Fotografujeme Měsíc

Geometrie dráhy

Geometrie měsíční dráhy výrazným způsobem ovlivňuje fotografické podmínky. Nejenom fáze, ale i doba oběhu a sklon roviny dráhy vůči ekliptice má významný vliv na postavení Měsíce na obloze. Díky těmto aspektům můžeme Měsíc fotografovat v nepřeberných situacích a vyzkoušet si nejenom fotografii pomocí pevného stativu, ale i v ohnisku dalekohledu nebo za okulárem. Při fotografování Měsíce můžeme využít zrcadlovek, ať už na kinofilm nebo digitálních, ale můžeme také využít i profesionálních CCD kamer či běžných webových kamer. Samostatnou kapitolou se pro nás mohou stát videosekvence pořízené nejrůznější technikou. Možnosti jsou tedy nepřeberné a záleží pouze na nás, jakou cestou se v našich pokusech vydáme. V následujícím textu se zaměříme na ty nejzajímavější aspekty dráhy Měsíce a vysvětlíme si, co můžeme díky tomu fotografovat.

Fáze Měsíce vyfotografované dalekohledem C8-NGT a kamerou Kodak CX7525/Z730, následně zpracované v programu Photoshop CS2. Autor: Elia Agapios
Zdroj: http://www.lpod.org/?p=976

Fáze Měsíce

Tvář měsíce fascinuje lidi od nepaměti, jeho neustálé změny v dorůstání a couvání se staly základem pro měření času několika civilizací. Odborně jsou tyto měnící se osvětlené plochy pojmenovány jako fáze. Samotný princip střídání fází Měsíce vzniká v důsledku pohybu Měsíce kolem Země. Měsíc, stejně jako většina planet naší sluneční soustavy, září odraženým světlem ze Slunce. Velikost osvětlené plochy na měsíčním povrchu se neustále mění v závislosti na přesné poloze Měsíce vůči Zemi. Celková doba, kterou potřebuje Měsíc, aby vystřídal všechny své fáze (nov – první čtvrť – úplněk – poslední čtvrť – nov) označujeme jako synodický měsíc a jeho celková doba má trvání 29 dní, 12 hodin a 44 minut.

Rozlišujeme čtyři základní fáze. Tou první je nov. To je doba, kdy se Měsíc nachází mezi Zemí a Sluncem. V tu dobu Měsíc vychází a zapadá se Sluncem a nedá se tedy fotografovat, jedině v průběhu zatmění Slunce. Po novu začne Měsíc pomalu dorůstat a my ho můžeme fotografovat nad západním obzorem. Postupem času se Měsíc vzdaluje od Slunce a jeho osvícená plocha se zvětšuje až do tvaru písmena D, hovoříme o tom, že Měsíc dorůstá. V tu dobu se Měsíc dostal do tzv. první čtvrti, je to asi 7 dní po novu. Osvětlena je celá západní polovina Měsíce a Měsíc vychází kolem poledne a zapadá kolem půlnoci. Po dalších cca 7 dnech se Měsíc dostane do fáze, kterou označujeme jako úplněk, je tedy na linii Slunce, Země, Měsíc. Měsíc je celý osvětlen a vychází při západu Slunce a zapadá při východu Slunce. V tu dobu dopadají sluneční paprsky kolmo na měsíční povrch a my nemůžeme pozorovat terminátor, což je hranice mezi světlem a stínem, která je velmi fotogenická. V době úplňku můžeme fotografovat zatmění Měsíce, viz kapitola Zatmění Měsíce. Po úplňku následuje fáze, kterou označujeme jako poslední čtvrť. Jak už název napovídá, dostáváme se pomalu ke konci měsíčního cyklu. Na to, aby se Měsíc dostal do poslední fáze, potřebuje zhruba tři týdny. Měsíc má v tu dobu podobu písmena C a my hovoříme o tom, že couvá. Měsíc v období poslední čtvrtě vychází kolem půlnoci a zapadá kolem poledne.

Na základě těchto informací je jasně patrné, že neexistuje jasně definované období, ve kterém by bylo vhodné fotografovat Měsíc. Záleží čistě na našich schopnostech a vnímání kompozice.

Pro fotografy je velmi zajímavé se pokusit nafotografovat celý průběh měsíčního cyklu, kdy Měsíc mění své jednotlivé fáze. Fotografie se nechají složit do jednoho pásu a krásně nám dokumentují tento dynamický a pravidelný cyklus. O to víc je zajímavější, když se nám podaří tento cyklus zanimovat. V tu chvíli si můžeme všimnout, že Měsíc na animaci vypadá jako by se kolíbal. Tento jev je způsobený libracemi jak v šířce, tak i v délce. Díky tomu můžeme pozorovat cca 58 % měsíčního povrchu, i když má Měsíc vázanou rotaci.

Úhlová velikost

Měsíc se pohybuje po elipse podobně jako planety naší sluneční soustavy, tento fakt není pro většinu laiků vůbec známý. V rámci tohoto pohybu kolem Země se Měsíc dostává na své dráze do dvou protilehlých bodů, které nazýváme perigeum a apogeum, česky řečeno přízemí a odzemí. V okamžiku, kdy je Měsíc v perigeu (přízemí), je Zemi nejblíže, jeho vzdálenost je 356 410 km. Zatím co, když je v apogeu (odzemí), je Měsíc nejdále a jeho vzdálenost je 406 697 km. Tyto informace nejsou pro nás až tak zajímavé, ale musíme si uvědomit, že se změnou vzdálenosti se mění i úhlová velikost daného tělesa na obloze, kterou jen těžko odhalíme pouhým okem, na rozdíl od fotografie. Úhlová velikost Měsíce v přízemí činí 29,38´ a v odzemí 33,52´.

Fotografie složené ze dvou snímků, které jsme pořídili v období přízemí a odzemí, jsou velmi působivé, zejména při jejich složení. Bohužel zde existuje jedna podmínka, a to je fotografování Měsíce v přízemí či odzemí v době úplňku. Proč v době úplňku? Na to je jednoduchá odpověď. V době úplňku dopadají na měsíční povrch sluneční paprsky takřka kolmo, což má za následek nejkratší stíny a fotografie takto složené působí daleko věrohodněji. Ještě větší vliv má úhlová velikost Měsíce při fotografování zatmění Slunce, kdy může nastat jak úplné, tak i prstencové zatmění Slunce.

Měsíc v úplňku vyfotografovaný v perigeu 19. 3. 2011 a apogeu 6. 6. 2009. V roce 2011 byl průměr Měsíce o 14 % větší a 30 % jasnější než v roce 2009. Autor: Pedro RÉ
Zdroj: http://www.astrosurf.com/re/moon_20110319_20090606_apogee_perigee.jpg

Zajisté jste se setkali s tvrzením, že Měsíc je při obzoru výrazně „větší“, než když se nachází vysoko na obloze nad vaší hlavou. Bohužel není pravda, že by byl větší, jedná se čistě o optický klam, kdy podvědomě srovnáváme velikosti Měsíce s okolní krajinou.

Výška Měsíce nad obzorem

Maximální výška Měsíce nad obzorem se v průběhu roku mění a je to způsobeno změnou výšky roviny ekliptiky. Rovina ekliptiky vyjadřuje průsečnici nebeské sféry a roviny, ve které obíhá Země kolem Slunce. Měsíční úplněk bude v době letního slunovratu kulminovat 11,5°–21,5° nad obzorem a v době zimního slunovratu 58,5°–68,5°. Další věc, kterou bychom neměli opomenout při seznamování se s geometrií pohybu Měsíce po obloze, je fakt, že Měsíc se pohybuje rozdílnou rychlostí než samotné hvězdy. Rozdíl činí přibližně 13° za 24 h, což dělá asi 0,5° za hodinu. Na samotnou fotografii Měsíce to ale nemá žádný vliv.

Z těchto informací můžeme dojít k jednoduchému závěru. Pokud chceme fotografovat detaily na měsíčním povrchu, měli bychom si vybrat období, kdy je Měsíc důvodu. Odražené sluneční světlo z povrchu Měsíce prochází silnou vrstvou atmosféry, která má nemalý vliv na její chvění, „seeing“. Čím níže bude měsíc, tím silnější vrstvou prochází odražené paprsky. Zároveň s nižší výškou měsíce nad obzorem se snižuje jas měsíce a délka použité expozice roste.

Fotografie za pomoci pevného stativu

Technické vybavení pro fotografování Měsíce závisí na konkrétním záběru (kompozici). Běžným fotoaparátem se standardním vybavením (stativ, fotoaparát s objektivem, drátěná spoušť) lze dosáhnout velmi zajímavých snímků zahrnujících Měsíc i okolní krajinu. Přesto se doporučuje používat objektivy s ohniskovou vzdáleností větší než 100 mm. Musíme si uvědomit, že úhlový průměr Měsíce na obloze je podobně jako u Slunce přibližně 0,5°. Při použití standardního objektivu f = 50 mm, který je součástí většiny zrcadlovek, bude zobrazen měsíční kotouč na negativu o průměru 0,43 mm. Bohužel tento rozměr jen těžko stačí k rozeznání samotné fáze Měsíce, proto je vhodné použít objektiv o větší ohniskové vzdálenosti. Pro snadnější představu o průměru měsíčního kotouče na negativu lze využít jednoduchého výpočtu, kdy ohniskovou vzdálenost objektivu v milimetrech vydělíme konstantou 115. Například legendární objektiv Sonar 2,8/180 bude zobrazovat Měsíc na negativu (24x36 mm) jako kotouček o velikosti 1,57 mm. Tak velký kotouček samozřejmě nemůže stačit k rozpoznání detailů, ale fáze Měsíce bude jasně zřetelná. Pro přesnější určení velikosti měsíčního kotouče je vhodnější použít program Astrofotografické výpočty, který je schopný danou velikost spočítat i pro jiné snímací prvky, jako jsou CCD a podobně.

Výpočet průměru měsíčního kotouče na negativu:

d – výsledný průměr měsíčního kotouče
f – ohnisková vzdálenost objektivu

Z tohoto vztahu je tedy jasně patrné, že čím větší ohniskovou vzdálenost bude mít náš objektiv, tím více detailů jsme schopni vyfotografovat. Pokud tedy budeme chtít využít kompaktního fotoaparátu pro fotografování Měsíce, tak jedině s ultrazoomem. V případě zrcadlovky použijeme objektiv s větší ohniskovou vzdáleností jak 100 mm.

Další problém, který budeme řešit při fotografování z pevného stativu, je délka expozice, která do značné míry souvisí s použitou ohniskovou vzdáleností daného objektivu a kompozicí snímku. Pro jednoduchý výpočet maximální délky expozice lze použít následující vztah (samozřejmě je tento výpočet čistě informativní a nezohledňuje individuální požadavky na kvalitu snímku, která bude u jednotlivých fotografů rozdílná).

Maximální délka expozice:

T_max – maximální délka expozice v sekundách
f – ohnisková vzdálenost objektivu v milimetrech

Měsíc fotografovaný v době svého největšího přiblížené v roce 2011. Fotograf stál asi 800 metrů od katedrály Quimper a exponoval několik snímků přes malý dalekohled s ohniskovou vzdáleností 480 mm a expozicí 1/13–1/3 s digitálním fotoaparátem Canon 30D + WO Megrez. Autor: Laurent Laveder
Zdroj: http://www.pixheaven.net/photo.php?nom=110319_9201-07-14-22

Fotografie Měsíce přes dalekohled

Pokud se rozhodneme fotografovat měsíční krátery a další detaily na měsíčním povrchu, tak se neobejdeme bez pořádného vybavení. To znamená pevná montáž, dalekohled, kvalitní zrcadlovka nebo jiný elektronický senzor obrazu.

Snímek popelavého svitu Měsíce. Přeexponováním zaniká úzký srpek a zvýrazní se neosvětlená měsíční strana. Snímek je fotografovaný přístrojem ED 120/900 + Canon EOS 20D, ISO 400, jeden snímek 1/8 sec, zpracováno v programu Photoshop, doostřeno v Pixinsight. Autor: Martin Adamovský

Pro detailnější fotografování měsíčního povrchu budeme potřebovat objektiv s minimální ohniskovou vzdáleností větší než 2 000 mm a neobejdeme se bez paralaktické montáže. Podobně jako u Slunce, tak i u Měsíce můžeme použít refraktory s menší světelností 1:10 nebo 1:15. Nejjednodušší způsob, jak využít optických vlastností dalekohledu, je vložení snímače obrazu přímo do ohniskové roviny dalekohledu, potom hovoříme o fotografii v primárním ohnisku. Pokud se rozhodneme prodloužit ohniskovou vzdálenost objektivu a tím i zvětšit fotografovaný objekt, tak použijeme Barlowův optický člen, mluvíme o negativní projekci. Další možností, jak úhlově zvětšit fotografovaný objekt, je využití pozitivní nebo afokální projekci. Více informací o těchto projekcích je uvedeno v kapitole Různé druhy projekce. Je nutné si ale uvědomit, že prodlužování ohniskové vzdálenosti s sebou přináší řadu problémů, jako je seeing, zvýšené požadavky na stabilitu montáže a v neposlední řadě i snižování světelnosti, která nám může znesnadnit doostření, zejména když nemáme fotoaparát s živým náhledem nebo nevyužíváme při fotografii CCD techniku. Zároveň máme zvýšené požadavky na přesný chod montáže s dalekohledem během delších expozic. Někdy je vhodnější při fotografování pomocí zrcadlovky zvýšit citlivost (ISO), abychom zkrátili expoziční dobu při zhoršených atmosférických podmínkách.

V hojné míře se při fotografování Měsíce používá podobných metod jako je tomu u Slunce nebo planet, kdy vyfotografujeme velké množství snímků, které za pomoci programu Registax složíme. Více o této technice uvádím v kapitole Planety.

Správné ustavení montáže není při fotografování Měsíce velkou prioritou. Bez větších problémů stačí montáž dalekohledu ustavit pomocí polárního hledáčku. Na co bychom ale neměli zapomenout, je tuhost montáže při využití negativních či pozitivních projekcí. Rozkmitání dalekohledu je častým problémem u malých a středních montáží, které nejsou dostatečně dimenzované.

Fotografie měsíčního úplňku za katolickým kostelem v Allgäu na jihu Německa. Autor: Timm Kasper
Zdroj: http://www.twanight.org/newTWAN/guests_photos.asp?ID=5001546

Expoziční dobu ovlivňuje celá řada faktorů od světelnosti optické soustavy, fáze Měsíce, citlivosti použitého fotografického materiálu či snímače. Expoziční doby se budou měnit jednak s velikostí fáze Měsíce, tak i s plochou, kterou fotografujeme. Rozdíl bude i při fotografování měsíčního srpku nebo popelavého svitu při stejné fázi Měsíce viz přiložená fotografie. Je tedy nutné vyzkoušet několik expozičních časů a zvolit takový, aby detaily na měsíčním povrchu byly dostatečně prokreslené a netrpěly různými neduhy, jako je přeexponování (příliš světlé) nebo podexponování (moc tmavé). Zároveň se ale musíme smířit s tím, že i ten nejvydařenější snímek nebude obsahovat tak jemné podrobnosti, jaké spatříme okem v dalekohledu, což je způsobeno tím, že si „mozek“ při pozorování vybírá prchavé okamžiky, kdy se obraz uklidní, a vyniknou detaily.

Snímek je pořízený v jihovýchodním Queenslandu, kde si autor snímku počkal na správný okamžik. Autor: Chris Thomas
Zdroj: http://apod.nasa.gov/apod/image/1009/moonplane_thomas_big.jpg

Při fotografování se zrcadlovkami staršího typu jsme se mohli setkat s problémem rozkmitaného obrazu, který byl způsobený silným nárazem sklápějícího zrcátka či pohybu uzávěrky. Abychom zabránili zbytečnému přenosu chvění zrcátka fotoaparátu při exponování, lze užít jednoduchého „fíglu“. Objektiv zakryjeme kloboukem, otevřeme uzávěrku fotoaparátu na čas „B“, odkryjeme a zakryjeme objektiv na určený časový okamžik a potom zavřeme uzávěrku. Tento způsob lze však použít při fotografování delšími expozicemi řádově sekundy.

Lze využít automatu při fotografii Měsíce?

Na tuto otázku neexistuje jednoznačná odpověď. Není totiž automat jako automat. Jedním z největších prohřešků při fotografování Měsíce automatickým fotoaparátem je jeho ostření, případně nastavení dalších parametrů, jako je citlivost nebo doba expozice. Právě bodové měření expozic je základní věc, kterou budeme při fotografování Měsíce potřebovat. Mohlo by se totiž stát, že automatika špatně vyhodnotí vysoký kontrast mezi Měsícem a tmavou oblohou a výsledný snímek pak bude podexponovaný nebo přeexponovaný. Zkuste proto svůj automat nastavit buď na manuální expoziční režim, nebo na bodové měření expozic. U bodového měření expozic je velmi důležité Měsíc vystředit na střed měřicího bodu, který se zobrazuje na LCD displeji. Délka expozice, kterou nám fotoaparát zobrazí, může být na první dojem velmi krátká, ale uvědomme si, že Měsíc je velmi jasné těleso. Zároveň se doporučuje vyzkoušet několik různých expozičních časů v průběhu fotografování.

• ISO co nejmenší z důvodu minimalizace šumu.
• Automatické ostření by na Měsíci nemělo být problém, ale je vhodnější zkontrolovat ihned kvalitu pořízeného snímku (nastavit bodové ostření).
• Vyvážení bílé nastavit na automatické.
• Rozlišení co největší.
• Umístit fotoaparát na pevný stativ.

Takto pořízené fotografie samozřejmě nemohou dosahovat takových kvalit jako fotografie přes kvalitní digitální zrcadlovku spojenou s dalekohledem, ale mohou se stát návodem či inspirací pro lidi, kteří se teprve seznamují s astronomickou fotografií.