Fotografování meteorů

Je to jednoduché

V odborné literatuře se můžete dočíst, že pořízení pěkného snímku meteoru není pro amatéra žádný problém. Stačí v době maxima velkého meteorického roje (např. perseidy nebo geminidy) zamířit fotoaparát na oblohu, otevřít clonu, zaostřit a exponovat. Bohužel s tímto tvrzením se ve skutečnosti nedá moc souhlasit. Technika fotografování meteorů se může zdát jednoduchá, ale s největší pravděpodobností se na snímek dříve podaří zachytit spíše přelet družice nebo letadla než jasný meteor. Fotografování meteorů je ovlivněno řadou podmínek, mezi které patří i světelné znečištění oblohy či samotná podstata tohoto úkazu. Průlet tělíska atmosférou totiž trvá zlomky sekund a v extrémních případech několik sekund.

Pro fotografování meteorů je vhodnější se soustředit na maxima frekvencí jednotlivých meteorických rojů. Údaje o aktivitách meteorických rojů nalezneme například v astronomické ročence. Velice krásné snímky meteorů lze pořídit pomocí dlouhé expozice a širokoúhlého objektivu. Pokud máme dostatečně široké zorné pole a exponujeme oblast v blízkosti radiantu, vykreslí se meteory v podobě úseček, které směřují z jediného bodu (radiantu). Mezi vhodné meteorické roje patří meteorický roj leonid, který má velmi krátké a ostré maximum.

Technické vybavení

Pro pořízení jednoduchého snímku meteoru postačí základní vybavení. Největší nároky jsou kladeny na kvalitu objektivu a mechaniku fotoaparátu. Fotoaparát by měl umožňovat výměnu objektivů o různých ohniskových vzdálenostech a samozřejmě by měl mít možnost nastavení dlouhé expozice. Pozor si musíme dávat u fotoaparátů řízených elektronikou, u kterých dochází při pořizování delších expozic hlavně v zimních měsících k rychlému vybití baterií. Kromě problému s kapacitou baterií mohou nastat i problémy s vypnutím automatických režimů expozic, clony nebo expozičního času. Nejjednodušším řešením, jak se vyhnout výše uvedeným komplikacím, je použití klasického mechanického fotoaparátu Praktika, Zenit. Většina mechanických fotoaparátů je vybavena expozičními časy označenými B nebo T, uzávěrka fotoaparátu reaguje otevřením, uzavřením na stlačení spouště a umožňuje tak exponovat po libovolnou dobu. Součástí každého těla fotoaparátu by měla být i drátěná spoušť, která zabrání přenosu chvění ruky na fotoaparát při zmáčknutí spouště fotoaparátu. Další nezbytnou pomůckou je pevný fotografický stativ a dostatečně citlivý fotografický materiál. Zároveň se doporučuje používat vytápěnou rosnici na objektiv, která zabrání jeho orosení. Rosnice však nesmí zasáhnout do zorného pole. Pokud vlastníme digitální zrcadlovku, lze dlouhé expozice nahradit řadou snímků s kratšími expozicemi, a naskládat je na sebe.

Fotografie leonid z roku 2002 od Chen Huang-Minga. Snímek byl pořízen za pomoci celooblohové kamery, která zobrazí celou noční oblohu včetně Mléčné dráhy.
Zdroj: http://apod.nasa.gov/apod/image/0112/leonids_chen_big.jpg

Nedostatek světla

Z předcházejícího textu je vcelku jasné, že průlet meteoritu atmosférou je poměrně rychlý. A ne každý meteor je dostatečně jasný, aby byl zachycen na fotografické emulzi. Průměrná jasnost meteoritů se pohybuje v rozmezí 0 až 4 mag. Jenom výjimečně můžeme pozorovat průlet meteoru s jasností vyšší než –4 mag (jas Venuše). Takovému meteoru říkáme bolid. Průlet bolidu je často doprovázen dalšími světelnými efekty, jako je jeho exploze a následné rozštěpení do několika složek nebo světelná stopa, kterou zanechá po průletu atmosférou.

Pro samotné zachycení meteoru na fotografickou emulzi je nutné použít co nejcitlivější film s kombinací velmi světelného objektivu, protože průlet meteoru trvá řádově desetiny sekundy. Samotná expoziční doba je omezena pozorovacími podmínkami na stanovišti a může se pohybovat od pěti do deseti minut. Pro zobrazení co největšího zorného pole se používají širokoúhlé objektivy nebo objektivy s označením rybí oko. V extrémním případě můžeme pomocí takového objektivu zobrazit celou oblohu. Další možností, jak si pomoci při zobrazení celé oblohy, je možnost s umístěním fotografické kamery nad vypuklé kulové zrcadlo.

Používání delších ohnisek není vhodné, protože se nám nepodaří zachytit celou světelnou stopu meteoru, pokud nebudeme fotografovat oblast přímo v radiantu. Jak už jsem se zmínil v kapitole o objektivech, ne každý objektiv je dostatečně kvalitní, a proto bych doporučil používat objektivy Flektogon (širokoúhlé) nebo Pancolar (základní a portrétní).

Stopa meteoru zachycená na fotografický materiál je poměrně dost dlouhá. Při prvních zkouškách ale zjistíme, že činitel úspěšnosti při zachycení stopy meteoru se zlepší, když použijeme objektiv s ohniskovou vzdáleností, která nebude příliš krátká, protože objektivy s kratší ohniskovou vzdáleností mají zpravidla nižší světelnost než základní objektiv a při použití stejné clony tak ubývá dopadajícího světla na film.

Velmi širokoúhlé objektivy (rybí oko) jsou méně světelné, jejich světelnost se pohybuje v nejlepším případě někde kolem 2,8, místo 1,8 nebo 1,4, jak je tomu u základních objektivů s ohniskovou vzdáleností 50 mm. Největší úspěchy budeme mít při použití objektivu s ohniskovou vzdáleností 28 až 50 mm a světelností objektivu 1,8 až 1,4. Dosáhnout co největšího zorného pole lze jen za pomoci snížení světelnosti objektivu nebo použití fotografické kamery s větším formátem, než je kinofilmové políčko, např. střední formát 6 x 6 cm. Další možností, jak si pomoci při nedostatku světla, je využití reduktoru ohniskové vzdálenosti nebo použití bloku několika kamer s relativně vysokou světelností a menším zorným polem a vytvoření fotografické mozaiky z několika fotoaparátů.

Fotografický materiál

Pro fotografování meteorů na klasický fotografický materiál se používají filmy s citlivostí minimálně 400 ISO. S vyšší citlivostí fotografického materiálu však stoupá jejich zrnitost. Není tedy vhodné šetřit na kvalitě filmu. Problémem každého fotografického materiálu je délka expozice, neboť žádný výrobce nepočítá s několikaminutovou expozicí. Další nevýhodou jednotlivých fotografických materiálů různých značek o stejné citlivosti (ISO) je rozdílné chování při různě dlouhých expozicích. Délka expozice se stanovuje především na základě pozorovacích podmínek a světelného znečištění. Běžně se používají deseti–patnáctiminutové expozice.

V místech, kde jsou výborné pozorovací podmínky, můžeme použít i expozici s délkou 30 minut. O kvalitách pozorovacích podmínek se můžeme přesvědčit po vyvolání fotografického materiálu, který by měl být dostatečně tmavý.

Mezi fotografické materiály, které se dají využít pro fotografování meteorů, patří Ilford HP-5 a FUJI Neopan 1 600 (ISO 3 200/36).

Fotografování meteorů je patrně jediná oblast fotografie, kde je Schwarzchildův jev přínosem. Umožní dlouhé expozice bez přeexponovaného pozadí a přitom zůstává vysoká citlivost nutná pro zachycení meteoru.

Pevný stativ nebo paralaktická montáž

Nejjednodušší možností, jak pořídit kvalitní snímek meteoru, je pomocí pevného stativu. Fotografie pořízená z pevného stativu s delší expozicí zachytí meteor jako úsečku na hvězdném pozadí. Bohužel toto hvězdné pozadí vykreslí na snímek hvězdy jako části kružnic. Délka částí kružnic je ovlivněna délkou expozice (rotací Země kolem své osy). Problém tedy může nastat s identifikací souřadnic dráhy meteoru. Pokud použijeme pro fotografii paralaktickou montáž nebo jednoduchý hodinový strojek, vyhneme se problémům s určením souřadnic dráhy letu meteoru, protože hvězdy budou vykreslené jako body. Jediný problém, který může nastat, je s kvalitou objektivu. Při použití paralaktické montáže dochází k zvýraznění některých optických vad objektivu. Velice oblíbené pro fotografovaní meteorů jsou celooblohové kamery, které jsou k dispozici skoro na každé hvězdárně. Toto zařízení je velice jednoduché a umožňuje fotografovi získat snímek celé oblohy. Hlavní součástí je vypuklé zrcadlo, které je umístěné na vyzděném pilířku nebo na ocelové konstrukci. Nad tímto zrcadlem je umístěný otáčivý segment a fotoaparát. Zrcadlo je vyhříváno pomocí rezistorů. Nevýhodou tohoto zařízení je, že nedokáže zachytit slabší meteory. Zachytí se jenom meteory s jasností bolidu kolem –4 mag a vyšší.

Detailní pohled na vnitřní uspořádání celooblohové kamery po sejmutí zrcadla. Rezistory, které zde vidíme, vyhřívají zrcadlo a zabraňují jeho orosení. Fotoaparát na klasický formát kinofilmu umístěný nad vypuklým kulovým zrcadlem. Autor: Josef Jíra

Určení dráhy let

Při fotografování meteorů je důležité si zaznamenávat údaje související s fotografo¬váním, jako je začátek a konec expozice, časy přeletu jasných meteorů. Ušetří to spoustu času při zpracování jednotlivých snímků.

Pokud chceme ze svého snímku získat vypovídající informaci o trajektorii letu, není to až tak složité. Je jasné, že budeme muset mít velmi přesná data z několika stanovišť. To znamená provádět synchronní snímání jedné části oblohy z několika stanovišť najednou. Tato stanoviště musejí být od sebe vzdálená minimálně 30 km. Pro určení správné fotografované oblasti na obloze nám stačí určit azimut pro jednotlivá stanoviště, který odečteme z mapy, a určit si výšku (úhel) pomocí vhodné goniometrické funkce. Protože meteor fotografujeme ve výšce kolem 80 km nad zemí z několika stanovišť, musíme si uvědomit, že hvězdné pole, kde čekáme průlet meteoru, bude pro jednotlivá stanoviště odlišné. Čím menší je vzdálenost mezi stanovišti, tím větší chyby se potom dopouštíme při následném zpracování. Při fotografování stejného úseku oblohy je žádoucí zachytit počátek a konec stopy stejného meteoru minimálně ze dvou míst. Zároveň je velmi důležité použít pro tento způsob fotografie stejné fotografické kamery, objektivy a následné snímky zpracovat stejnou technologií. Dobré je také domluvit se s ostatními fotografy na stanovištích na přesném určení začátků expozic. Když něco nevyjde, třeba z důvodu přetrženého filmu, špatné spouště a jiné závady, je vhodnější expozici vynechat a exponovat v další domluvenou dobu. Pokud si děláme během fotografování poznámky o jasných meteorech, které prolétly zorným polem, usnadníme si čas při zpracování (vyhledávání společně zachycených stop u různých pozorovatelů). Pomocí triangulace můžeme vypočítat a zrekonstruovat trojrozměrnou trajektorii letu meteoru a vystačíme se středoškolskou matematikou. Pokud se výpočty výšky vstupu a konce trajektorie meteoru budou pohybovat v rozmezí 130 až 70 kilometrů, jde zřejmě o správný výsledek.

Abychom správně určili rychlost meteoru a změny v rychlosti během průletu atmosférou, použijeme otáčivého sektoru. Jedná se o jednoduchou clonu, která má tvar kruhové výseče, se středovým úhlem 600 vyrobenou z plechu, která se otáčí nad fotoaparátem. Pravidelné otáčení sektoru nemá vliv na zkreslení zachycených hvězd na snímku, ale na trajektorii stopy meteoru, kterou rozdělí na různě dlouhé úseky. A díky tomu a znalosti rychlosti otáčení segmentu si sami můžeme vypočítat rychlost meteoru v jednotlivých úsecích trajektorie. Samozřejmě čím větší je počet otáček, tím přesněji můžeme vyhodnocovat údaje o rychlosti a změnách rychlosti meteoru.

Světově unikátní kamerový systém pro fotografování meteorů, který vyvinuli odborníci Astronomického ústavu AV ČR v Ondřejově. Vnitřní uspořádání kamerového systému, který funguje zcela samočinně, bez zásahu lidské ruky.
Zdroj: http://spacedevices.i-line.cz/bolid_cz.html

Máto cenu?

I v dnešní době vyspělé elektroniky se vcelku zdařile využívá klasické fotografie. Její výhoda spočívá v šířce zorného pole, na kterou lze zachytit celou dráhu letícího meteoru. A právě pro vědecké účely i v dnešní době mají tyto údaje vypovídající hodnotu. Další výhodou klasické fotografie, a tedy i delší expozice, je fakt, že můžeme na jedno políčko zachytit i několik meteorů najednou. Snad největší výhodou je nízká pořizovací cena ve srovnání s velkoformátovou CCD kamerou. I přesto dnešní vyspělé elektronické technologie v podobě různých videokamer s pomocí zesilovačů a záznamových zařízení získávají velmi kvalitní informace.

Česká republika se stala již v 19. století průkopníkem v pozorování a zpracování dat o meteorech. Jedno z nejstarších foto¬grafických pozorování meteorů pochází právě z Prahy. 27. listopadu 1885 profesor L. Weinek získal první fotografii meteoru při velkém dešti andromedid. Dalším primátem je vyfotografování bolidu Příbram a následné nalezení příslušného meteoritu.