Astronomická fotografie I. - Slunce a Měsíc

Vynález fotografie ve druhé polovině 19.století byl pro přírodní a technické vědy doslova dar z nebes. Zejména pro astronomii, vědu, která je téměř výhradně závislá na množství zaznamenaného světla od vzdálených objektů, předznamenala fotografie výrazný posun vpřed. Na rozdíl od lidského oka, které sčítá (integruje) světlo po dobu asi 0.03s, mohla být fotografická expozice prodloužena na desítky minut. Díky tomu mohly být na snímku zachyceny velmi slabé objekty, vzdálené hvězdy, mlhoviny, galaxie… Byla vyfotografována první spektra nebeských objektů, což umožnilo zkoumat chemické složení vesmíru. První astronomické snímky pořídil Henry Draper, americký fyzik a amatérský astronom. Je autorem i první fotografie velké mlhoviny v Orionu. Na snímku je vidět nejjasnější část mlhoviny, viditelná i pouhým okem.

Ve dvacátých a třicátých letech dvacátého století umožnila astrofotografie objev a detailní průzkum různých typů proměnných hvězd, přispěla také k výzkumu rozpínání vesmíru. V začátcích kosmonautiky a umělých družic vyslaných k Měsíci a planetám byl fotografický aparát nedílnou součástí jejich vědecké výbavy. Snad největšího ohlasu se vědecké fotografii dostalo po návštěvách posádek Apollo u našeho nejbližšího souputníka Měsíce.

Ve druhé polovině osmdesátých let minulého století se (nejen) v astronomii začala používat místo fotografie polovodičová čidla na bázi CCD (nábojově vázané prvky). Tyto polovodičové detektory mají oproti klasické fotografii řadu výhod – zejména vyšší, na délce expozice nezávislou citlivost. V roce 2009 byla autorům CCD detektorů Williardu Boylemu a Georgovi Smithovi udělena Nobelova cena. Bez těchto elektronických čidel si už dnešní astronomii a kosmonautiku nedokážeme vůbec představit.

Astronomie bývá považována za nejstarší přírodní vědu – není divu: dodnes láká krása hvězdné oblohy člověka k hlubšímu studiu a pochopení „věcí nad námi“. Současná astronomie však romantické počátky hvězdářství téměř ničím nepřipomíná. Astronom profesionál už v kupoli hvězdárny netráví noci pozorováním oblohy dalekohledem. Velké dalekohledy jsou dnes řízeny přes satelit a astronom, přesněji astrofyzik, dnes spíše než do okuláru dalekohledu, pohlíží na obrazovku počítače a analyzuje data pořízená dalekohledem vzdáleným tisíce kilometrů.

To však neznamená, že k pořízení kvalitních snímků noční oblohy je potřeba nějaké speciální vybavení. Digitálním fotoaparátem, nejlépe zrcadlovkou, za použití stativu lze zaznamenat krásu nočního nebe velmi působivě.

Trocha teorie

Ještě než pořídíme první snímek nějakého astronomického objektu, bude užitečné se seznámit se základními odbornými termíny. Astronomové zavedli pro snadnější orientaci na obloze systém souřadnic podobný tomu, který známe z hodin zeměpisu (zeměpisná šířka a délka). Stejně jako na zemském glóbu, tak i nebeské souřadnice se vyjadřují v úhlových stupních, popř. úhlových minutách a sekundách (1 stupeň má 60 úhlových minut nebo 3600 úhlových vteřin). V úhlových jednotkách se také vyjadřují velikosti objektů na obloze.

Určování úhlových velikostí a vzdáleností na obloze chce trošku cviku. Pomoci nám může naše ruka. Když natáhneme ruku a vztyčíme palec, bude palec zakrývat na obloze úhel přibližně 2°. Sevřená pěst bude zabírá na obloze asi 8°, a rozevřená dlaň – od palce k malíku – asi 20°

Při fotografování oblohy musíme vzít v úvahu dvě hodnoty – velikost zorného pole fotografické soustavy (objektiv a fotoaparát, resp. velikost senzoru) a velikost fotografovaného objektu na senzoru (čipu/filmu) (nechceme mít Měsíc jako svítící tečku, ale chceme vidět např. krátery, moře, apod.). Velikost zorného pole můžeme snadno určit pomocí jednoduchého vztahu:

kde f je ohnisková objektivu vzdálenost v milimetrech a d je rozměr senzoru (také v milimetrech). Ohnisková vzdálenost je nepřepočítaná, tj. neuvažujeme tzv.crop-factor. Zorné pole (FOV – Field Of View) pro několik hodnot f pro plný formát a APS-C je v následující tabulce:

Druhým údajem, který chceme znát, je velikost fotografovaného objektu na výsledném snímku. Tu můžeme spočítat pomocí vzorců geometrické optiky:

kde θ je úhlový rozměr objektu v úhlových vteřinách (“) a f je ohnisková vzdálenost objektivu v milimetrech. V případě, že je velikost objektu dána v úhlových minutách, změní se ve vztahu jen hodnota ve jmenovateli

Velikost objektu na senzoru d je dána přímo v milimetrech.