Астрофотографія галактик, туманностей і зоряних скупчень

Багато любителів астрономії всього світу присвятили себе саме зйомці ДіпСкай, а новачки прагнуть досягти тих висот, які вже підкорені досвідченими астрофотографами. Навіть за допомогою телескопа з досить невеликою апертурою астрофотограф отримує можливість зафільмувати по-справжньому дивовижні подробиці структури речовини величезних водневих туманностей нашої галактики, усипаних зірками скупчень і далеких галактик, що знаходяться від нас у мільйонах світлових років. Крім того, фотографічні спостереження такого роду можуть мати велику наукову цінність. Деякі досвідчені любителі астрономії займаються пошуком наднових зірок, проводять фотометричні спостереження вже відкритих об'єктів. Любителі відкривають нові комети та астероїди у нашій Сонячній системі, проводять цінні для науки спостереження покриттів зірок астероїдами.

Устаткування для зйомки ДіпСкай

Перш ніж перейти до розповіді про те, що можна знімати і якими методами, нам потрібно достатньо розібратися та визначиться з обладнанням, яке нам обов'язково знадобиться, щоб сфотографувати красу глибокого космосу. Більшість туманностей і галактик це досить тьмяні об'єкти, які мають досить великі кутові розміри. Отже, нам варто прагнути більшої світлосилі телескопа, щоб збільшити кількість світла, що потрапить на матрицю приймача. А фокус телескопа чи об'єктива можна підбирати індивідуально під кожен об'єкт, залежно від його кутових розмірів, а також задумки фотографа щодо масштабу та деталей об'єкта на знімку.

У найпростішому випадку для астрозйомки неба ми можемо використовувати навіть штатний об'єктив цифрового дзеркального фотоапарата (DSLR). Просто встановивши камеру на штатив і навівши її на Полярну зірку або одне з улюблених сузір'їв, можливо, захоплюючи при цьому деякі деталі та силуети навколишнього ландшафту, потрібно встановити велику витримку і чекати на результат на дисплеї. Залежно від необхідного результату, витримка камери може становити від 5-10 секунд до кількох годин. В останньому випадку зйомка ведеться з максимально закритою діафрагмою об'єктива та низькою чутливістю, якщо фотограф ставить перед собою завдання зняти довгі кругові треки, які залишать на знімку зірки внаслідок добового обертання Землі.

Але щоб залишити зірки в кадрі «нерухомими», потрібно встановити камеру на екваторіальне монтування з годинниковим приводом, який відстежуватиме рух небесних об'єктів. Точно навівши годинну вісь монтування на полюс, приступаємо до зйомки. Тепер можна використати досить довгі витримки. З витримкою в 10-15 хвилин і невеликим значенням ISO вдасться отримати красиві знімки сузір'їв, розсипів зірок у Чумацькому Шляху, яскравих та великих водневих туманностей. Для зйомки зоряних полів краще використовувати ширококутні об'єктиви з фокусом 28-50мм. Використовуючи об'єктив типу fish-eye з кутом зору 180 градусів, можна сфотографувати вражаючі панорами зоряного неба, треки від метеорних потоків і штучних супутників Землі, що пролітають через небо.

Гідування та точність ведення

Щоб зняти окремі туманності і зоряні скупчення знадобляться об'єктиви з фокусом 135-300мм. Під час роботи з фокусом понад 200мм вже підвищуються вимоги до точності виставлення полярної осі монтування. Існують досить точні способи налаштування методом спостереження дрейфів зірок, але такий спосіб досить складний для новачка, що слабо орієнтується в тонкощах небесної механіки. Щоб спростити завдання налаштування, виробники передбачають у багатьох пристосованих для астрофото монтування отвори для спеціального шукача полюса. Заглянувши в шукач, Ви побачите розмітку, що відповідає виду на небі Полярної зірки та її околиць. Поєднавши зображення в шукачі з розміткою, а також налаштувавши сам шукач на правильний зоряний час за годинниковим колом, годинна вісь монтування буде точно спрямована на Полюс Світу.

Для того, щоб компенсувати періодичну помилку часового приводу монтування використовують спеціальний телескоп гід. Під час зйомки з фотооб'єктивом, закріпленим на телескопі, гідом може виступати сам телескоп. Для гідрування встановлюється окуляр з перехрестям, на околицях об'єкта вибирається досить яскрава зірка, яка поєднується з центром перехрестя. Разом з початком експозиції спостерігач відстежує можливе усунення зірки, з перехрестя компенсуючи його з пульта управляючого приводами монтування або гвинтів тонких рухів. Щоб помітити найтонші зрушення зірки застосовують якнайбільше можливе збільшення телескопа, тобто. окуляр-гід використовують у комплекті з лінзою Барлоу.

Для невеликих експозицій в 10-15 хвилин такий метод цілком прийнятний, але якщо йдеться про серійну зйомку далеких об'єктів, коли фотографування ведеться не через об'єктив, а безпосередньо сам телескоп з досить великим фокусом, то метод ручного гідування виявляється вкрай стомлюючим і малоточним. Адже сумарно протягом багатьох годин експозиції спостерігачеві доводиться невідривно дивитися в окуляр-гід і вручну вносити коригування в роботу монтування. Щоб автоматизувати процес гідування, на телескоп-гід встановлюють камеру, яка з допомогою спеціального програмного забезпечення здійснює автоматичне коригування роботи монтування. Для цього використовують недорогі ПЗС-матриці або веб-камери. Але такий спосіб гідрування здійснимо тільки з монтуванням, що мають можливість комп'ютерного керування.

З метою заощадити на телескопі гіді і зменшити кількість і вагу устаткування, що застосовується, багато астрофотографів віддають свою перевагу так званим позаосьовим гідам. У невеликому корпусі, що встановлюється між камерою і телескопом, є маленька призма або дзеркало, це дзеркало відображає пучок світла на самому краю зору телескопа в бік, де встановлюється окуляр-гід або камера-гід. На краю поля зору, як правило, завжди можна знайти зірку, що підходить для гідування, а сучасні, навіть недорогі, ПЗС-приймачі на телескопі середньої апертури можуть успішно гідувати по зірці навіть 13-й зоряної величини.

Вибір монтування телескопа

Однією з найважливіших частин устаткування астрофотографа є монтування, де буде встановлено астрограф і все навісне устаткування. Найчастіше саме від точності ведення та жорсткості монтування цілком може залежати кінцевий результат. Різні монтування мають різну вантажопідйомну здатність, яка вказується виробником зазвичай з розрахунком на візуальні спостереження, для астрофотографії ці вимоги варто трохи посилити. Тобто, вибираючи монтування, потрібно подбати про те, щоб воно мало деякий запас жорсткості, після того, як на нього буде встановлено все необхідне для зйомки обладнання. Адже під час зйомки відіграють роль безліч факторів, які можуть вплинути на точність ведення. Насамперед це можливість різких поривів вітру під час експозиції, які можуть безнадійно зіпсувати кадр. Також це вібрації від руху спостерігача та дотику до гвинтів тонких рухів у випадку з ручним гідуванням.

Для цілей астрофотографія найбільше підходять монтування з можливістю і комп'ютерного управління, і наведення засобами системи Go-To. Ми розглянемо кілька відносно доступних, що відповідають основним вимогам та найпопулярніших серед любителів усього світу монтувань.

Перше монтування це найдоступніше EQ-5, або аналоги. Монтування має сталевий трубчастий штатив, досить непогану вантажопідйомність, зрозуміло, приводи по обох осях з можливістю керування системою Go-To з ручного пульта або комп'ютера та портом підключення автогіда. Згаданих властивостей більш ніж достатньо серйозних занять астрофото. Крім того, всі описані монтування мають дуже цікаву функцію PEC (Periodic Error Correction), суть якої в тому, що монтування, керуючись даними, отриманими з встановлених всередині енкодерів, самостійно проводить коригування періодичної помилки приводів. Це дозволяє знімати серіями коротких експозицій не вдаючись до допомоги авто-гіда. Описане монтування добре впорається з веденням встановленого на ній телескопа Ньютона з апертурою близько 150мм, ED-рефрактора 80-100мм або телескопа системи Шмідта-Кассегрена апертурою до 200мм.

Наступними двома монтуваннями є HEQ-5 і EQ-6, які найчастіше використовуються любителями астрофотографії. За функціями та електронною начинкою ці монтування мало чим перевершують EQ-5, але механічна частина їх зроблена на вищому рівні, що забезпечує більшу вантажопідйомність, кращу стійкість до вібрацій і малу періодичну помилку. На монтаж такого типу можна встановлювати телескопи Ньютона до 200мм у випадку з HEQ-5 і до 250мм у випадку з EQ-6.

Останньою у нашому огляді буде монтування фірми Celestron CGE, хоча це монтування можна відносити до класу EQ-6, за заявами виробників воно є дуже грамотно спроектованим та сконструйованим приладом, що забезпечує більш точний рівень ведення телескопа.

Вибір телескопа для зйомки

Трохи розібравшись із налаштуванням монтування перед фотографуванням та вимогами до гідування об'єкта зйомки, приділимо увагу вибору телескопа-астрографа імонтування.

Одними з найбільш привабливих для астрофотографія телескопів можна вважати невеликі ED-рефрактори . Такі телескопи нехай і мають невелику апертуру, зате забезпечують якісні та контрастні зображення на великому полі зору завдяки застосуванню в об'єктиві спеціальних стекол з низькою дисперсією, які коригують хроматизм, властивий усім рефракторам, набагато краще, ніж звичайні стекла, що застосовуються в рефракторах-ахроматах. До того ж, завдяки непоганій світлосилі та невеликому фокусу ми можемо дозволити собі працювати з меншими експозиціями, як наслідок, мати більшу результативність за ніч спостережень, а малий фокус телескопа, крім того, що забезпечує гарне поле зір, не висуває особливо жорстких вимог до точності гідування.

Такі телескопи як ED80 від різних виробників Celestron, Meade, Synta, Orion завоювали неабияку популярність як у любителів астрофотографія країн СНД, так і у західних астрофотографів. Телескопи такого рівня оснащені якісними фокусерами Крейфорда, які забезпечують плавне і точне фокусування, рефрактори невибагливі до юстування на відміну, наприклад, від телескопів-рефлекторів системи Ньютона, мають малу вагу і габарити, а й відповідно значно меншу апертуру, ніж Ньютони. категорії.

Для поліпшення якості зображення ED-рефракторів використовують спеціальні коректори спрямовувачі поля або флеттнери. Флеттнер компенсує невелику кривизну поля, властиву цій системі, забезпечуючи однаково різке зображення по всьому кадру.

Загалом такий інструмент можна сміливо вважати відмінним вибором для астрофотографа новачка з серйозними амбіціями на гідний результат.

Як було зазначено у статті присвяченій планетній зйомці, найбільш рентабельними у співвідношенні ціна/апертура є телескопи системи Ньютона. Маючи великий відносний отвор (світлосила), яке дорівнює у звичайних випадках 1/5, але іноді 1/4 і навіть в деяких модифікаціях цієї системи 1/3, ми отримуємо велике поле разом з хорошою апертурою.

Для початківця астрофотографа чудовим вибором буде Ньютон з діаметром об'єктиву 150мм і фокусом 750мм на монтуванні типу EQ-5, або потужніший інструмент з головним дзеркалом 200мм і фокусом 1000мм на монтуванні типу HEQ-5 або EQ-6. З підвищенням світлосили телескопа Ньютона, зростають також аберації властиві цій системі – це кома та астигматизм. Для корекції цих спотворень з метою покращення якості знімків використовують спеціальні кома-коректори.

І останніми ми розглянемо телескопи системи Шмідта-Кассегрена. Головною перевагою цієї системи є компактний розмір труби, що дозволяє встановлювати телескопи більшої апертури на монтування середнього класу, які вже не можуть добре працювати з Ньютонами рівної апертури. До хороших якостей таких телескопів можна віднести достатню високу якість зображення, властиву катадіоптрикам, але телескопи цієї системи мають дуже невелику світлосилу, як правило, це 1/10, чого явно недостатньо для багатьох фотографічних робіт. З метою виправити цей недолік, любителі використовують редуктори фокусу. Редуктор фокусу, як і вище описані коректори, встановлюється на фокусер перед приймачем зображення, що допомагає досягти вищої світлосили, зазвичай близько 1/6.

Приймач зображення

Приймачем зображення в астрофотографія Діп-скай може виступати як ПЗС-матриця, так і звичайний цифровий дзеркальний фотоапарат (DSLR). До переваг ПЗЗ камер можна віднести низький рівень шумів за рахунок активного охолодження матриці і дійсно гарний дозвіл. Але зі збільшенням фізичного розміру матриці ціна камери багаторазово зростає, що робить дійсно великі ПЗС приймачі малодоступними для любителя. Тому ПЗЗ-матриці зазвичай більше підходять для зйомки компактних планетарних туманностей, далеких галактик, кульових скупчень та інших невеликих об'єктів, які у фокальній площині телескопа впевнено поміщаються на чіп. ПЗЗ камери можуть мати як чорно-білий, так і кольоровий чіп. У першому випадку для отримання кольорового зображення небесного об'єкта зйомка ведеться в трьох колірних каналах RGB (червоний, зелений, блакитний) через відповідні світлофільтри. Отримані кадри калібруються та складаються у спеціалізованих програмах для астрозйомки та обробки зображень.

Для фотографії величних газових туманностей Чумацького Шляху, великих розсіяних скупчень, занурених у хмари сірки та водню, більше підійдуть цифрові дзеркальні камери. Незважаючи на те, що останні мають меншу роздільну здатність і більший шум у порівнянні зі спеціалізованими ПЗЗ камерами, дзеркалки мають досить великий чіп. Завдяки цьому можна зняти широкі поля і навіть зайнятися зйомкою великих мозаїк та панорам Чумацького Шляху.

Так як цифрові камери призначені для побутової зйомки та художньої фотографії, перед матрицею камери встановлений спеціальний фільтр, що поглинає ІЧ-випромінювання (інфра червоне), якого матриця чутлива, але воно зовсім недоречне для побудови звичайного зображення в художній фотографії. В астрофотографія все виглядає інакше, як відомо, навколишній Всесвіт складається майже на сто відсотків з водню, який випромінює світло в лінії H-alpha і прилеглих лініях спектру. Ці лінії саме відносяться до ІЧ частини спектра, яку обрізає фільтр фотоапарата, не дозволяючи зняти тонкі деталі в структурі туманностей. З метою позбавитися цієї проблеми, любителі астрономії вилучають штатний фільтр фотоапарата і встановлюють замість нього спеціальний ІЧ фільтр, що пропускає необхідну частину спектра.

Вузькосмугові фільтри та зйомка туманностей

Для того щоб виділити найчастіше малопомітні подробиці структури туманностей застосовують вузькосмугові фільтри, які пропускають випромінювання лише певної довжини хвилі. Наприклад, якщо ми знаємо, що вибрана нами туманність випромінює лінії тричі іонізованого кисню і лінії водню, ми використовуємо для зйомки частини кадрів фільтр OIII (кисень) і частини кадрів H-alpha чи H-beta (водень). Отримані знімки певним чином калібруються, щоб при кінцевій обробці отримати дійсно реалістичний колір туманності та проявити випромінювання тієї чи іншої речовини у правильному балансі. До того ж використання вузькосмугових фільтрів може бути дуже виправдане при зйомці в умовах міського засвітлення.

Фільтр відсікає світло, що випромінюється фоном засвіченого неба і пропускає тільки необхідну нам довжину хвилі. Зрозуміло, що зйомка з фільтрами не замінить заміського темного неба, але все-таки вплине на кінцевий результат.

Великі галактики та скупчення

Великі галактики, такі як Туманність Андромеди (М31) або Галактика Трикутника (М33), для досягнення більшої роздільної здатності, можна знімати мозаїками. Тобто проводиться сесія зйомок, наприклад, із шести різних ділянок, що захоплюють центр і рукави галактики з її периферією. Кожна ділянка знімається із невеликим перекриттям сусідньої. Отримані кадри також калібруються та підганяються один до одного. Так можна отримати знімок дійсно високої роздільної здатності, на якому виявлять себе деталі структури галактики.

Подібним чином можна зняти і великі зоряні скупчення, наприклад, Плеяди з їх зануреними в газо-пилові туманності зірками, або безліч різноманітних туманностей і скупчень у Чумацькому Шляху.