Астрофотография галактик, туманностей и звёздных скоплений

Очень многие любители астрономии всего мира посвятили себя именно съёмке ДипСкай, а новички стремятся достичь тех высот, которые уже покорены опытными астрофотографами. Даже посредствам телескопа с достаточно небольшой апертурой астрофотограф получает возможность заснять по-настоящему удивительные подробности структуры вещества огромных водородных туманностей нашей галактики, усыпанных звёздами скоплений и далёких галактик, находящихся от нас в миллионах световых лет. Кроме того, фотографические наблюдения такого рода могут иметь большую научную ценность. Некоторые достаточно опытные любители астрономии занимаются поиском сверхновых звёзд, проводят фотометрические наблюдения уже открытых объектов. Любители открывают новые кометы и астероиды в нашей Солнечной системе, проводят ценные для науки наблюдения покрытий звёзд  астероидами. 

Оборудование для съёмки ДипСкай

Прежде чем перейти к рассказу о том, что можно снимать и какими методами, нам нужно достаточно разобраться и определится с оборудованием, которое нам обязательно понадобится, чтобы запечатлеть красоту глубокого космоса. Большинство туманностей и галактик это довольно тусклые объекты, которые впрочем, имеют довольно крупные угловые размеры. Следовательно, нам стоит стремиться к большей светосиле телескопа, чтобы увеличить количество света который попадёт на матрицу приёмника. А фокус телескопа или объектива можно подбирать индивидуально под каждый объект, в зависимости от его угловых размеров, а также задумки фотографа по поводу масштаба и деталей объекта на снимке.

В простейшем случае, для астросъёмки неба мы можем использовать даже штатный объектив цифрового зеркального фотоаппарата (DSLR). Просто установив камеру на штатив и наведя её на Полярную звезду или одно из любимых созвездий, возможно захватывая при этом некоторые детали и силуэты окружающего ландшафта, нужно установить большую выдержку и ждать результата на дисплее. В зависимости от требуемого результата, выдержка фотоаппарата может составить от 5-10 секунд до нескольких часов. В последнем случае съёмка ведётся с максимально закрытой диафрагмой объектива и низкой чувствительностью, если фотограф ставит перед собой задачу заснять длинные круговые треки, которые оставят на снимке звёзды вследствие суточного вращения Земли.

 Но чтобы оставить звёзды в кадре «неподвижными» нужно установить камеру на экваториальную монтировку с часовым приводом, который будет отслеживать движение небесных объектов. Точно наведя часовую ось монтировки на полюс, приступаем к съёмке. Теперь можно использовать достаточно длинные выдержки. С выдержкой в 10-15минут и небольшим значением  ISO удастся получить красивые снимки созвездий, россыпей звёзд в Млечном Пути, ярких и крупных водородных туманностей. Для съёмки звёздных полей лучше применять широкоугольные объективы с фокусом 28-50мм. Используя объектив типа fish-eye с углом зрения 180 градусов можно сфотографировать впечатляющие панорамы звёздного неба, треки от метеорных потоков и пролетающих через небо искусственных спутников Земли.

Гидирование и точность ведения

Для того чтобы заснять отдельные туманности и звёздные скопления потребуются объективы с фокусом 135-300мм. При работе с фокусом более 200мм уже повышаются требования к точности выставления полярной оси монтировки. Существуют довольно точные способы настройки методом наблюдения дрейфов звёзд, но такой способ довольно сложен для новичка слабо ориентирующегося в тонкостях небесной механики. Чтобы упростить задачу настройки, производители предусматривают во многих приспособленных для астрофото монтировках отверстия для специального искателя полюса. Заглянув в искатель, Вы увидите разметку, которая соответствует виду на небе Полярной звезды и её окрестностей. Совместив изображение в искателе с разметкой, а, также настроив сам искатель на правильное звёздное время по часовому кругу, часовая ось монтировки будет точно направлена на Полюс Мира.

Для того, чтобы скомпенсировать периодическую ошибку часового привода монтировки используют специальный телескоп гид. При съёмке с фотообъективом закреплённым на телескопе, гидом может выступать сам телескоп. Для гидрирования устанавливается окуляр с перекрестием, в окрестностях объекта выбирается достаточно яркая звезда, которая совмещается с центром перекрестия. Вместе с началом экспозиции наблюдатель отслеживает возможное смещение звезды, с перекрестия компенсируя его с пульта управляющего приводами монтировки или винтов тонких движений. Чтобы заметить тончайшие сдвиги звезды применяют максимально возможное увеличение телескопа, т.е. окуляр-гид используют в комплекте с линзой Барлоу.

Для небольших экспозиций в 10-15 минут такой метод вполне приемлем, но если речь идёт о серийной съёмке далёких объектов, когда фотографирование ведётся не через объектив, а непосредственно сам телескоп с достаточно большим фокусом, то метод ручного гидирования оказывается крайне утомительным и мало точным. Ведь суммарно, в течение многих часов экспозиции, наблюдателю приходится неотрывно смотреть в окуляр-гид и вручную вносить корректировки в работу монтировки. Для того чтобы автоматизировать процесс гидирования, на телескоп-гид устанавливают камеру, которая с помощью специального программного обеспечения осуществляет автоматическую корректировку работы монтировки. Для этого применяют недорогие ПЗС-матрицы или веб-камеры. Но такой способ гидирования осуществим только с монтировками, имеющими возможность компьютерного управления.

 С целью сэкономить на телескопе гиде и уменьшить количество и вес применяемого оборудования, многие астрофотографы отдают своё предпочтение так называемым внеосевым гидам. В небольшом корпусе, устанавливаемом между камерой и телескопом, имеется маленькая призма или зеркало, это зеркало отражает пучок света на самом краю поля зрения телескопа в сторону, где устанавливается окуляр-гид или камера-гид. На краю поля зрения, как правило, всегда можно найти звезду, подходящую для гидирования, а современные, даже недорогие, ПЗС-приёмники на телескопе средней апертуры могут вполне успешно гидировать по звезде даже 13-ой звёздной величины.

Выбор монтировки телескопа

Одной из важнейших частей оборудования астрофотографа является монтировка, на которой будет установлен астрограф и всё навесное оборудование. Зачастую именно от точности ведения и жёсткости монтировки всецело может зависеть конечный результат. Разные монтировки обладают разной грузоподъёмной способностью, которая указывается производителем обычно с расчётом на визуальные наблюдения, для астрофотографии эти требования стоит немного ужесточить. То есть, выбирая монтировку, нужно позаботиться о том, чтобы она имела некоторый запас жесткости, после того как на неё будет установлено всё необходимое для съёмки оборудование. Ведь во время съёмки играют роль множество факторов, которые могут повлиять на точность ведения. В первую очередь это возможность резких порывов ветра во время экспозиции, которые могут безнадёжно испортить кадр. Также это вибрации от движения наблюдателя и прикосновения к винтам тонких движений, в случае с ручным гидированием.

 Для целей астрофотографии больше всего подходят монтировки с возможностью и компьютерного управления, и наведения по средствам системы Go-To. Мы рассмотрим несколько относительно доступных, отвечающих основным требованиям и наиболее популярных среди любителей всего мира монтировок.

Первая монтировка это самая доступная EQ-5, или аналоги. Монтировка имеет стальной трубчатый штатив, достаточно неплохую грузоподъёмность, разумеется, приводы по обеим осям с возможностью управления системой Go-To с ручного пульта или компьютера и портом подключения авто-гида. Упомянутых свойств более чем достаточно для серьезных занятий астрофото. Кроме того, все описанные монтировки имеют весьма интересную функцию PEC (Periodic Error Correction), суть которой в том, что монтировка, руководствуясь данными, полученными с установленных внутри энкодеров, самостоятельно проводит корректировку периодической ошибки приводов. Это позволяет снимать сериями коротких экспозиций вовсе не прибегая к помощи авто-гида. Описанная монтировка хорошо справится с ведением установленного на ней телескопа Ньютона с апертурой около 150мм, ED-рефрактора 80-100мм или телескопа системы Шмидта-Кассегрена апертурой до 200мм.

Следующими двумя монтировками являются HEQ-5 и EQ-6, наиболее часто используемые любителями астрофотографии. По функциям и электронной начинке эти монтировки мало чем превосходят EQ-5, но вот механическая часть их сделана на более высоком уровне, что обеспечивает большую грузоподъёмность, лучшую устойчивость к вибрациям и малую периодическую ошибку. На монтировки такого типа можно устанавливать телескопы Ньютона до 200мм в случае с HEQ-5 и до 250мм в случае с EQ-6.

Последней в нашем обзоре будет монтировка фирмы Celestron CGE, хотя эту монтировку можно относить к классу EQ-6, по заявлениям производителей она является очень грамотно спроектированным и сконструированным прибором, обеспечивающим более точный уровень ведения телескопа.

Выбор телескопа для съёмки

Немного разобравшись с настройкой монтировки перед фотографированием и требованиями к гидированию объекта съёмки, уделим внимание выбору телескопа-астрографа имонтировки.

Одними из наиболее привлекательных для астрофотографии телескопов можно считать небольшие ED-рефракторы. Такие телескопы пусть и обладают небольшой апертурой, но зато обеспечивают качественные и контрастные изображения на большом поле зрения благодаря применению в объективе специальных стёкол с низкой дисперсией, которые корректируют хроматизм, присущий всем рефракторам, гораздо лучше, чем обычные стёкла, применяемые в рефракторах-ахроматах. К тому же, благодаря неплохой светосиле и небольшому фокусу мы можем позволить себе работать с меньшими экспозициями, как следствие, иметь большую результативность за ночь наблюдений, а малый фокус телескопа, кроме того, что обеспечивает хорошее поле зрение, не предъявляет особо жёстких требований к точности гидирования.

Такие телескопы как ED80 от разных производителей Celestron, Meade, Synta, Orion завоевали немалую популярность как у любителей астрофотографии стран СНГ, так и у западных астрофотографов. Телескопы такого уровня оснащены качественными фокусёрами Крэйфорда, которые обеспечивают плавную и точную фокусировку, рефракторы неприхотливы к юстировке в отличие, например, от телескопов-рефлекторов системы Ньютона, имеют малый вес и габариты, но и соответственно значительно меньшую апертуру, чем Ньютоны примерно той же ценовой категории.

Для улучшения качества изображения ED-рефракторов используют специальные корректоры спрямители поля, или флэттнеры. Флэттнер компенсирует небольшую кривизну поля присущую этой системе, обеспечивая одинаково резкое изображение по всему кадру. 

В общем, такой инструмент можно смело считать отличным выбором для астрофотографа новичка с серьезными амбициями на достойный результат.

Как было замечено в статье посвящённой планетной съемке, наиболее рентабельными в соотношении цена/апертура являются телескопы системы Ньютона. Обладая большим относительным отверстием (светосилой), которое равно в обычных случаях 1/5, но иногда 1/4 и даже в некоторых модификациях этой системы 1/3, мы получаем большое поле вместе с хорошей апертурой.

Для начинающего астрофотографа замечательным выбором будет Ньютон с диаметром объектива 150мм и фокусом 750мм на монтировке типа EQ-5, или же более мощный инструмент с главным зеркалом 200мм и фокусом 1000мм на монтировке типа HEQ-5 или EQ-6. С повышением светосилы телескопа Ньютона, растут также аберрации присущие этой системе – это кома и астигматизм. Для коррекции этих искажений с целью улучшения качества снимков используют специальные кома-корректоры.

И последними мы рассмотрим телескопы системы Шмидта-Кассегрена. Главным достоинством этой системы является компактный размер трубы, что позволяет устанавливать телескопы большей апертуры на монтировки среднего класса, которые уже не могут достаточно хорошо работать с Ньютонами равной апертуры. К хорошим качествам таких телескопов можно отнести достаточное высокое качество изображения присущее катадиоптрикам, но телескопы этой системы имеют очень небольшую светосилу, как правило, это 1/10, чего явно недостаточно для многих фотографических работ. С целью исправить этот недостаток любители используют редукторы фокуса. Редуктор фокуса, также как и выше описанные корректоры, устанавливается на фокусёр перед приёмником изображения, что помогает достичь более высокой светосилы, обычно около 1/6.

Приёмник изображения

Приёмником изображения в астрофотографии Дип-скай может выступать как ПЗС-матрица, так и обычный цифровой зеркальный фотоаппарат (DSLR). К достоинствам ПЗС камер можно отнести низкий уровень шумов за счёт активного охлаждения матрицы и действительно хорошее разрешение. Но с увеличением физического размера матрицы, цена камеры многократно возрастает, что делает действительно большие ПЗС приёмники малодоступными для любителя. Поэтому ПЗС-матрицы как правило больше подходят для съёмки компактных планетарных туманностей, далёких галактик, шаровых скоплений и прочих небольших объектов, которые в фокальной плоскости телескопа уверенно помещаются на чип. ПЗС камеры могут иметь как чёрно белый, так и цветной чип. В первом случае, для получения цветного изображения небесного объекта, съёмка ведётся в трёх цветовых каналах RGB (красный, зелёный, голубой) через соответствующие светофильтры. Полученные кадры калибруются и складываются в специализированных программах для астросъёмки и обработки изображений.

Для фотографии величественных газовых туманностей Млечного Пути, больших рассеянных скоплений погружённых в облака серы и водорода больше подойдут цифровые зеркальные камеры. Несмотря на то, что последние обладают меньшим разрешением и большим шумом по сравнению со специализированными ПЗС камерами, зеркалки обладают довольно большим чипом. Благодаря этому можно заснять широкие поля и даже заняться съёмкой больших мозаик и панорам Млечного Пути.

Так как цифровые камеры предназначены для бытовой съёмки и художественной фотографии, перед матрицей камеры установлен специальный фильтр, поглощающий ИК-излучение (инфра красное), к которому матрица чувствительна, но оно совсем неуместно для построения обычного изображения в художественной фотографии. В астрофотографии всё выглядит иначе, как известно, окружающая нас Вселенная состоит почти на сто процентов из водорода, который излучает свет в линии H-alpha и близлежащих линиях спектра. Эти линии как раз таки относятся к ИК части спектра, которую обрезает фильтр фотоаппарата, не позволяя снять тонкие детали в структуре туманностей. С целью избавится от этой проблемы, любители астрономии извлекают штатный фильтр фотоаппарата и устанавливают вместо него специальный ИК фильтр, пропускающий необходимую часть спектра.

Узкополосные фильтры и съёмка туманностей

Для того чтобы выделить зачастую малозаметные подробности структуры туманностей применяют узкополосные фильтры, которые пропускают излучение только строго определенной длинны волны. Например, если мы знаем, что выбранная нами туманность излучает в линии трижды ионизированного кислорода и в линии водорода, мы используем для съёмки части кадров фильтр OIII (кислород) и для части кадров H-alpha или H-beta (водород). Полученные снимки определённым образом калибруются, чтобы при конечной обработке получить действительно реалистичный цвет туманности и проявить излучение того или иного вещества в правильном балансе. К тому же, использование узкополосных фильтров может быть очень оправдано при съёмке в условиях городской засветки.

Фильтр отсекает свет излучаемый фоном засвеченного неба и пропускает только необходимую нам длину волны. Понятное дело, что съёмка с фильтрами не заменит загородного тёмного неба, но всё-таки окажет, несомненно, большое влияние на конечный результат.

Крупные галактики и скопления

Крупные галактики, такие как Туманность Андромеды (М31) или Галактика Треугольника (М33), для достижения большего разрешения, можно снимать мозаиками. То есть, проводится сессия съемок, к примеру, из шести разных участков, захватывающих центр и рукава галактики с её периферией. Каждый участок снимается с небольшим перекрытием соседнего. Полученные кадры также калибруются и подгоняются друг к другу. Так можно получить снимок действительно высокого разрешения, на котором проявят себя детали структуры галактики.

 Подобным образом можно снять и крупные звёздные скопления, к примеру, Плеяды с их погруженными в газо-пылевые туманности звёздами, или множество разнообразных туманностей и скоплений в Млечном Пути.