fragment książki: "NIEBO. Przewodnik po Wszechświecie"

Dzięki uprzejmości mojego wieloletniego przyjaciela Przemka Rudzia, który zezwolił na przedruk części swojej wspaniałej książki mam mozliwość przekazać państwu wiele cennych informacji o astrofotografii. Przemek w sposób wyjątkowo zwarty omówił wszystkie najważniejsze problemy, z którymi powinien zapoznać się każdy początkujący astrofotograf. Oczywiście gorąco polecam przeczytanie całej książki.

Pierwszy prymitywny dagerotyp Księżyca powstał już w 1840 roku, a Wegę – najjaśniejszą gwiazdę w Lutni uwieczniono tą samą techniką 10 lat później. Rozwój techniki fotograficznej, powstanie emulsji światłoczułych wymusiły wręcz lawinowy rozwój astrofotografii. Na długoczasowych fotografiach nieba, wykonywanych na płytach szklanych powleczonych taką emulsją, zaczęły pojawiać się struktury Wszechświata, o których nie śniło się największym marzycielom. Wspomniane mgiełki przekształciły się w potężne obłoki gazu o skomplikowanej strukturze, w gęste gromady gwiazd i galaktyki. Ostatnie dwie dekady XX wieku to okres niezwykłego postępu w dziedzinie cyfrowego zapisu obrazu. Rewolucyjnym wydarzeniem w astrofotografii było zastąpienie kliszy fotograficznej światłoczułym układem elektronicznym, który posiadał równie dobre, bądź nawet lepsze parametry techniczne. Z początkiem lat 90–tych, układy te, choć stosowane już wiele lat wcześniej, praktycznie wyparły klasyczne płyty szklane z obserwatoriów astronomicznych na całej Ziemi. Na dobre rozpoczęła się era astrofotografii cyfrowej. Jeszcze kilkanaście lat temu zaawansowana technika cyfrowa zarezerwowana była wyłącznie dla profesjonalnych obserwatoriów wyposażonych w potężne teleskopy i drogie kamery kamery CCD. Niedostępność tej aparatury praktycznie eliminowała ją z zastosowań amatorskich. Jednak dynamiczny rozwój technologii cyfrowego zapisu obrazu (głównie CCD, CMOS), spowodował pojawienie się na masową skalę niezwykle zaawansowanych rozwiązań technicznych, którym systematycznie spadająca cena umożliwiła rozpowszechnienie się. Mowa tu nie tylko o klasycznych cyfrowych kamerach astronomicznych, ale również o wysokiej klasy aparatach fotograficznych, które z powodzeniem zaczęły być wykorzystywane przez miłośników astronomii.

Naturalnym i nieuniknionym efektem postępu w tej dziedzinie jest dziś błyskawiczny wzrost zainteresowania astrofotografią przez amatorów na całym świecie. Kierunek ich działalności to, oprócz ciał Układu Słonecznego, również obiekty tzw. głębokiego nieba (ang. deep sky). Pierwszy rzut oka na efekty prac wiodących postaci światowej miłośniczej astrofotografii wzbudza szacunek nawet u profesjonalistów. Wystarczy wspomnieć takie nazwiska jak: Robert Gendler, Ed Grafton, Ray Gralak, Paul Kanevsky, Richard Crisp, Wiliam Prompter i wielu wielu innych – osoby te osiągają wspaniałe rezultaty, które być może nie dorównują dziełom sztuki z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, ale z całą pewnością mogą być konkurencją dla obserwatoriów naziemnych. Amatorzy, których w dalszym ciągu nie stać na kupno klasowych kamer CCD opracowali specjalne techniki astrofotografii, pozwalające z relatywnie taniego sprzętu uzyskiwać obrazy o niespotykanej jakości, rozdzielczości i dynamice. Klasycznym przykładem takiej techniki jest tzw. stackowanie, czyli sumowanie kilku, kilkunastu czy kilkudziesięciu krótkoczasowych ekspozycji tego samego obiektu, aby w efekcie wzmocnić sygnał obrazu ciała niebieskiego. Detektorem tym może być zwykły aparat cyfrowy, najlepiej dobrej klasy lustrzanka, jak Canon 10D, jego odmiana Canon 300D, czy Nikon D70. Może też nim być zwykła kamera internetowa, popularnie wykorzystywana do sieciowej komunikacji. Tą ostatnią częściej wykorzystuje się do fotografowania Słońca, planet i Księżyca, a czyni się to poprzez nagrywanie krótkich sekwencji video, które stanowią materiał wejściowy dla oprogramowania, które rozkłada go na pojedyncze klatki i stackuje w klasyczny sposób. Ważne jest też zastosowanie odpowiedniego oprogramowania graficznego, w którym finalnie opracowuje się zestackowane fotografie. Korekta barw, wyrównywanie poziomów i podnoszenie dynamiki, maskowanie celem wyciągnięcia z fotografii słabszych detali – wszystko to jest możliwe przy odrobinie wprawy.

Nie posiadając teleskopu na montażu paralaktycznym z prowadzeniem skazani jesteśmy tylko prostą fotografię obiektów jasnych, takich jak Słońce lub Księżyc, nie wymagających długich czasów naświetlań. Gdybyśmy otworzyli migawkę aparatu w takim zestawie, gwiazdy zarejestrowałyby się jako łuki tym dłuższe im dłuższa ekspozycja, a wartość uzyskanej fotografii byłaby bardzo wątpliwa, choć czasem uda się uwiecznić na takim zdjęciu np. przelatujący bolid. Zakładamy jednak, że mamy zamiar wykonać fotografię obiektu tzw. głębokiego nieba, a zatem słabej galaktyki, mgławicy, czy gromady gwiazd. Zachodzi więc potrzeba zaopatrzenia się w teleskop na montażu paralaktycznym z dobrym mechanizmem zegarowym. Idealnym rozwiązaniem byłoby, gdyby montaż teleskopu posiadał możliwość podłączenia do przenośnego komputera, gdyż każdy seryjnie produkowany montaż posiada drobne błędy mechaniczne, które kumulują się podczas długoczasowych ekspozycji i mimo idealnego nawet ustawienia go na biegun niebieski, obrazy gwiazd nie będą punktami. Podłączając montaż teleskopu do komputera należy posiadać jeszcze urządzenie, które będzie wysyłało sygnał do laptopa z aktualnymi parametrami pracy montażu, komputer z kolei po ich analizie wyśle sygnały korygujące do montażu. Urządzeniem tym jest tzw. guider, czyli dodatkowa luneta przymocowana do głównego teleskopu, wyposażona w detektor cyfrowy (najczęściej jest to astronomiczna kamera CCD, lub przerobiona do tego celu kamera internetowa). Ustawia się ją na gwiazdę znajdującą się blisko osi teleskopu, a specjalne oprogramowanie, po zaznaczeniu tej gwiazdy w okienku dialogowym, stara się nie tracić jej z pola widzenia, mało tego, utrzymuje ją idealnie w tym samym miejscu. Mamy więc pewność, że montaż teleskopu prowadzi idealnie, a otrzymane zdjęcie nie będzie poruszone, gwiazdy będą punktowe, a skadrowany obiekt z każdą minutą będzie nabierał rumieńców, stawał się wyraźniejszy, pojawią się niewidoczne wcześniej detale, kolory. Warto pamiętać też o ważnej zależności, że tym trudniej prowadzić ekspozycję im dłuższą ogniskową ma system optyczny.

Jaki detektor?

Niezmiernie ważna jest oczywiście kwestia, jaki detektor będzie uwieczniał skarby naszego nieboskłonu. Czy będzie to aparat cyfrowy, czy profesjonalna kamera CCD, czy też wychodząca już z użycia błona fotograficzna. Można założyć, że większość z Czytelników zastosuje do tego taniejące wciąż lustrzanki ze zmiennymi obiektywami, których producenci jakby wychodząc na przeciw oczekiwaniom miłośników astronomii, zaczęli produkować specjalne wersje aparatów, przeznaczonych stricte do astrofotografii. Mają one starannie selekcjonowane matryce i zmniejszony poziom szumów. Wystarczy wspomnieć tylko firmę Canon, która w ofercie posiada model EOS 20Da, pomyślany głównie o zastosowaniu do fotografii nieba. Podobnie jak guider, aparat taki należy podłączyć do komputera, gdyż z niego odbywać się będzie sterowanie otwieraniem migawki i innymi parametrami ekspozycji, takimi jak czułość, czas pojedynczej fotografii, ilość zdjęć w serii, długość przerwy pomiędzy ekspozycjami, rodzaj zastosowanej kompresji (zaleca się nie stosowanie kompresji i zapisywanie zdjęć w bezstratnym formacie RAW). Sterowanie aparatem z komputera gwarantuje, że nie będzie on wymagał obsługi związanej z jego dotykaniem, czy nieopatrznym poruszaniem. Pozwoli to na zminimalizowanie szkodliwych wibracji, które są prawdziwą zmorą tej gałęzi amatorskiej astronomii. Warto też pamiętać, że baterie aparatu mają ściśle określony czas żywotności, dlatego zawsze trzeba mieć na podorędziu zapasowe lub specjalny akumulator, który zwłaszcza w niskich temperaturach staje się wręcz nieodzowny, gdyż chłód znacznie skraca czas życia najpojemniejszych nawet źródeł prądu. Zamożniejsi miłośnicy astronomii, których stać na zakup profesjonalnych kamer CCD (produkowanych np. przez firmę SANTA BARBARA INSTRUMENT GROUP, APOGEE, FINGER LAKE INSTRUMENTS i inne), wyposażonych w drogie i bardzo czułe detektory, zestawy filtrów, chłodzenie w celu minimalizacji szumów matrycy, są oczywiście w znacznie bardziej komfortowej sytuacji, gdyż mogą spodziewać się na samym starcie lepszych efektów niż fotografie z aparatów cyfrowych. Jednak i oni, czy chcą tego czy nie, muszą zaznajomić się z tajnikami obróbki graficznej, aby móc w pełni wykorzystać potencjał swojego sprzętu.

Po wykonaniu zaplanowanej sesji, następnym etapem jest zrobienie tzw. dark frame'ów, czyli kilku–kilkunastu zdjęć przy zamkniętym obiektywie teleskopu. Ważne jest by były to ekspozycje o tych samych parametrach co właściwe zdjęcia. Posłużą one do wykonania w specjalnym oprogramowaniu tzw. master dark'a, czyli czarnej fotografii, zawierającej informacje o szumach matrycy, gorących pikselach (wadliwych pikselach matrycy aparatu, niewrażliwych na światło), którą to fotografię będziemy odejmowali od każdej z pojedynczych ekspozycji fotografowanego obiektu. W ten sposób, przed stackowaniem, będziemy mieli względnie odszumiony materiał wejściowy, który poddamy następnym procesom obróbki graficznej. Stackowanie odbywa się automatycznie, bądź poprzez wskazanie przez użytkownika newralgicznych punktów na fotografii, według których komputer będzie ustawiał względem siebie poszczególne ekspozycje tak, aby każdą z nich idealnie dopasować w stosunku do pozostałych. Po tym etapie możemy zsumować wejściowe pliki w jeden sumaryczny plik graficzny i poddać go finalnej obróbce. Zauważy się wtedy, że zawiera on o wiele więcej informacji o fotografowanym obiekcie niż pojedyncza klatka. Mając do dyspozycji rozbudowane i zaawansowane filtry, histogramy kolorów, możliwości balansu barw, pracy na tzw. krzywych, czy różne formy wyostrzania, możemy według własnego uznania i własnego poczucia estetyki opracować takie zdjęcie i cieszyć się z dobrze wykonanej pracy. Oczywiście trzeba pamiętać, że nie od razu dochodzi się do wyników tych najlepszych z branży, ale z czasem będziemy nabierali dystansu do opracowanego materiału, a coraz większe umiejętności w pracy z programami graficznymi pozwolą na obiektywizację processingu. W przypadku fotografowania obiektów takich jak planety najczęściej spotykaną techniką jest nagrywanie sekwencji video za pomocą kamery internetowej, a następnie software’owe rozbicie jej na pojedyncze klatki i stackowanie w podobny sposób jak zostało to opisane wyżej. Przy dobrych warunkach pogodowych, spokojnej atmosferze, dobrej optyce instrumentu, możemy pokusić się o bardzo dobrej jakości zdjęcia planet, ukazujące mnóstwo detali, takich jak czapy polarne i zarysy większych form terenu na Marsie, pasy chmur i mniejsze struktury w atmosferze Jowisza, cienie księżyców na jego tarczy, subtelnej struktury pierścieni Saturna, plam na Słońcu i kraterów na Księżycu.