Вы когда-нибудь слышали о астрофотографии? Несложно догадаться, что речь сейчас пойдет о фотографии и астрономии.

Астрофотография - вид фотографии в котором предметом съемки являются различные астрономические объекты, такие как: планеты солнечной системы, шаровые и рассеянные звездные скопления, двойные звезды, туманности, и конечно же Солнце с Луной. Исходя из методики съемки и обработки материала, можно выделить два основных направления в астрофотографии: лунно-планетное (lunar/planetary imaging), и фотография объектов дальнего космоса (deepsky imaging).

Именно о своем опыте в лунно-планетном фото я и хочу вам рассказать. Все фотографии которые вы увидите в статье, получены мной с использованием любительских телескопов. Цель данной статьи - провести обзорную экскурсию по планетному направлению в астрофотографии.

Сфотографировать планету...

Видимые размеры планет солнечной системы при наблюдении с земли невелики. Когда мы говорим о видимом размере, подразумеваем угловой диаметр или угловой размер. Угловые размеры измеряются в градусах, минутах и секундах дуги. Это довольно обширная тема. Пока ограничимся схемой, на которой продемонстрированы астрономические объекты в благоприятные периоды видимости.

Стоит добавить, что предел разрешающей способности человеческого глаза - около 120 угловых секунд (около 2-х угловых минут). Полный диск Луны имеет угловой диаметр от 29 до 30 угловых минут (половина градуса). Угловые размеры планет солнечной системы гораздо меньше предела возможностей человеческого зрения, поэтому невооруженным глазом они видны нам как точки света, без каких-либо подробностей. В течении года расстояние между Землёй и планетами солнечной системы меняется, в следствии чего изменяются и видимые размеры. В случае с Меркурием, Венерой и Марсом, изменения очень существенны и достигают одного порядка. Телескоп обладает гораздо большей разрешающей способностью нежели невооруженный глаз, благодаря диаметру объектива (апертуре). Чем больше апертура – тем выше разрешающая способность.

Для получения сколько-нибудь серьезного результата, необходимо использовать:

• Телескоп, я использую рефлектор Ньютона и катадиоптрики (зеркально-линзовые системы).

• Астрокамеру - специальная высокоскоростная камера с помощью которой производится запись видео без сжатия. Бывают монохромные и цветные камеры (монохромные лишены фильтра Байера и позволяют вести запись материала за пределами видимого диапазона).

• Компьютеризированную монтировку (устройство на котором будет закреплена труба телескопа со всем сопутствующем оборудованием, компенсирует суточное вращение земли).

• Линзу барлоу (телеэкстендер на языке фотографов, служит для увеличения масштаба изображения на сенсоре камеры).

• Моторизированное колесо фильтров в сборе с различными оптическими фильтрами.

• Компьютер. Используется для управления монтировкой и захвата видеопотока. Большинство монтировок подключается c использованием специального USB-COM конвертера как правило на базе FTDI FT232RL, Prolific PL2303GS. Камера подключается по USB 3.0 интерфейсу, запись ведется на SSD или HDD ПК в формате RAW.

• ПО для записи и обработки материала (Firecapture, Registax, Autostakkert, Winjupos, Photoshop).

Конфигурация планет

Одним подбором оборудования ограничиться нельзя. Есть ряд задач которые стоят перед любителем астрономии. Эффективно наблюдать и фотографировать планеты возможно, как правило в благоприятные периоды видимости. Для внутренних планет таких как Венера и Меркурий - периоды западной или восточной элонгации (максимальное угловое расстояние от Солнца). Что такое элонгация и соединение показано на схеме.

Для внешних планет благоприятное время - периоды противостояний. В это время между Землей и наблюдаемым объектом минимальное расстояние, оба небесных тела находятся примерно на одной линии Солнце-Земля. Противостояния Марса случаются один раз в два земных года, Юпитера и Сатурна происходят каждый год.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что у астролюбителя есть несколько месяцев вблизи противостояния, когда он может заниматься наблюдениями и фотографией.

Земная атмосфера

В том числе благодаря атмосфере на нашей планете существует жизнь. Атмосфера сглаживает суточные колебания температуры, мы дышим кислородом содержащемся в воздухе, она так же защищает нас от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца, но создаёт сложности для оптических наблюдений.

Как несложно догадаться, главная проблема - облачность. Очевидно, когда небо затянуто тучами, что-либо наблюдать невозможно. Если с облаками всё понятно, то против других негативных факторов существуют программные и аппаратные методы борьбы.

Вторым препятствием являются искажения, вносимые атмосферной турбулентностью. По сути, мы смотрим на далекий объект со дна газового "океана", в котором постоянно происходит хаотичное перемешивание воздушных масс разной плотности. Мы знаем, что свет проходя сквозь неоднородную прозрачную среду неминуемо будет изменять свой путь. Из всего этого следует - чем длиннее путь проделанный светом в атмосфере, тем больше искажений.

Локальное оптическое качество атмосферы изменяется каждую минуту, час, день, неделю. При плохих условиях не удастся реализовать возможности телескопа, атмосфера выступает ограничивающим фактором. Это и есть главная причина по которой название статьи носит столь ироничный характер. Можно несколько часов записывать материал, и потом при обработке понять, что "выловить" ничего не получится...

Третьим фактором ухудшающим картинку, выступает дисперсия света. Наша атмосфера в данном случае играет роль призмы, как в эксперименте Ньютона. Изображение планеты как бы частично раскладывается на спектр. Отраженный небесным телом солнечный свет не является монохроматическим, а обладает определенным разбросом частот (длин волн). Проходя сквозь прозрачную среду, разные длины волн имеют различные показатели преломления.

Для борьбы с атмосферной дисперсией в арсенале астрофотографов-планетчиков есть корректоры атмосферной дисперсии и программные методы выравнивания каналов.

Термостабилизация и юстировка

Выше я уже упоминал о проблемах, вызванных турбулентностью в атмосфере. Те же эффекты возникают вокруг трубы телескопа, когда его температура сильно отличается от температуры окружающей среды. Например, мы вынесли трубу телескопа из теплого помещения на улицу, где в данный момент гораздо холоднее. Температура оптических элементов не успела сравняться с температурой окружающей среды, конвективные потоки тёплого воздуха сильно портят изображение. Реализовать возможности инструмента не удастся пока труба не приведена в состояние температурного равновесия. Чем больше телескоп и разница температур, тем дольше он будет остывать.

Юстировка – специальная настройка инструмента для приведения его в рабочее состояние, регулировка положения оптических элементов с целью размещениях их на одной оси. Астрономы-любители иногда сравнивают процесс юстировки с настройкой музыкального инструмента. Плохо отъюстированный телескоп не покажет вам качественное изображение.

Методика съемки и обработки

Думаю, я частично раскрыл методы съемки, но есть ряд моментов на которых стоило бы сфокусироваться. Исходный материал записывается относительно короткими видеороликами. Технически, видеоролик - длинная серия кадров. Астрокамеры позволяют записывать несжатое RAW видео при высокой частоте кадров (до сотен кадров в секунду с ограниченного участка матрицы). Необходимость съемки роликами обусловлена уже упомянутыми турбулентными искажениями на трассе наблюдения.

Задача состоит в отборе хороших кадров в короткие моменты спокойствия атмосферы.

Тип снимаемого объекта также накладывает ограничения на время записи ролика, для съемки Юпитера и Сатурна максимальное время ролика составляет примерно 2 минуты. Планеты-гиганты вращаются с достаточно большой скоростью, чтобы за несколько минут мы увидели, как изменилось положение деталей в верхних слоях их атмосфер. При обработке ролика продолжительностью больше указанного времени, детали получатся размытыми. Можно провести аналогию с фотографированием быстро движущегося объекта на длинной выдержке, используя обычный фотоаппарат. Кадры роликов подвергаются автоматическому отбору с заданными параметрами в специальной программе (Autostakkert). Лучшие кадры складываются в одно изображение. Из нескольких тысяч кадров в сложение идет 10-30%. Полученное изображение называется «стеком». Стеки подвергают следующему этапу обработки, применение вейвлет-фильтров (существующий сигнал обрабатывается для повышения резкости) и деротации (сложение обработанных стеков для компенсации вращения планеты). Нивелируется негативное влияние атмосферы, повышается качество изображения и усредняются шумы.

Финишный кроп изображения и тонкая настройка производится в Photoshop. Главная цель обработки "вытащить" из исходников как можно больше полезного сигнала и не допустить попадания чего-либо извне (помехи, артефакты и т.д.) - это главное правило любого уважающего себя астрофотографа...

Думаю, мне удалось Вам рассказать о основах современной лунно-планетной фотографии, рад если кто-то открыл для себя новое!