Planety na fotografii

Seeing

Hlavní požadavek na fotografii úhlově malých objektů, jakými jsou například planety, souvisí s kvalitními pozorovacími podmínkami. Atmosféra má velký vliv jak na intenzitu fotografovaného obrazu, tak i na kontrast a geometrické deformace obrazu. Obecně tyto nedostatky nazýváme jedním slovem „seeing“. Seeing vzniká jako důsledek turbulentního proudění vzduchu o různých teplotách a tedy i o různé hustotě a indexu lomu. Samotné turbulentní proudění vzniká zejména ve dne, kdy je zemský povrch zahřívaný slunečními paprsky. Část záření pohltí povrchové vrstvy země a část vyzáří zpět do atmosféry. Městské aglomerace plné asfaltu a betonu jsou velkým zdrojem turbulentního proudění vzduchu. Pokud máme možnost fotografovat astronomické objekty mimo město, tak neváhejme. Asi nejlepších atmosférických podmínek bude atmosféra dosahovat až v ranních hodinách před východem Slunce, kdy se v průběhu noci teploty vzduchu vyrovnají. Věnujme tedy pozornost seeingu, který ovlivňuje výslednou kvalitu fotografie. V současné době existují webové aplikace, které se seriozně zabývají předpovědí seeingu, nalezneme je například na internetové adrese www.meteoblue.com.

Při pozorování úhlově malých objektů se často setkáváme s různými stupnicemi kvality obrazu. Asi nejlepší stupnicí, se kterou jsem se seznámil, vytvořil Damian Peach na základě svých pozorování planety Jupiter za pomoci dalekohledu Celestron C14 a kamery SKYnyx 2,0M se zeleným filtrem. Stupnice osahuje pětibodovou škálu.

1. Extrémně špatný obraz – těžké vlnění s velkými nepřesnostmi. Velmi špatný kontrast. Bez detailů.
2. Špatný obraz – těžké vlnění s nepřesnostmi. Špatný kontrast. Detaily lze definovat jen velmi těžce. Drobné detaily se nedají prakticky pozorovat.
3. Dobrý obraz – mírné vlnění po celou dobu. Rozumný kontrast. Drobné detaily v atmosféře jsou občas vidět.
4. Rozumný obraz – většinou pevný a stabilní disk s dobrým kontrastem. Drobné detaily jsou často vidět, i když nevydrží delší dobu.
5. Výborný obraz – stabilní disk planety s dobrým kontrastem. Menší detaily v atmosféře jsou stabilní i dlouhou dobu. Obraz neobsahuje žádné významné vlnění nebo nepřesnosti.

Technické vybavení

Pro fotografii planet můžeme využít jak zrcadlových, tak i čočkových dalekohledů, zde ale musíme přísně dbát na kvalitu objektivu. Doporučené průměry zrcadlových dalekohledů začínají průměrem 200 mm, u čočkových průměrem 150 mm. Samozřejmě ohnisková vzdálenost by měla být větší a za ideální můžeme považovat ohniskovou vzdálenost od 2 000 mm. S přibývající délkou ohniskové vzdálenosti se také zvyšují nároky na tuhost a kvalitu pointace montáže, i když pointace nebývá až tak kritickým faktorem, protože délka jednotlivých expozic je velmi krátká, na rozdíl od fotografie deep-sky objektů.

Obecná pravidla

Pro samotnou fotografii planet můžeme využít řadu záznamových zařízení od klasické digitální zrcadlovky přes webovou kameru až po kvalitní CCD kamery. Bohužel ne všechna záznamová zařízení jsou zcela ideální pro tento druh fotografie, kde je cílem exponovat velké množství snímků. Díky této podmínce se nedoporučují digitální zrcadlovky, u kterých bychom zbytečně namáhali jejich mechanickou část. Uvědomme si, že pro získání kvalitní fotografie je třeba naexponovat značné množství snímků, v rozmezí 300 až 500. Více snímků znamená větší pravděpodobnost získání kvalitních dat pro jejich skládání. Dalším limitujícím faktorem u digitálních zrcadlovek je IR filtr, který je standardně nainstalovaný před samotným čipem a brání tak průchodu IR záření na čip. Bohužel vliv atmosféry na rozptylující se světlo klesá se vzrůstající vlnovou délkou, proto zařízení, která mají nainstalovaný IR filtr, nejsou zcela vhodná pro fotografování planet ani pro fotografování deep-sky objektů, a to zejména emisních mlhovin, které září především v blízké infračervené oblasti. Ještě jednu výhodu má fotografování v IR oblasti, a tou je zmenšení vlivu turbulence, které mírně klesá s rostoucí vlnovou délkou. Bohužel, jak to tak bývá, tak i fotografie v IR oblasti spektra má několik nedostatků, které souvisí především s korekcí optické soustavy pro refraktory v IR oblasti, ale tomuto nedostatku se lze vyhnout využitím zrcadlových dalekohledů.

Pro fotografování planet je relativně charakteristický dostatek světla, který je však vykoupený velmi malým úhlovým rozměrem detailů a jejich nízkým kontrastem. Planety fotografujeme s citlivostí 100–200 ISO, pokud možno s delším expozičním časem a nižší frekvencí mezi jednotlivými expozicemi. Bohužel délka expozice je silně ovlivněna atmosférickými podmínkami. Vlastníme-li například černobílou CCD kameru s filtrovým kolem, tak si střídejme jednotlivé filtry po menších sériích – max. 15 snímků. Velký pozor věnujme zaostření snímku, protože na výslednou fotografii bude mít kvalitní zaostřením nohem větší vliv než délka expozice.

Důvodů, proč exponovat větší množství snímků, je hned několik. Jednak tím snižujeme vliv turbulence a za druhé tím snižujeme šum záznamového zařízení. Určit přesně množství naexponovaných snímků ale nejde a řídí se zpravidla kvalitou pozorovacích podmínek a kvalitou záznamového zařízení. U CCD kamery nám může stačit cca 300 snímků, u webových kamer bude počet snímků vykoupený jejich vyšším šumem a mělo by nám stačit cca 1 500 snímků. Délka série snímků by se měla odvíjet také od rychlosti rotace fotografované planety a neměla by přesáhnout změnu, která by odpovídala jednomu pixelu. Zpravidla se však jedná o záznam v délce několika minut.

Asi k nevýhodnějšímu záznamovému zařízení patří černobílá CCD kamera s filtrovým kolem. Výhoda černobílých kamer spočívá především v tom, že jejich udávané fyzické rozlišení skutečně odpovídá těmto parametrům. Uvědomme si, že barevný čip se skládá z jednotlivých barevných buněk zelené, červené a modré, ze kterých je složený výsledný obraz. Tomuto rozložení říkáme Bayerova maska. Čip barevné kamery snímá obraz v RGB barvách, z toho poměr zelené barvy je vůči ostatním složkám ještě dvojnásobný. Barevná kamera se stejnou dobou expozice jako černobílá kamera s filtrovým kolem je schopná například v červeném kanálu zachytit pouze jednu čtvrtinu dopadajícího světla, která odpovídá této složce světla.

Skládání obrazu

Zpracování napozorovaných dat není zrovna jednoduché, a proto se vyplatí využít některého z volně dostupných programů pro jejich zpracování. Mezi nejpoužívanější programy pro skládání obrazu patří Registax. Tyto programy mají vcelku intuitivní ovládání, které pravděpodobně zvládne každý zájemce, proto se zaměříme na drobné detaily, které při skládání obrazu hrají roli.

Asi nejzávažnějším nedostatkem je správně zvolená kvalita výběru pořízených dat pro jejich následné zpracování. Kvantita v tomto případě neznamená zvýšení kvality, proto výsledná fotografie z velkého počtu snímků může dosahovat podstatně menšího rozlišení než snímek složený z menšího počtu fotografií. Postup při skládání je následující. Jako první musíme vybrat referenční snímek. Na základě tohoto referenčního snímku pak program vybere automaticky z pořízených dat v závislosti na nastavené odchylce snímky k dalšímu zpracování. Po této operaci následují procesy, takzvané sesouhlasení, skládání snímků na sebe, zvýraznění detailů a finální zpracování obrazu. Pokud jsme šťastnějšími majiteli černobílé kamery, musíme tento postup opakovat pro jednotlivé kanály RGB samostatně.

Pozor při skládání obrazu různých vlnových délek. Vzhled planet se totiž může výrazně měnit v různých oborech spektra.

Planeta Mars fotografovaná v opozici 2005 kamerou Philips PCVC 740K (RGB) přes dalekohled TAL 200K, Barlowovův člen 4,5krát.
Zdroj: http://www.nfilipovic.com/astrophotography/planets

Jednotlivé planety na fotografii

Fotografie planet, Měsíce a Slunce patří k tomu nejzajímavějšímu na obloze, ovšem pro zachycení jemné struktury nebo detailů na jejich povrchu je nutné použít dalekohledů s velkou ohniskovou vzdáleností, která se pohybuje v řádu metrů a to především z důvodů fotografie velmi malých úhlových objektů. Bohužel většina astronomů amatérů nedisponuje dalekohledy s takovými parametry a tak na řadu přicházejí i různé druhy projekcí, jako je například afokální, kde záznamové zařízení v podobě webové kamery instalujeme za okulárem dalekohledu. Dostupnost takového zařízení je pro běžného astronoma zcela bezproblémová a v následujícím textu se zaměříme na charakteristiky jednotlivých planet, které bychom mohli takovým zařízením fotografovat.

Merkur a Venuše

Merkur a Venuše tvoří dvojici planet, kterou označujeme jako vnitřní planety. Pro tyto planety je charakteristické, že se pohybují kolem Slunce na bližších oběžných drahách, než je Země. Zároveň tyto parametry drah ovlivňují zobrazení planet na obloze. Tyto planety totiž nikdy nemůžeme fotografovat na noční oboze, pouze a jenom na večerní nebo ranní, díky tomu získala Venuše označení večernice a jitřenka. Pro obě planety je taky charakteristické, že v průběhu roku mění fáze podobně jako Měsíc, od úzkého a velkého srpku až skoro po malou kuličku. Bohužel vzhledem k jejich vzdálenosti od Země a úhlové vzdálenosti od Slunce nemůžeme na těchto planetách pozorovat žádné povrchové nebo atmosférické detaily. Snad jen u Venuše jsou někdy pozorovatelné změny jasu oblačnosti na terminátoru. V závislosti na postavení drah můžeme Merkur a Venuši pozorovat i na denní obloze a ve velmi vzácných případech můžeme fotografovat přechod planet přes sluneční kotouč nebo zákryty Měsícem.

Kromě samotných detailů fází planet můžeme fotografovat nebo natáčet videozáznam východu či západu planet za místním obzorem. Takové fotografie s okolní krajinou nejsou nikterak náročné na technické vybavení, problémem snad mohou být jen atmosférické podmínky. Správně zvolenou kompozicí a ohniskovou vzdáleností objektivu lze zachytit velmi zajímavé fotografie, které dokládají nevšednost takového pozorování.

Planeta Venuše fotografovaná přes zrcadlový dalekohled 355/1600 mm a černobílou TV kamerou SONY SSC-M383CE. Autor: Libor Šmíd
Zdroj: http://home.zcu.cz/~smid/planety/venuse.jpg

Mars

Planeta Mars byla a je ve středu zájmu astronomů již několik století. Jedná se o první planetu za dráhou Země a druhou nejmenší planetu sluneční soustavy. Mars patří mezi terestrické planety, tedy planety s pevným povrchem, který je pokrytý řadou kráterů, kaňonů a sopek. Sklon rotační osy je velmi podobný Zemi, a proto v průběhu jednoho marsovského roku můžeme pozorovat severní a jižní polární čepičky. Nejvhodnější fotografické podmínky panují především v období opozice, kdy je Mars nejblíže planetě Zemi. Bohužel Mars má výrazně větší excentricitu, která má za následek různé vzdálenosti Marsu a Země v době opozice. Rozdíly jsou natolik velké, že úhlový rozměr planety v době opozic se může lišit i o 10". Maximální úhlová vzdálenost, jaké Mars může dosáhnout je 25,1".

Mars zachycený na fotografii bude mít nažloutlou až načervenalou barvu s tmavými a světlými skvrnami na jeho povrchu, které označujeme jako albedové útvary. Tyto albedové útvary jen zčásti odpovídají skutečným geologickým útvarům na povrchu planety a mají svoje vlastní označení. Mezi nejviditelnější útvary patří polární čepičky, které jsou složené ze zmrzlého CO2 a vodního ledu. Tvar a velikost čepiček se v průběhu marsovského roku mění a souvisí se střídáním ročních období. Další výraznou světlou skvrnou na povrchu Marsu tvoří vrcholek největší sopky sluneční soustavy Olympus Mons, který nese označení Nix Olympica. Na zobrazení albedových útvarů má velký vliv atmosféra Marsu. I když je velmi řídká, tak má dostatek energie na to, aby způsobila silná proudění „vzduchu“ v podobě větrů a prachových bouří. Síla prachových bouří může být natolik velká, že zahalí skoro celou planetu do neproniknutelného závoje na dobu i několika týdnů.

Planeta Mars fotografovaná přes zrcadlový dalekohled 355/1600 mm a černobílou TV kamerou SONY SSC-M383CE. Autor: Libor Šmíd
http://home.zcu.cz/~smid/planety/mars03.jpg

Jupiter

Jupiter společně se Saturnem, Uranem a Neptunem patří do skupiny planet, kterou označujeme plynní obři. Jupiter je největší planetou sluneční soustavy a po právu je označován za královskou planetu. Díky mimořádné velikosti je jedním z nejjasnějších objektů na obloze, pouze Mars ho v příznivé opozici může vystřídat na čtvrtém místě po Slunci, Měsíci a Venuši. Díky své mimořádné velikosti má Jupiter úhlový průměr 29,8" až 50,1", jedině Venuše ho může překonat se svým úhlovým průměrem 66". Díky této velikosti můžeme v atmosféře Jupitera pozorovat i fotografovat řadu detailů. S periodou necelých deseti hodin, je Jupiter mírně zploštělý na pólech. A protože se nejedná o pevné těleso, tak se u něj projevuje diferenciální rotace jako u Slunce. To znamená, že rovníkové oblasti se pohybují rychleji než oblasti na pólech. Rozdíl v rovníkových a polárních rychlostech je však natolik malý, že se nedá běžnými prostředky zaznamenat. I když rotace planety je velmi rychlá, tak se v jeho atmosféře vyskytují poměrně stálé útvary představující pásy a pruhy. Tyto pásy jsou pak doplněné oválnými skvrnami, které představují atmosférické víry. Životnost takových vírů je omezená, ale jsou známé případy, kdy konkrétní víry byly pozorovány i padesát let. Asi nejznámějším představitelem mezi atmosférickými úkazy je Velká rudá skvrna, kterou pozorovali astronomové už v 17. století. Rudá skvrna představuje obrovský atmosférický vír s rozměry 15 000 x 24 000 km a obvodovou rychlostí dosahující téměř 500 km/h.

Již v prosinci roku 1609 Simon Marius v Bavorsku objevil čtyři Jupiterovy měsíce, které krátce nato 7. 1. 1610 pozoroval v Padově italský učenec Galileo Galilei, podle něhož jsou tyto čtyři nejjasnější měsíce označované jako galileovské. Měsíce byly pojmenovány Io, Europa, Ganymedes a Callisto. Od té doby uplynulo dost času a v současné době se rodina měsíců planety Jupiter rozrostla na 63. Právě čtyři nejjasnější měsíce se mohou stát dalším objektem, který můžeme fotografovat. Velmi zajímavé jsou fotografie s přechody stínů přes kotouč planety.

S vývojem záznamových a optických zařízení lze v dnešních amatérských podmínkách fotografovat v atmosféře Jupitera velmi zajímavé detaily, které souvisí s dopadem cizích těles do jeho atmosféry. Jedním z nedramatičtějších dopadů, které jsme mohli pozorovat v roce 1994, se stal dopad komety Shoemaker-Levy 9.

Planeta Jupiter fotografovaná přes zrcadlový dalekohled 355/1600 mm a černobílou TV kamerou SONY SSC-M383CE. Na Jupiteru je zachycený stín měsíce Europa, kromě Europy je v levé části měsíc Io. Autor: Libor Šmíd
Zdroj: http://home.zcu.cz/~smid/planety/j040316.jpg

Saturn

Saturn společně s Jupiterem patří k nejvíce fotografovaným planetám sluneční soustavy. Po Jupiteru je druhou největší planetou sluneční soustavy a patří do skupiny plynných obrů. Podobně jako u Jupitera můžeme u Saturna fotografovat pouze atmosférické útvary, které se vyskytují na Saturnu ve formě světlejších a tmavších pásů. Rozdíl atmosféry Jupiteru a Saturnu je naprosto zřejmý a vypovídá o tom, že na Saturnu neprobíhají tak bouřlivé atmosférické jevy. Barevné zobrazení atmosféry Saturnu je trošku rozdílné a můžeme hovořit o tom, že má nažloutlou atmosféru. Při fotografování Saturnu se tedy nebudeme soustředit na jeho atmosféru, ale spíše na jeho překrásný prstenec, který je pozorovatelný již menšími dalekohledy a stává se charakteristickým znakem planety. Úhlový rozměr planety se pohybuje v rozmezí 14,5" až 20,1", ale pokud budeme počítat do úhlového rozměru i prstenec, tak úhlový rozměr bude odpovídat planetě Jupiter. Velmi zajímavé fotografie vznikají ze snímků, které jsou pořízené s časovým odstupem několika měsíců či jednoho roku, kde se projeví změny sklonu prstence planety. Změna polohy prstence je způsobena sklonem rotační osy planety 26,7° a ročním pohybem kolem Slunce. Pokud budeme mít k dispozici lepší optickou soustavu, tak jsme schopni na fotografii zachytit i dělení jednotlivých prstenců, ze kterých je složený samotný velký prstenec planety.

Podobně jako Jupiter, tak i Saturn má velmi bohatou rodinu měsíců. Bohužel jasnost jednotlivých měsíců a jejich geometrické postavení vůči planetě není tak zajímavá, jako tomu je u planety Jupiter. Planeta Saturn z roku 2006 fotografovaná přes zrcadlový dalekohled 355/1 600 mm a černobílou TV kamerou WAT-120N. Celkem je snímek složený z 260 černobílých fotografií, které jsou dobarvené podle barevného snímku z fotoaparátu Canon 350D. Autor: Libor Šmíd
Zdroj: http://home.zcu.cz/~smid/planety/sat06b.jpg

Uran, Neptun a Pluto

Fotografie těchto těles sluneční soustavy je velmi komplikovaná v amatérských podmínkách, protože úhlový rozměr objektů je velmi malý. Možná ještě planeta Uran se svým maximálním úhlovým rozměrem 4,1" je v amatérských podmínkách zachytitelná jako malý kotouček namodralé barvy bez detailů, ale další tělesa jsou prakticky pozorovatelná jen jako extrémně malé zářící objekty na hvězdném pozadí.