubozrnný filmový materiál, nesmí dojít u sledované hvězdy k větší odchylce na filmovém políčku jak 0,015 mm do každého směru. U materiálu, který prošel hypersenzibilací, nebo se jedná o CCD kameru, jsou nároky na odchylku hvězdy během expozice výrazně vyšší, protože maximální odchylka, která je žádoucí, se pohybuje kolem 0,005 mm. Otázkou tedy zůstává, jak velké úhlové odchylky může dosáhnout dalekohled při pointaci hvězdy na zvolený fotografický materiál. Velkou roli v tomto výpočtu hraje ohnisková vzdálenost dalekohledu.

Vzorec pro výpočet maximální úhlové odchylky pro zvolený fotografický materiál, vyjádřený v úhlových vteřinách:

f_OB – ohnisková vzdálenost objektivu v [mm]
Δ – maximální odchylka hvězdy na filmovém políčku v [mm]
206 300 – konstanta

U ohniskové vzdálenosti 2 000 mm a maximální odchylce hvězdy 0,01 mm na fotografickém materiálu odpovídá úhlová odchylka dalekohledu asi jedné obloukové vteřině (1"). U dalekohledu s ohniskovou vzdáleností 1 000 mm může být tato odchylka větší a odpovídá hodnotě dvou obloukových vteřin (2"). Pozor na další věc, která má velký vliv na velikost zobrazení hvězd, a tou je „seeing“, česky řečeno neklid atmosféry. Neklid atmosféry způsobuje míšení různě teplých vrstev vzduchu v horních vrstvách atmosféry, což se projeví na výsledném obrazu jako chvění hvězdného pole. U velkých profesionálních dalekohledů se tato vada nechá odstranit pomocí adaptivní optiky, ale amatér je prakticky bez šance. Proto, když je „seeing“ velmi vysoký, je lepší raději nefotografovat přes optickou soustavu, která má velmi malé zorné pole.

Pointace v praxi

Při fotografování deep sky objektů vzniká problém s jejich jasností. Velmi rychle zjistíme, že pointace na takto slabý objekt je prakticky bez šance. Proto si pro pointaci musíme nalézt v těsné blízkosti fotografovaného objektu jasnou hvězdu, kterou označíme jako vůdčí hvězdu a na kterou budeme pointovat dalekohled. Bohužel se stává pravidelností, že u většiny fotografovaných objektů nenalezneme dostatečně jasnou hvězdu, která by nám usnadnila pointování.

Klasická metoda pointace využívá nitkového kříže, s jehož pomocí se snažíme udržet ve středu zorného pole vůdčí hvězdu. Změnu v jejím pohybu provádíme pomocí jemných korekcí, a to jak v deklinaci, tak i v rektascenzi. Pokud budeme mít perfektně ustavený dalekohled, budeme s největší pravděpodobností provádět korekce pouze v rektascenzi.

Autoguider-autopointer z TV kamery. Na obrázku vidíme finální provedení v hliníkové eloxované krabičce s vestavěným LCD displejem a kamerou Watec WAT 902 H3. Autor: Martin Myslivec
Zdroj: http://foto.astronomy.cz/TVGuider.htm

Autoguider

Autoguider je jednou z velmi elegantních metod pointace dalekohledu. Bohužel je tato metoda poněkud nákladnější, ale ocení ji zejména fotografové, kteří se budou specializovat na fotografování deep sky objektů. Zařízení se skládá z CCD kamery a naváděcí elektroniky, která nahrazuje lidské oči. Ve spojení s počítačem pak tento systém provádí jemné korekce v pohybu dalekohledu. Nutnou součástí každé montáže (pro instalaci tohoto zařízení) jsou motory v obou osách dalekohledu (rektascenzi, deklinaci). Jako první s touto převratnou technikou přišel výrobce kamery ST4 SBIG, která se již nevyrábí. Dnes možnost automatické korekce dráhy dalekohledu nabízejí všichni výrobci CCD kamer. Nezbytnou součástí je také počítač, který řídí celý elektronický systém. Pak už je to na naší dovednosti a umu, jak si pohrajeme s nastavením různých parametrů. Autoguider je úžasné zařízení, které zjednoduší pointaci fotografovaného objektu a ušetří pozorovateli velmi mnoho času.

Pointační okulár

Pro pointaci fotografovaného objektu se používá okulár s nitkovým křížem. Tento okulár by se ale nedal použít pro astronomická pozorování, kdyby nebyl nitkový kříž osvětlen. Kvalitní pointační okuláry umožňují regulovat jas záměrného kříže a pozorovateli tak ulehčují práci s nastavením jasu vůči slabší hvězdě. Princip zařízení je vcelku jednoduchý. Na skleněné destičce je jemně vyrytá drážka, kterou z boku nasvětluje LED, jejíž jas se nechá regulovat. Důležité je udržovat okulár v perfektní čistotě, aby se nedostal prach dovnitř okuláru, protože parazitní světlo z diody by mohlo tento prach osvětlit a znesnadnit tak pointaci.

Na trhu je velký výběr pointačních okulárů. Můžeme je rozdělit do skupin, jejichž hlavním rozdílem bude zobrazení nitkového kříže. Pro astronomická pozorování, zejména pointaci objektu, jsou některé druhy záměrných křížů prakticky nepoužitelné. Mezi nejznámější patří klasické zobrazení záměrného kříže pomocí dvou úseček, které jsou na sebe kolmé. Tyto záměrné kříže se spíše využívají v armádě než při pointaci hvězd. Musíme si uvědomit, že řada hvězd, používaných k pointaci, má velmi malou jasnost, a proto udržet hvězdu ve středu křížení dvou úseček je nadlidský výkon. Mnohem lépe se nám bude pointovat s okulárem, jehož střed křížících se úseček nebude v okuláru zobrazen.

Severní Amerika a Pelikán. Soubor dvou fotografií pořízený v různých oborech spektra. První snímek je fotografovaný v čáře H-α a druhý snímek je fotografovaný na barevný diapozitiv Kodak E-200, který je citlivý na červenou složku světla. Autor: Vladana Šmídová a Libor Šmíd
Zdroj: http://home.zcu.cz/~smid/vladana/h-alfa/ngc7000.jpg a http://home.zcu.cz/~smid/vladana/labut/n7000v.jpg

Filmový materiál

Fotografie deep sky objektů klade velký důraz na fotografický materiál, který by měl mít co největší citlivost. Fotografická emulze má však jednu velkou nevýhodu, která se projeví při delších expozicích, a tou je zčernání emulze, které není přímo úměrné době expozice. Citlivost emulze klesá s prodlužující se dobou expozice. Tento jev má za následek neúměrné prodloužení expozice a u barevných filmů i posun v zobrazení barev, protože citlivost jednotlivých barevných vrstev v emulzi se mění nerovnoměrně. Z toho plyne poučení, že fotografie pořízené na barevný film či diapozitiv nemusí být ve zcela reálných barvách.

K fotografii se doporučuje použít fotografický materiál o citlivosti 400 ISO. Pochopitelně čím citlivější film máme, tím kratší je doba expozice. Bohužel čím citlivější, film používáme tím větší zrno je na emulzi. Pro první pokusy lze použít barevné filmy značky Fuji New Superia 400, nebo Kodak Gold Royal 200 či Kodak Gold 400, které jsou zcela dostačující a patří k běžně dostupným fotografickým materiálům pro širokou veřejnost. Náročnější fotograf si už může vybrat z kvalitnějšího sortimentu fotografického materiálu. Mezi doporučované materiály pro fotografování deep sky objektů bezpochyby patří diapozitivy firmy Kodak, a to Kodak Ektachrom E200 nebo E400. Tyto materiály jsou citlivé především na červenou složku barvy, ve které září většina mlhovin.

Snímky takto pořízené jsou ovlivněny jak použitým filmem, tak i pozorovacími podmínkami a expoziční dobou, která je závislá především na světelných podmínkách pozorovacího stanoviště. Proto si například nemůžeme dovolit dlouhé expozice někde v blízkosti města, protože by se na negativu vytvořil závoj. Pro odstranění nedostatků způsobených jasem umělého osvětlení se nechá využít řady filtrů, které zkvalitní naše pozorování.

Fotografie komety 17P/Holmes tak, jak jsme ji mohli pozorovat na přelomu roku 2007 a 2008. Spodní snímek zachycuje kometu na začátku měsíce října a horní snímek byl pořízen o tři měsíce později. Fotografie byly pořízeny pomocí dalekohledu ED8O s ohniskovou vzdáleností 600 mm za pomoci digitální zrcadlovky Canon 300D Autor: Josef Jíra

Komety

Komety jsou v astronomické fotografii klasickým příkladem plošného objektu, podobně jako mlhoviny či galaxie. Fotografie komet ale klade velký důraz na samotnou pointaci. Komety jsou objekty, které se pohybují ve sluneční soustavě a jejich pohyb po nebeské sféře je výjimečný a rozhodně neodpovídá pohybu dalších deep sky objektů. Proto je nutné při fotografování komet pointovat dalekohled na optické jádro komety. Na výsledném snímku pak mohou být hvězdy zachycené jako čárky. Úhlově malé a slabé komety můžeme fotografovat za pomoci větších a světelnějších přístrojů. Jasné a úhlově větší komety pak fotografujeme teleobjektivy s menší ohniskovou vzdáleností dle úhlové velikosti na obloze.

Dovednost dělá mistra

I když budeme mít sebelepší vybavení pro fotografování deep sky objektů, tak brzy zjistíme, že není až tak jednoduché dosáhnout požadované přesnosti v pointaci s průměrem hvězdy 0,03 mm, ale nenechejme se tím odradit. Fotografie deep sky objektů opravdu patří mezi ty nejnáročnější druhy fotografie. I když máme zcela jasnou noc, tak narazíme na řadu problémů souvisejících s tímto druhem fotografie, jako je neklid atmosféry, světelné znečištění, malá tuhost montáže, silný vítr atd. Na rozdíl od fotografování Měsíce, kde stačí exponovat zlomky sekund, tak u fotografování deep sky objektů exponujeme fotografii od několika minut až po desítky minut. Bohužel každá odchylka v pointaci se bez milosti projeví na výsledné fotografii.

Každý začínající astronom fotograf vlastnící velký či menší dalekohled si dokáže najít své zajímavé místo pro fotografické pokusy noční oblohy. Výsledné fotografie většinou předstihnou jeho očekávání. Fotograf tak může s úžasem porovnat výslednou fotografii s vizuálním pozorováním. Rozdíl skutečně stojí za to.