V předchozích dílech jsme se seznámili se základy astronomické fotografie. Umíme již fotografovat Slunce, Měsíc, seskupení planet a souhvězdí. Nyní se podíváme, co je třeba, chcete-li fotografovat další objekty na noční obloze, například galaxie a mlhoviny.
V předchozích dílech jsme se seznámili se základy astronomické fotografie. Umíme již fotografovat Slunce, Měsíc, seskupení planet a souhvězdí. Nízká intenzita světla od jiných nebeských objektů, jako jsou galaxie a mlhoviny, vyžaduje vysoké citlivosti (ISO 800 a více) a dlouhé expoziční časy (minuty až desítky minut). Pokud bychom chtěli fotografovat ze stativu, tak jsme omezeni maximální dobou expozice, kterou vyjadřuje vztah:
 |
Při delší expozici než udává uvedený vztah se obrazy hvězdy protáhnou z bodů do obloučků. Prodloužení délky expozice tmax můžeme dosáhnout použitím objektivu s menší ohniskovou vzdáleností (široké zorné pole). Pokud však chceme na snímku zachytit detaily mlhoviny/galaxie, musíme naopak použít teleobjektiv (menší zorné pole) a vztah pak vede k velmi krátké expozici. Jedna možná cesta je udělat několik expozic kratších z nehybného stativu a ty pak přeložit přes sebe. To je však velmi pracné, neboť vlivem zemské rotace se objekt v zorném poli objektivu posouvá a je nutné po pár expozicích ručně nastavit objekt zpět do zorného pole. Navíc je fotografovaný objekt často vidět až na výsledném snímku a nikoliv v hledáčku.
Potřebujeme nějakým způsobem zajistit, aby objektiv sledoval objekt na obloze. Toho lze dosáhnout několika metodami. Jednou z metod pro kutily je konstrukce tzv. pantového stolku (barn-door tracker). Ten může být vybaven i motorovým pohonem. Fotografie takového stolku je na obrázku.
 |
 |
Pantový stolek se konstruuje pro danou zeměpisnou polohu a umožňuje prodloužení expozice na několik minut. Na uvedeném obrázku je pohon řešen ručním otáčením matice na ohnuté závitové tyči. Na matici je pomocný disk s měřítkem, jak rychle se má maticí otáčet. Osa, kolem které se pantový stolek otevírá (můžeme si jej představit jako rozevírající se písmeno V) by měla být co nejpřesněji nastavena ve směru sever-jih (na obrázku 1 míří kratší strana obdélníku ve směru S-J, kdybychom se podél kratší hrany podívali za tmy, mířila by k Polárce).
Pantový stolek je jednoduché řešení na fotografování velkých celků oblohy širokoúhlými objektivy. Na fotografování galaxií a mlhovin to rozhodně nestačí.
Pokud to s fotografováním oblohy myslíme vážně neobejdeme se bez speciálního stativu. Tomu se říká astronomická montáž a od běžného stativu se liší tím, že je vybavena motorickým pohonem, který automaticky kompenzuje otáčení Země kolem své osy.
 |
Montáž je nutné před samotným používáním na daném pozorovacím místě tzv. ustavit. Pod tímto termínem se rozumí nastavení zeměpisné šířky (podle výšky Polárky nad obzorem, laicky řečeno). Polární osa montáže by měla být co nejlépe rovnoběžná s rotační osou Země. Osa míří do blízkosti hvězdy zvané Polárka v souhvězdí Malé medvědice. Pro fotografování širokými ohnisky a expozičními časy, řekněme 1–2minuty, stačí ustavení méně přesné než pro focení teleobjektivy. Přesnějšího nastavení lze dosáhnout pomocí dalekohledu připevněného na montáži tzv. driftovou metodou. Popis metody je však už mimo téma nad rámec úvodního pojednání. Detailní informace lze nalézt například na stránkách předního českého amatérského astrofotografa ing. Martina Myslivce, http://foto.astronomy.cz/fot.htm.
Astronomické montáže umožňují nejen fotografování oblohy objektivem/teleobjektivem, ale také skrze astronomický dalekohled. Ten funguje jako velký teleobjektiv. Oproti běžným teleobjektivům mají astronomické dalekohledy větší průměr objektivu (desítky centimetrů, běžně 20–25cm) a jsou světelnější. Ohniskové vzdálenosti dalekohledů jsou 4–500mm a větší. Velká plocha objektivu zachytí mnohem více světla, než běžný teleobjektiv s průměrem objektivu ~ 8 cm. Tím můžeme na snímku zachytit i velmi slabě svítící objekty. Určitou nevýhodou je finanční náročnost takové astrofotografické sestavy.
Dnes lze pořídit montáže určené „jen“ pro astrofotografii. Podle přesnosti ustavení umožňují fotografování i teleobjektivy s ohniskovou vzdáleností ~300mm s expozičními časy ~3 minuty. Pro široká ohniska lze dosáhnout expozice i desetiminutové. Takovými jednoduššími montážemi jsou například Vixen Photo Guider nebo AstroTrack.
 |
Pokud už máme pantový stolek nebo motorem poháněnou montáž můžeme se vypravit pod hvězdnou oblohu a začít fotografovat. Pro základní orientaci na obloze nám může pomocí tzv. otáčivá mapa oblohy, jako jednoduchou vystřihovánku ji lze nalézt na tomto odkaze. Mapku lze také zakoupit v knihkupectví, popřípadě na každé hvězdárně.
Technickým vybavením však astrofotografie teprve začíná. Potřebujeme (kromě dálkové spouště, náhradních baterií a pod.) ještě něco. Tmu a pokud možno Měsíc pod obzorem. Bohužel, skutečná tma se stává téměř vzácností, zejména v okolí větších měst. Ačkoliv se na nějakém odlehlejším místě může zdát obloha dosti tmavá, fotografie snadno odhalí záři oranžových sodíkových výbojek.
 |
Takzvané světelné znečištění je pro většinu Evropy velkým problémem, obloha je neustále přisvětlována reklamními poutači, osvětlenými historickými památkami a podobně. Na mapě světelného znečištění České republiky vidíme, že kromě Šumavy a několika dalších oblastí je situace velmi neradostná. Najít místo s opravdu tmavou oblohou se pro astronomy/astrofotografy rovná téměř nalezení pokladu nedozírné ceny.
 |
Dejme tomu, že takové místo máme a předpověd hlásí jasnou noc (s výhodou můžeme použít předpovědní modely Aladin a Medard). Je dobré dorazit na místo ještě za světla, abychom si vše připravili. Montáž/stativ ustavíme do roviny podle vodováhy a podle buzoly/kompasu můžeme nahrubo nastavit montáž ve směru jih-sever. Při soumraku se můžeme s pomocí otáčivé mapky zorientovat na obloze podle nejjasnějších hvězd. Jakmile spatříme Polárku, můžeme montáž ustavit. Vixen Photo Guider i AstroTrack lze dovybavit tzv. polárními hledáčky, které usnadňují přesné ustavení. Pak už jen nastavíme do zorného pole vybraný objekt a zaostříme například pomocí masky z minulého dílu. Čas expozice se velmi špatně odhaduje dopředu (nevíme, jak bude světlá obloha v čase fotografování). Proto musíme exponovat několik zkušebních snímků a dle histogramu zvolit optimální expoziční dobu. Doporučený vzhled histogramu je na obrázku.
 |
Na astronomickém snímku je většina plochy tmavá, maximum by proto nemělo být příliš vpravo, kdy už by byla obloha příliš světlá. Jemné detaily mlhovin/galaxií by byly přezářeny.
Z důvodu potlačení šumu fotografujeme více jak jeden snímek – čím více, tím lépe. Citlivost nastavíme u zrcadlovek na hodnotu ISO 800–1600. Pokud fotoaparát umožňuje předsklopení zrcátka, můžeme s jeho pomocí eliminovat otřesy optické soustavy zejména při fotografování s teleobjektivem. Po skončení fotografování naexponujeme minimálně stejné množství tzv. temných snímků (dark frames) se stejnými expozičními hodnotami, jen se zakrytým objektivem. Tyto snímky umožní lepší korekci šumu a pozadí. Poté můžeme nastavit fotoaparát na jiný objekt na obloze a stejným postupem exponovat – tj. odhadnout vhodnou délku expozice a exponovat i temné snímky. V případě objektů s vysokým jasovým rozsahem můžeme objekt fotografovat s postupně delší expozicí na zachycení slabších částí. Jednotlivé expozice pak spojíme ve vhodném programu (např. Gimp, Photoshop).
Zpracování astronomické fotografie
Máme nafoceno a můžeme se vrátit do tepla domova a obrázky zpracovat. Zpracování astronomické fotografie je poněkud odlišné od práce s běžným snímkem, tedy alespoň ze začátku. Máme dvě sady snímků – snímky objektu (tzv. světlé snímky) a snímky pozadí (dark frames, obě sady nejlépe ve formátu RAW). Pokud víme, že náš objektiv vinětuje, připravíme i snímky na vyrovnání vinětace (flat frames). Stačí vyfotografovat rovnoměrně osvětlenou bílou plochu při stejné cloně a citlivosti s jakou bylo fotografován objekt na obloze. Pokud chceme být pečliví, tak ještě připravíme snímky na korekci vyčítacího šumu elektroniky (bias snímky) a snímky korigující temný proud při fotografování flat snímků…
To už je dost snímků, takže pro přehlednost uvedeme ještě jejich výčet a k čemu slouží:
- světlé snímky – snímky objektu pořízené daným objektivem/časem/clonou/citlivostí.
- temné snímky – slouží k odečtení pozadí způsobeném dlouho expozicí (tzv. temným proudem). Je třeba je exponovat za stejných podmínek (při stejné teplotě), stejným časem a citlivostí jako světlé snímky; čím větší počet, tím lépe (nejméně tolik, kolik je světlých snímků).
- flat snímky – slouží ke korekci vinětace objektivu. Můžeme je mít připravené pro daný objektiv, clonu a citlivost, nejsou závislé na teplotě. Vyrobíme je tak, že exponujeme rovnoměrně osvětlený arch bílého papíru.
- dark flat snímky – snímky získané při stejném čase expozice a citlivosti jako flat snímky, ale při zakrytém objektivu; korigují pozadí flat snímků.
- bias snímky – snímky pro korekci vyčítacího šumu elektroniky fotoaparátu. Získají se nastavením nejkratšího času na fotoaparátu (1/4000 –1/8000s) a stejném ISO jako světlé snímky a expozicí při zakrytém objektivu.
Zisk v kvalitě snímků při zprůměrování několika expozicí je ukázán na následujícím obrázku (převzato ze stránek programu DeepSkyStacker). Při použití jen jednoho snímku (vlevo nahoře) je patrný barevný šum. Už při zprůměrování dvou snímků (vpravo nahoře) je pokles šumu patrný, dole jsou pak výsledky zpracování 4 a 16 snímků.
 |
 |
 |
 |
Programů pro práci s astronomickými snímky je celá řada. Mezi volně dostupné patří například DeepSkyStacker nebo Iris. Pro začátečníky je lepší program DeepSkyStacker, který má intuitivnější ovládání. Základem zpracování astronomických snímků je takzvaná kalibrace. Spočívá v sesazení jednotlivých snímků na sebe (fotoaparát se mohl během expozicí nepatrně pohnout), zprůměrování součtového snímku, odečtení pozadí (temné snímky) a vyrovnání vinětace (flat snímky) a korekce vyčítacího šumu elektroniky (bias snímky). Výsledný obrázek lze poté uložit a dále s ním zpracovat v jiném programu.
Pro program DeepSkyStacker je velmi pěkně postup zpracování astronomického snímku uveřejněn v angličtině zde. Zde si můžete stáhnout fotografie Velké galaxie M31 v Andromedě (318MB) a vyzkoušet si zpracování astronomické fotografie v uvedeném programu.
Technické poznámky
Na závěr ještě několik technických informací. Hvězdná obloha je z fotografického hlediska velmi specifický objekt. V ideální případě máme černé pozadí a na něm různě jasné bílé body. Tedy velmi kontrastní scénu. Ne všechny objektivy jsou schopny přenést takový obraz bez výrazného zkreslení při minimální cloně. Zejména v okrajových částech dochází často k degradaci obrazu, kdy bodové hvězdy jsou zobrazeny jako trojúhelníky, elipsy a podobně. Seznam vhodných objektivů pro digitální zrcadlovky Canon zveřejnil známý astrotograf Jerry Lodriguss.
Dnešní běžné digitální fotoaparáty/zrcadlovky jsou osazeny čipy, které jsou citlivé i v oblasti mimo viditelné světlo (infračervené a ultrafialové světlo). Před čipem je speciální filtr (IR-UV cut filter), který propustí jen viditelné světlo. Bohužel pro astrofotografii se tímto filtrem značně snižuje citlivost na vlnovou délku ionizovaného vodíku (červená čára Hα). Tuto vlastnost lze odstranit výměnou uvedeného filtru za vhodnější (jedná se stejnou úpravu, jako v případě modifikace zrcadlovky pro infračervenou fotografii). U nemodifikovaných fotoaparátů to znamená několikanásobné prodloužení expozice a tím i nárůst šumu zejména v červeném kanále.
Problematika světelného znečištění již byla zmíněna. Oranžové světlo sodíkových výbojek limituje pozorování i fotografování noční oblohy. Naštěstí je známo spektrum pouličních svítilen a bylo jen otázkou času, kdy se podaří vyrobit speciální filtry, které toto záření odfiltrují. Pro fotoaparáty značky Canon s velikostí čipu APS-C se vyrábí tzv. clip filtry, které se vkládají do těla fotoaparátu mezi objektiv a čip bez rozebrání přístroje. Po nasazení filtru však není možné použít objektivy EF-S.
 |
Tyto filtry však nejsou v současné době dostupné pro plnoformátové zrcadlovky. U nás filtry dodává například firma Supra Praha.
 |
Tyto filtry sice pomohou do určité míry potlačit umělé záření oblohy, přesto je stále nejlepší přirozeně temná obloha.
Astrofotografie je bezesporu krásné odvětví fotografie. Díky jejím snímkům se můžeme kochat krásami Vesmíru, které našima očima nemáme možnost spatřit. Držím vám palce s fotoaparátem pod noční oblohou, dobrou tmu!
Na celorepublikovém Setkání fotografů 21.4. v Praze můžete navštívit přednášku autora článku Stanislava Daniše na téma astrofotografie. Více informací na www.setkanifotografu.cz