Astronomická fotografie II. - Noční obloha

Fotografování souhvězdí

Nyní se již budeme věnovat fotografování souhvězdí, respektive noční oblohy. Asi nejjednodušší způsob je fotografování hvězdných stop, anglicky star-trails. V důsledku rotace Země kolem osy se poloha hvězd na obloze během noci mění. Pokud zamíříme široký objektiv na oblast kolem Polárky (hvězda souhvězdí Malé medvědice, někdy též Malého vozu, kam míří rotační osa Země) a provedeme dlouhou expozici, můžeme dostat následující snímek:

V době „filmové“ se závěrka otevřela na několik desítek minut. V době digitální fotografie se volí jiná „strategie“. Vyfotografuje se několik desítek (i více jak sto) krátkých expozic (30–60s) s malými přestávkami mezi expozicemi (např. 10–20s). Fotografování s dálkovou spouští je zde přímo nutnost. Snímky se pak složí do výsledného obrázku. Toto skládání má jednu výhodu. V astrofotografii, kde používáme vyšší ISO, se nevyhneme vyšší intenzitě šumu v obrázku. Šum je však náhodná veličina s velmi malou střední hodnotou (ideálně nulovou). Složením více expozic tak šum efektivně potlačíme, aniž bychom ovlivnili rozlišení snímku. Ve složení snímků nám může pomoci například volně šiřitelný program STARTRAILS.

Pokud bychom chtěli mít délky oblouků větší, musíme zvolit delší celkovou expozici, delší řadu snímků. Země se otočí kolem své osy za přibližně 24h, tj. otočka o 360° za 24h = 15° za hodinu. Pro čtvrtkruhové obloučky (90°) vychází celková expozice 6 hodin.

Chceme-li mít hvězdy na snímku jako body, nikoliv jako obloučky, je situace malinko složitější. Délka expozice závisí jak na použitém objektivu (jeho ohniskové vzdálenosti), tak na místě na obloze, kam objektiv zamíříme. Určitě jste si na obrázku výše všimli, že u Polárky jsou obloučky kratší a postupně k obzoru se jejich délka zvětšuje, z toho vyplývá, že musíme volit tím kratší expozici, čím dále jsme od severního nebeského pólu. Tuto skutečnost popisuje následující vztah:

tmax je maximální čas expozice, pro který budou hvězdy na snímku bodové pro objektiv s ohniskovou vzdáleností f (v mm). δ označuje jednu ze souřadnic na nebeské klenbě (tzv. deklinaci), která má hodnotu 90° v severním nebeském pólu, poté klesá na 0° k nebeskému rovníku a dále k –90° k jižnímu nebeskému pólu (ten je od nás nepozorovatelný, část jižní oblohy však ano). Nejdelší obloučky hvězdných stop jsou v blízkosti nebeského rovníku (δ~0°), kosinus nuly je blízký 1 a můžeme tak vztah zjednodušit na:

Z tohoto vzorce plynou expoziční doby pro 10mm objektiv maximálně 100s, pro f=100mm pouhých 10s. Vztah berte jako horní odhad maximální doby expozice, v praxi bude lepší ji poněkud zmenšit. Získané expoziční doby nejsou nijak dlouhé, přesto můžeme dosáhnout pěkných snímků. Moderní digitální fotoaparáty, zejména zrcadlovky, umožňují použít vysoké ISO aniž by snímek byl výrazně degradován šumem.

Na dalším obrázku je snímek mléčné dráhy získaný 30s expozicí při ISO 6400 (!). Spodní část snímku už je ovlivněna světelným znečištěním pouličními lampami.

V závěru dnešního dílu si připomeneme ještě jeden vztah z minulého dílu – vztah pro zorné pole daného fotoaparátu (soustava objektiv + senzor):

f značí ohniskovou vzdálenost objektivu v mm a d velikost senzoru (FF, APS-C, …). Jak se změní zorné pole při použití FF a APS-C senzoru v případě fotografování souhvězdí Orion je ukázáno na následujícím obrázku:

V obou případech se na snímek vejde tělo bájného Oriona, na FF senzor navíc zachytí jeho štít a část souhvězdí Zajíce pod Orionem.

Polární záře

Ještě než se rozloučíme s dnešním dílem, zastavíme se u jednoho přírodního úkazu, který souvisí se Sluncem, Zemí a její atmosférou. Tím úkazem jsou polární záře. Častěji jsou pozorovatelné v severních zemích (Norsko, Švédsko, Island). Jsou způsobeny interakcí nabitých částic slunečního větru se zemskou atmosférou. Slunečním větrem se nazývá proud nabitých částic proudících směrem od Slunce do sluneční soustavy. Pokud dojde na Slunci k mohutné erupci, může dojít k vyvržení hmoty do vrchní části sluneční atmosféry korony a dále do sluneční soustavy. Tyto jevy se označují jako CME – Coronal Mass Ejection. Takto vyvržený oblak nabitých částic se může potkat se Zemí. Před slunečním větrem nás chrání magnetosféra i atmosféra Země. Je-li však proud částic od Slunce velmi silný, dochází k deformacím magnetosféry a část částic se může dostat do atmosféry i mimo oblasti pólů, kam ústí magnetické siločáry. V atmosféře interagují částice slunečního větru s atomy kyslíku a dusíku ve výškách kolem 80–1000 km. Vznikají červené a zelené “závoje, záclony”, které se velmi rychle mění (v desítkách sekund).

Občas může být pozorována polární záře i z našich zeměpisných šířek. Na stránkách České astronomické společnosti je možno sledovat pravděpodobnost pozorování polárních září na našem území prostřednictvím monitoru polárních září. Na uvedené stránce se můžete přihlásit i k odběru tzv. sms-alertů, krátkých sms zpráv, které vás upozorní, že se něco bude dít a nebo se již děje. Polární záře se nejlépe fotografují světelnými širokými objektivy, vzhledem k jejich pohyblivosti volíme vyšší ISO (400–1600) a čas maximálně několik sekund. Z našeho území jsou polární záře pozorovatelné nízko nad severním obzorem. Je dobré vybrat místo pokud možno nezasažené světelným znečištěním. Polární záře nebývají v našich šířkách příliš jasné, teprve fotografie může odhalit jejich přítomnost nad obzorem. Poslední polární záře na našem území byla pozorována 28. září 2011 po dobou pouhých dvaceti minut.

Polárními zářemi dnešní díl uzavřeme. Třetí, a zároveň poslední, díl bude věnován už pokročilé astrofotografii za pomoci motorem naváděného fotoaparátu.