Kako iz postojeće opreme izvući aposolutni maksimum rezolucije

Prvi deo: oprema i uslovi

Slikanje solarnog sistema (planeta, meseca ili sunca) je posebna grana astrofotografije. Može biti veoma laka, ali i izuzetno teška, zahtevna pa čak i frustrirajuća – sve zavisi od aspiracija astrofotografa. Uslikati kratere na Mesecu kroz okular pametnim telefonom ili džepnim foroaparatom je danas trivijalno. Zabeležiti najfinije detalje na planetama koji se jedva vide kroz teleskop (a ponekad čak i ne vide uopšte okom kroz okular!) zahteva solidnu opremu, dobru pripremu, puno strpljenja, malo veštine baratanja raznim astro programima i paketima za procesiranje slike, i na kraju solidnu dozu sreće.

U ovih par članaka pozabavićemo se onom intersantnijom varijantom planetarne astrofotografije. Naime, kako iz opreme koju posedujemo izvući apsolutni maksimum rezolucije.

1

Primer maksimalne rezolucije kojoj težimo – slika Saturna koja pokazuje detalje koji su na samoj granici onoga što će teleskop otvora od 28cm (koji je korišćen za snimak) biti kadar da pokaže. Mnogobrojni uzani pojasevi oblaka na samoj planeti, šestougaoni aspekt polarnog oblaka, vidljivost same planete kroz Kasinijevu pukotinu kao i Enkeova pukotina na rubovima prstena se mogu videti kroz okular samo u trenucima izuzetne mirnoće atmosfere i pri povećanjima od 600 puta ili više.

Još jedan primer visoke rezolucije – razvoj arktičkog oblaka na Marsu tokom nekoliko sati 11-og Maja 2014. Prividni prečnik Marsa u tom trenutku je bio samo 13.7 uglovnih sekundi!

2

Još nekoliko primera visoke rezolucije.

Jupiter (40cm Kasegren)

3

Detalji Meseca (40cm Kasegren) oko kratera Kies, poređenje sa Lunarnim Orbiterom

4

Za uspešan rezultat dakle potrebni su

  • velika rezolucija instrumenta (koju određuje otvor/apertura teleskopa i uz koji automatski ide visoki kvalitet optike, perfektna kolimacija, idealan fokus i adekvatna temperatura optike u odnosu na okolinu)
  • kvalitetna kamera (senzor velike osetljivosti, širokog spektra, dobre kvantne efektivnosti i malog šuma), uz kameru ide i moćni PC (puno memorije i brzi disk)
  • velika razmera (žižna daljina)
  • dobro praćenje (stabilna montaža)
  • mirna atmosfera (dobar seeing i da je planeta što viša iznad horizonta)
  • program za akviziciju snimaka
  • program za stekiranje (stacking, morphing, alignment)
  • program za obradu (ili set  programa za obradu,  često samo jedan program ne pruža sve što nam je potrebno)
  • dobra tehnika

REZOLUCIJA - TELESKOP

Počnimo od teleskopa. Svaki teleskop se može koristiti za slikanje planeta. Moramo da zapamtomo da rezolucija zavisi samo od jednog parametra – a to je prečnik objektiva. Što veći teleskop, veće su šanse da uhvatimo superfine detalje na planetama. Ne treba ni napominjati da se ovde govori o kvalitetnom prečniku. Danas je većina teleskopa dobrog kvaliteta, ali se još uvek pronađe primerak koji je nedovoljno „oštar“. Što se tiče tipa teleskopa, tu nema nekih posebnih zahteva. Njutn će naravno ponuditi najveći prečnik za zadatu količinu novca. Slede razne varijante Kasegrena (klasični, Dall-Kirkham ili Ritchey-Chretien), katadioptrici (Maksutov, Šmit Kasegren ili SCT) i na kraju refraktor koji će biti daleko najskuplji po santimetru objektiva. Svaki od ovih dizajna može se uspešno koristiti za snimanje planeta; ali da ponovimo što veći prečnik objektiva to bolje. Dok Njutn neosporno pruža maksimalnu veličinu objektiva za zadatu cenu, moramo naglasiti da se to donekle poništava njegovim gabaritima jer će biti zahtevniji za montažu (tražiće veći i skuplji ekvatorijal) nego recimo SCT.

Još jedan aspekt na koji treba obratiti pažnju kod reflektora i katadioptrika je veličina sekundarnog ogledala. U načelu što manje ekraniranje (centralna opstrukcija) to bolje. Ekraniranje se često izražava procentom koji sekundarno „zaklanja“. Teleskopi čije ekraniranje ide preko 35% se generalno smatraju nepoželjnim za planetarna posmatranja i astrofotografiju. Njutn će generalno sa lakoćom da ispuni ovaj zahtev dok su mnogi SCT teleskopi na samoj granici. Opstrukcija utiče na smanjenje kontrasta, i generalno će otežavati dalje procesiranje slika i zahtevati posebne tehnike da bi se postigli vrhunski rezultati.

Da bi teleskop pružio maksimum rezolucije on mora biti perfektno kolimiran. Kolimacija teleskopa ne treba da bude samo veština koju znate da posedujete. Ona mora da postane vaša druga priroda.  Svaki teleskop mora da se kolimira, neki ređe (kao refraktori ili neki Maksutovi) a neki bukvano svaki put kad ih koristite. Nekada čak i više puta u toku večeri – ja proveravam kolimaciju svog SCT čim se visina (altituda) planete promeni za više od 10-ak stepeni, i definitivno moram da kolimiram ako promenim stranu (meridian swap). Odokativno kolimiranje na koje ste možda navikli jednostavno nije dovoljno kad se radi o ceđenju poslednjih atoma rezolucije koju je u stanju da pruži vaš teleskop. Možemo da ovoj temi posvetimo poseban članak, ovde ću samo da napomenem da za kolimaciju ja koristim ili samu kameru (u mom slučaju na 9m efektivne žižne daljine to predstavlja ekvivalent od nekih 1500 puta!) ili kratkofokusni okular (5mm ili kraće što u mome C11 predstavlja blizu 600 puta). Kao pravilo uzmite prečnik objektiva u milimetrima pa pomožite sa 2. Za 150mm objektiv to je minimum 300x za proveru kolimacije.

Biramo zvezdu na približno istoj visini kao i planeta koju slikamo i posmatramo difrakcione prstenove tek defokusirane zvezde. Bilo kakva asimetrija ili „zadebljanje“ ukazuje na to da kolimacija još uvek nije perfektna.

Prvi red – serija defokusiranih prstenova teleskopa sa centralnim ekraniranjem (opstrukcijom) kakvu želimo da vidimo.

Drugi red – serija defokusiranih prstenova gde je teleskop očigledno izvan kolimacije.

5

Za finalne korake perfektne kolimacije gledamo sliku zvezde u fokusu. Difrakcioni prstenovi moraju da budu simetrični. Sledeća serija pokazuje sekvencu finalnih podešavanja. Za ovaj korak je veliko uvećanje apsolutno neophodno.

6

Na kraju, ovo je naš konačni cilj.

7

Naravno, u realnim uslovima sve ovo je daleko teže, jer neprekidno titranje atmosfere izvan i unutar samog teleskopa pretvara sliku zvezde u amorfnu nedefinisanu mrlju.

Ovako će da izgleda perfektno kolimiran teleskop (defokusiran) uz prisustvo samo 0.5 wave turbulencije (samo dva frejma, slika se menja kontinualno).

8

Kad se atmosfera smiri, tako da je turbulencija prihvatljivija (0.25 wave) već je malo lakše proceniti kvalitet kolimacije.

9

(sve simulacije koristeći freeware Aberrator http://aberrator.astronomy.net )

Strpljenje i dobri početni uslovi su ključ. Temperatura teleskopa i okoline mora da je stabilna (apsolutno je besmisleno pokušavati planetarno snimanje ako teleskop ili okolni objekti kao asfalt, beton, velike zgrade i slično) još uvek zrače toplotom. Pozicionirajte teleskop tako da gleda preko trave i drveća (ako može naravno). Svetlosno zagađenje je nebitno.  Mnogo je bolje slikati planetu iznad upaljene ulične lampe nego iznad kuće sa ugašenim svetlima ali koja zrači toplotu akumuliranu tokom dana.

Temperatura optike u teleskopu isto tako treba da je što bliža ambijentu. I ovo može da bude članak za sebe, tek da napomenem da neku vrstu aktivnog hlađenja koriste skoro svi ozbiljni planetarni astrofotografi. Od najobičnijih kompjuterskih ventilatora do komplikovanih konstrukcija sa Peltier toplotnim pumpama i hladnjacima. Mnogi komercijalni Njutnovi danas dolaze sa već ugrađenim ventilatorom iza primarnog – koristite ih!  Korisna a ne preskupa sprava je digitalni termometar sa dve sonde, tako da možemo da direktno poredimo temperaturu okolnog vazduha kao i primarnog ogledala (koje će najduže da skladišti toplotu jer je najveće mase). Cilj nam je da delta T bude ispod jednog stepena. Tek onda će nas teleskop biti u stanju da pruži svoj maksimum. Naravno, moramo da pazimo da ne preteramo – ogledalo uvek mora da je bar malo toplije od okoline. U suprotnom može doći do kondenzacije.

Ovo su slike nekih ATM kreacija sistema za rashlađivanje (u “domaćoj radinosti”).

10

11

180/3000 mm Maksutov Kasegren ima ventilatore na zadnjem delu koji direktno hlade primarno ogledalo, kao i sa strane da ventiliraju tubus

12

13

410/6500 mm Dall Kirkham Kasegren takođe ima ventilatore svuda oko primarnog ogledala – čak 7 komada! Osim toga 3 velika Peltier uređaja hlade metalnu ploču iza primarnog koja ga onda aktivno hladi putem zračenja (cold plate). Ogledalo naravno nije u kontaktu sa hladnom pločom već postoji mali zazor (oko 2mm) i hlađenje se uključuje nekoliko sati pre posmatranja da bi se temperatura izjednačila, a neposredno pre posmatranja hladjenje se isključuje.

14

Za SCT teleskope razvijena je čitava gama proizvoda koji pomažu hlađenje optike. Uređaj na slici je Lymax CatCooler, koji upumpava filtrirani hladni vazduh iz okoline kroz centralnu, dugu cev, dok kanali na širem zadnjem, okularnom delu omogućavaju da topao vazduh izlazi iz tubusa.

15

Katadioptrici (Maksutovi i SCT) pate od još jednog problema. Velika staklena površina na ulaznoj strani teleskopa pravi je magnet za kondenzaciju! Tako da često dolazimo do paradoksalne situacije da prednji deo teleskopa mora da se greje, dok se zadnji (primarno ogledalo) hladi. Pravo je čudo da SCT uopšte može da se koristi kao planetarni teleskop! Ali da može, to je evidentno, jer većina dobrih fotografija planeta koje se mogu naći danas na web-u upravo potiču od nekih većih SCT modela.  

Posle hladjenja SCT-a, moramo obezbediti da se u tubusu ne formira ponovo temperaturni gradijent, ovog puta od hladnijeg vazduha. Gornja strana tubusa je izložena vedrom nebu i hladi se putem direktne radijacije vrlo efikasno. Hladan vazduh kao teži onda „pada“ unutar tubusa i izaziva dodatne turbulencije koje naravno nepovoljno utiču na oštrinu. Da bismo to sprečili moramo izolovati tubus. Aluminizovane folije predvidjene za zaštitu automobila od sunca su upravo idealne za to.

16

C11 u akciji sa hladjenjem (Lymax), grejanjem (Kendrick grejna traka „dew strap“ oko korektora), anti-rosnikom („dew cap“) i termoizolacijom tubusa putem auto-folije. Zvuči i izgleda zaista bizarno ali rezultati potvrdjuju uspešnost pristupa ...

Na kraju, čak i perfektno kolimiran i ohlađen teleskop biće beskoristan ako nije u apsolutno perfektnom fokusu. Pomalo neverovatno ali ovaj zadnji kritičan korak može da bude iznenađujuće težak. Pri velikim efektivnim žižama sa kojima baratamo ovde svaki dodir ne samo da dovodi do nepodošljvog drmusanja slike, već će često da izbaci sliku planete iz frejma! Vidno polje naše planetarne kamere meri se u uglovnim sekundama; ne treba puno sile da gurnemo teleskop za tako male, skoro nemerljive pomeraje. Uz neizbežne turbulencije koje konstantno deformišu sliku i vibracije od diranja teleskopa rukom, pogoditi precizno fokus vrlo brzo postaje frustrirajuće.

Električni fokuser zato ovde nije luksuz, već neophodnost. U slučaju teleskopa koji fokusiraju putem pomeranja primarnog ogledala kao u SCT, što rezultira pomaku slike kad se pravac fokusa promeni, ovakva pomagala su naprosto neizbežna.

17

Električni fokuser Crayford tipa na SCT teleskopu.

18

Električni motor na fokuseru Njutn teleskopa isto nije luksuz, štaviše vrlo je udoban čak i za normalnu (deep-sky) astrofotografiju.

KAMERA

Planetarna fotografija je toliko evoluirala u zadnjih par decenija da smo danas došli u situaciju da, u ovoj grani barem, amateri vrlo često pariraju, pa čak i nadmašuju profesionalce. Jedan od glavnih razloga za ovaj džinivski pomak napred je način na koji se fotografije snimaju, što uključuje sledeću isto tako važnu kariku u uspešnom lancu planetarne astrofotografije – kameru.

Danas, umesto filma ili digitalnog fotoaparata mi u stvari koristemo video kameru.

Planetarna fotografija koristi statističku verovatnoću da u deliću sekunde atmosfera, koja stalno treperi i vibrira, zastane sa turbulencijama. Verovatnoća da ćemo uloviti takav momenat je gotovo ravna nuli; ali ako umesto samo jednog  pokušaja napravimo hiljadu klikova, naše šanse rastu veoma brzo. Koristeći video snimak mi sada možemo da biramo između hiljada (nekad i desetine hiljada!) individualnih frejmova i da izaberemo samo one najoštrije.

(sad će neko da zapita kako izabrati baš te najbolje frejmove, jer proći kroz video od pet ili deset hiljada slika jednu po jednu ne zvuči baš privlačno; to ćemo diskutovati u paragrafima o softverskim paketima)

Naravno, nećemo koristiti baš standardne video kamere koje se koriste za snimanje događaja kao što su svadbe, rođendani i slični porodični momenti. Planetarni fotografi koriste male kompjuterske video kamerice (webcam), ili prave „naučne“ kamere napravljene za tu svrhu. Cene naravno rangiraju od desetak evra za webcam do čak nekoliko hiljada za vrhunske modele. Amater sa višim aspiracijama može da pogleda kataloge firmi kao što su Pont Grey Research, Luminera, SBIG, Basler, ImagingSource (DMK), ZWO/ASI, QHY i mnoge druge.

Šta kameru čini podobnom su ne toliko veličina samog čipa (planete, osim naravno Meseca i Sunca, su male), već osetljivist (QE ili kvantna efikasnost, to jest koliko fotona je potrebno da padne da se generiše jedan elektron u čipu), kvalitet elektronike (što manji šum), preciznost analogno-digitalnog konvertora, koji istovremeno na neki način diktira brzinu očitavanja (koliko frejmova u sekundi), veličina piksla na čipu, i naravno da li postoje ugrađeni filteri, odnosno da li je kamera crno bela ili kolor. 

Na prvi pogled kolor kamera deluje vrlo privlačno; zašto bismo ponavljali ekspozicije tri puta kad zbog rotacije samih planeta ionako imamo samo nekoliko minuta da snimimo našu sekvencu. Odgovor je malo komplikovan, ali u načelu glavni problem je atmosferska disperzija koja uvek „razvlači“ sliku planete od crvenog do plavog dela spektra (osim naravno ako je planeta u zenitu, što se nikad ne događa osim za one srećnike koji žive blizu ekvatora).

Uskopojasni filtri koji se zasebno kupuju sa crno-belim (monohromnim, B&W) kamerama imaju mnogo bolju efikasnost i daleko oštriji rez od urađenih filtera (tzv Bayer matrica). Monohromna kamera će postići kraću ekspoziciju, više frejmova u sekundi, i na nju će manje uticati atomsferska disperzija. Da ne pominjemo da su ti modeli obično u vrhu ponude većine firmi pa će kao takvi imati i bolju elektroniku (niskošumni pojačavači, bolji i brži A/D konvertor, bolje hladjenje čipa itd.).

Od svih modela danas na tržištu dva odskaču izuzetnim odnosom kvalitet-cena. To su ASI120MM i QHY5L II (na slici).

19

Oba modela koriste isti čip (Aptina MT9M034 koji ima 1280x960, 3.75 mikrona piksla, dostiže fenomenalnih 75% QE, ima 16bitni A/D konvertor i pruža čak 30 frejma u sekundi pri punoj rezoluciji; na uobičajenih 640x480 čak preko 100 fps). Obe kamere su približno iste cene. Prednost QHY modela su gabariti (čak i manji od prosečnog okulara!) dok ASI obećava marginalno bolje hlađenje čipa jer je kućišće šire. Noviji ASI modeli nude USB3 konekciju i uz to značajno veće brzine. Neki od testova ukazuju da koristeći ROI (region of interest to jest samo deo frejma) brzine od čak preko fenomenalnih 700 fps su sasvim moguće!  

Velika broj planetografa danas koristi jednu od ove dve kamere. ASI 120MM-S sa USB3.0 je svakako danas najbolji izbor što se tiče odnosa kvalitet-cena.

ZWO/ASI je inače firma koja konstantno izbacuje nove modele na tržište i često koristi vodeće planetarne astrofotografe kao beta-testere. Od novijih modela interesantni su ASI224MC (novi model izuzetne osetljivosti i fantastično niskog šuma, nažalost samo u kolor varijanti) kao i ASI174MM koji pruža veći čip (1936x1216 piksla, takodje sa USB3.0) pogodan za snimanje Meseca i Sunca. Neke od najnovijih i najzanimljivijih ponuda (kao ASI290MM/MC npr.) čak koriste back illuminated čipove sa vrlo visokom kvantnom efikasnošću (QE) uz izuzetno nizak šum (~1 elektron readout noise) i uz to vrlo male piksle i veliku osetljivost u IR delu spektra, što sve pogoduje planetarnoj fotografiji.

Kao sastavni deo kamere može se takodje ubrojiti filter aparatura (poznata i kao „filter wheel“ jer je često i napravljena u tom obliku). To je držač koji omogućava brzu izmenu filtra, po mogućstvu bez potrebe da se ponovo fokusira posle izmene (parfokal).  Najbolji modeli pružaju mogućnost da se filtri menjaju elektronski jer imaju ugrađen motor, ali to je ipak komfor bez koga se može, naročito ako napomenemo da se cene takvih luksuza mere stotinama evra. Dobar set dichroic filtera ionako dosta košta sam za sebe. Napredniji ATM mogu da naprave ove aparature sami i tako uštede i na gabaritima i finansijski. Ovo je primer takvog dizajna gde su filtri na „fijoci“ i pomeraju se ručicom. Prednji deo ima standardni navoj tako da Barlow sočivo može da se integriše u vrlo kompaktnu celinu.

20

Na kraju da napomenemo da obični kolorisani filtri koji često dolaze u paketu sa teleskopima ili okularima nisu preporučljivi jer ne pružaju nikakvu prednost u odnosu na ugrađenu kolor masku koja se nalazi u modelima koji snimaju u boji. Ako već ne možemo da odvojimo sredstva za dobar set interferencionih (dichroic) filtera bolje je ostati na varijanti kolor kamere, bilo video, DSLR ili webcam.

Kolorisani filteri (tipično korišćeni u Bayer maski senzora u digitalnim aparatima ili kolor web kamerama) su vrlo neefikasni. Vidimo da je njihov maksimalni propusni opseg svega 15 do 30%, a kod jeftinijih modela može biti i znatno niži.

grafikon

Uporedimo to sa dobrim dichroic RGB setom:

22

Ne samo da su ovi filtri gotovo 100% propusni u svom dizajniranom opsegu (što je i do 3 puta više svetlosti u poređenju sa kolorisanim staklom u Bayer filtru), sam “rez” kojim filtri odbacuju neželjene talasne dužine je daleko oštriji što nam pruža oštriju sliku u startu i olakšava dalje procesiranje kasnije.

Posebna kategorija su infracrveni filtri (near IR). Oni propuštaju najduže talasne dužine, koje su nevidljive za oko (650nm i duže) pa čak i duboko u infracrvenom opsegu. 807nm filter je praktično potuno crn!  Ovi filtri imaju posebnu upotrebu. Atmosferske turbulencije progresivno su sve manje što je talasna dužina veća, što se često može videti na RGB sekvencama planeta – crveni frejmovi vrlo često izgledaju najoštrije dok su plavi najviše zamućeni. Za objekte koji su dovoljno svetli (prvenstveno Venera, Mars i Mesec) ovo nam može dati šansu da dobijemo daleko oštriju sliku. Danas na primer skoro svi ozbiljni astrofotografi Meseca isključivo rade u IR opsegu (jer je Mesec praktično monohromatski) a mnogi fotografi Marsa često koriste IR umesto crvenog filtra. Postoje neke indikacije da se u slučaju Meseca umesto IR može koristiti i H-alpha filter, tako da sigurno treba probati, naročito ako već nemamo pri ruci IR.

Ne treba zaboraviti da visoka rezolucija kamere (veliki broj piksla), velika brzina (fps) i 16 bitni A/D postavljaju ozbiljan zadatak za PC/laptop koji koristimo. Gore pomenute kamere će iskoristiti i zadnju kap propusnog opsega USB-2 porta, a sporiji hard diskovi će se lako zagušiti. Laptop sa dual ili quad core procesorom, puno memorije (tako da se može odvojiti 4 ili 8 GB za super brzi RAM disk koji neće imati problema da zabeleži sve podatke sa čak i najbrže kamere) ili sa velikm SSD hard drajvom i sada već obaveznim USB 3 portovima nije luksuz, već sastavni deo paketa vrhunskih kamera. 

Na kraju, ne treba zaboraviti da je udobnost operatera isto tako važan aspekt. Ako već moramo da satima čekamo mirnu atmosferu, mnogo je udobnije ako su sve kontrole (uključujući i Fokus koji se konstanto proverava i podešava kao i RA-Dec kontroler kojim konstantno centriramo planetu) na okupu i možemo da ih sve dohvatimo iz udobnog, sedećeg položaja.

23

Poslednja naprava koju treba spomenuti u sekciji o kamerama je okularna prizma za korekciju atmosferske disperzije. Naročito je korisna astronomima koji nameravaju da koriste kolor kameru. Komercijalne verzije ove naprave su poprilično skupe, ali za one sa najvišim aspiracijama dodaće i onu zadnju kap ako je njihov cilj maksimalna rezolucija.

Ovi uređaji se sastoje od dve prizme sa malim uglom (tipično oko 2 stepena), koje se mogu nezavisno okretati tako da ponište atmosfersku disperziju. Ako znamo da čak i na zavidno visokih 50 stepeni iznad horizonta atmosfera može da razvuče plavi i crveni deo spektra više od pola uglovne sekunde (pet do deset puta više od ciljne rezolucije) ne treba nam puno da shvatimo potencijalnu važnost ovog uređaja.

24

Okularna prizma kompanije ZWO (ASI) po ceni oko 175 evra na jednom kraju spektra cena,

25

Astrosystems Holland (oko 365e) negde u sredini po cenama,

26

dok je na drugom kraju ADC Professional kompanije Gutekunst definitivno u stratosferi sa cenom od čak 6680 evra!!!

27

Imati vrhunsku kameru je zgodno, ali ne i neophodno. Moderni digitalni fotoaparati, čak i mnogi mobilni telefoni takođe mogu da snimaju video, isto tako imaju odličan senzor i D/A konvertor i itekako su kadri da zabeleže vrhunske slike planeta.  Jeftine veb kamerice su isto tako danas daleko odskočile po kvalitetu, i daleko su bolje od arhaičnog TouCam-a koji sam ja godinama uspešno koristio. Pre toga sam isto tako godinama koristio kameru u domaćoj radinosti baziranu na Ti211 čipu (svega 192x165 piksla!), koja nije mogla da slika brže od jednog frejma u sekundi, i nije pružala „live view“ mogućnost tako da su kadriranje i fokusiranje bili pravi test stprljenja i izdržljivosti.

Kao ilustracija šta se može uraditi i sa skromnijim kamreama, ovo je kolaž nekih mojih planetarnih slika gde su korišćene te prastare kamere (i prastari laptop sa USB1 konektorom!), u periodu od 1998 do 2003 (velika opozicija Marsa). Crne bele slike su rađene sa Ti211 baziranom kamerom u kućnoj radinosti (cookbook), za kolor je korišćena veb kamera Philips TouCam.  

28

RAZMERA (SKALA) – POTREBA ZA VELIKOM ŽIŽNOM DALJINOM

Da bi usnimili detalje na planetama, potrebno je povećati ih nekako. Tipične dimenzije planeta od interesa su od oko 5 uglovnih sekundi za Mars kad je blizu konjukcije, pa do nekih 13 - 15 u opoziciji (osim velikih opozicija kad ide preko 20), pa do 40-45 koliki je Jupiter. Saturn sa prstenovima i Venera blizu konjukcije su negde izmedju ovih brojki. Uran, Neptun i Merkur su još manji i naravno još teži.

Ako usvojimo da prosečan teleskop ima oko 1 metar žižne daljine, čak i najveći Jupiter će u fokusu biti manji od 0.3 milimetra! Da bismo bili u stanju da razlučimo detalje na samoj planeti potrebno je da povećamo fokus (žižnu daljinu). U planetarnoj fotografije se obično barata terminom skala (scale). Ova brojka označava koliki komad neba „vidi“ svaki piksel kamere. Izražava se u uglovnim sekundama (arc sec) po pikslu. Potrebna žižna daljina se može izračunati  na sledeći način

Potreban fokus u mm =  206 * (veličina piksla) / (potrebna skala)

Znači, ako želimo da slikamo web kamerom koja ima 5 mikrona piksle a tražena skala je 0.2 uglovne sekunde po pikslu, treba nam 206 * 5 / 0.2 ili 5150mm efektivnog fokusa. Donja tabela daje neke već izračunate vrednosti za tipične kamere

Veličina piksla u mikronima Potreban fokus za 0.5 arc sec po pikslu Za 0.25 arc sec po pikslu Za 0.1 arc sec po pikslu Za 0.05 arc sec po pikslu
3.75 mikrona 1550mm 3.1 m 7.7 m 14 m
5.6 mikrona (tipični webcam) 2300mm 4.6 m 11.5 m 23 m
6.8 mikrona 2800mm 5.6 m 14 m 28 m
7.4 mikrona 3000mm 6.1 m 15.2 m 30.4 m

 

Prva kolona (0.5 uglovnih sekundi po pikslu) je po mom mišljenju otprilike najslabija rezolucija na koju bi danas planetarni astrofotograf trebalo da „cilja“. Poslednja kolona (0.05 arc sec po pikslu) je rezervisana za apsolutno najbolje uslove – veliki teleskop, mirnu atmosferu i super osetljivu kameru. Možete naravo ići i više (kao i manje),  ali ovo su neke okvirne granice. Ja trenutno koristim oko 0.08 arc sec po pikslu kad uslovi dozvoljavaju, naročito za planete sa visokim albedom (Mars, Venera) kad radim sa 30cm klasom teleskopa (C11 npr) i oko 0.05 sa 40cm i vecim instrumentima.

Kako doći do ovih žižnih daljina? Neki telekopi već prirodno imaju dugačak fokus jer su tako dizajnirani (Kasegren, Maksutov-Kasegren, SCT). Ako krenemo sa 3000mm fokusa,  relativno je lako dostići čak i 10m fokusa upotrebom običnog Barlow-a. Vredno je napomenuti da povećanje Barlow sočiva nije fiksno, već se menja sa rastojanjem od fokusne ravni (CCD čipa). Moj 2x Barlow ima radno rastojanje od 100mm. Kad postavim i filtre pre kamere, to rastojanje se poveća na 150-160mm što mi onda daje oko 3X.

Kod instrumenata sa kraćim fokusom kao tipični Njutni, čak i malo specijalnije naprave kao TeleVue 5x Powermate se dodatno „razvlače“ da bi se dobilo potrebnih 7 ili više puta! To već onda počinje da liči na teleskop za sebe ...

29

Druga opcija je korišćenje okularne projekcije, ali iz mog iskustva puno okulara nije pogodno za to jer pate od značajne hromatske i sferne aberacije kad se koriste u na taj način. U tom slučaju jedini način da saznamo da li će dotični okular biti pogodan je da se proba. Bolja opcija bu bila koristiti optiku koja je već dizajnirana za projekciju kao na primer mikroskopski objektiv. Postoje naravno i okulari koji su optimizovani za projekciju (Pentax modeli XP, XO npr.) ali ih je teško nabaviti jer se prave u vrlo malim serijama i zato su basnoslovno skupi, čak i na polovnom tržištu.

30

MONTAŽA – DRŽATI PLANETU MIRNOM

Poslednja karika u delu diskusije koja se bavi opremom je montaža.

Ekvatorijalna montaža je neophodnost u planetarnoj astrofotografiji. Pri efektivnim povećenjima koje koristimo pri slikanju planeta, ako ne bi bilo praćenja slika planete jedva da bi ostala nekoliko sekundi na čipu! To nažalost isključuje Dobsone kao potencijalne teleskope za ovu svrhu, ali uz malo ingenioznosti tubus Dobsona se lako može prilagoditi jednoj od ekvatorijalnih montaža.

31

Dve od mnogobrojnih popularnih (i ne previše skupih!) ekvatorijalnih montaža na tržištu. Levo je jedna od varijanti vrlo popularne kineske EQ-6, desno skoro isto tako popularna, naročito na američkom tržištu,  Losmandy G-11.

Skromni EQ-6 će sa lakoćom nositi i poveći SCT kao što je C11, pa čak i tubus velikog 30cm Njutna! Samo kad nema vetra i naravno samo za planetarnu fotografiju. Manje EQ varijante (EQ-5, EQ-3 itd.) su isto tako pogodne, uz dakako proporcionalno manju nosivost.

Kvalitet samih zupčanika (periodična greška) nije toliko presudan kao kod dugotrajnih ekspozicija galaksija i maglina, ali dobra montaža će itekeko povećati komfor prilikom snimanja videa. Vidno polje naše kamere je malo veće od same planete i kod velikih periodičnih grešaka moraćemo da često korigujemo poziciju planete u frejmu.

Stabilnost montaže prvenstveno zavisi od gabarita, veličine zupčanika na osama kao i veličine lagera u glavi. Opet, nije presudna ali čini život lakšim jer ne morate puno da čekate da se slika smiri posle fokusiranja, promene filtra itd.

Naravno, montaža mora biti vrlo dobro polarno podešena (“useverena”) da bi bila u stanju da adekvatno prati planetu. Ne “otprilike” već gotovo isto tako precizno kao kod snimanja objekata dubokog neba. Većina montaža poseduje polarni tražilac – naučite da ga koristite! Pogotovu što je luksuz sjajne polarne zvezde (Alfa Ursae Minoris) nešto čega postanete svesni tek kad ga nemate. Sigma Oktantis (južna polarna zvezda) ne samo da se ne vidi golim okom, u tom delu neba nema ni jedne zvezde koja može da se vidi golim okom iz metropole kao Melburn. 

Montaža koja nije dovoljno precizno useverena zahtevaće konstantne korekcije u deklinaciji. Ne zvuči tako stašno dok ne shvatimo da moramo da radimo još mali milion drugih stvari istovremeno! Dobra montaža i dobro praćenje zaista nisu luksuz već preka potreba.

ATMOSFERA I POZICIJA PLANETE

Ovi aspekti planetarne fotografije svakako su najviše frustrirajući, jer nad njima imamo malu ili nikakvu kontrolu.

Za razliku od transparentnosti, mirnoća atmosfere („seeing“) varira iz minuta u minut. Atmosfera jednostavno nikada ne miruje. Lokalne turbulencije su posledica temperaturnih gradijenata – topliji vazduh ide gore, hladniji dolazi na njegovo mesto. Onaj topliji se onda hladi i pada, i tako u krug. Turbulencije u stratosferi (jetstream) koje su naročito pogubne, stalno se pomeraju gore dole preko čitavih kontinenta. Ako se jetstream ukotvi iznad vas, te noći možete samo da spakujete opremu i popijete po neku za smirenje. 

Strogih pravila nema, ali moderna meteorologija je dosta uznapredovala poslednjih godina tako da su predviđanja seeinga postala pouzdanija. Sajtovi kao SkippySky (http://www.skippysky.com.au/ ), Clear Sky chart  (http://cleardarksky.com/csk/ ) i mnogi drugi polazna su tačka svakog ko planira da slika planete. Ali ipak, nema zamene za direktno iskustvo. Puno puta su programi predvideli loš seeing, dok je slika u teleskopu defintivno bila izvrsna! I obratno, obećanja perfektnih uslova se prečesto izjalove. Jedino pravilo kog se treba pridržavati je - probajte! Naročito ako se po sinoptičkim kartama očekuje da polje visokog vazdušnog pritiska bude direktno iznad vas. Iz mog višegodišnjeg iskustva to je uvek dobar znak.

Svetlosno zagađenje nema nikakvih uticaja na planetarnu fotografiju. Ja oko sebe imam grad od 4,5 miliona stanovnika i verovatno više od 20 miliona sijalica i reklama ali me to ne spečava nimalo da postižem maksimalne rezolucije na planetama.

Sa druge strane, maksimalno treba izbegavati sve izvore lokalnih turbulencija. To znači daleko od velikih zgrada koje zrače toplotu često i čitavu noć, velikih betonskih površina kao što su parkinzi, autobuske/železničke stanice, skladišta i fabrike itd. Po mogućstvu birajte poziciju sa koje se planeta vidi iznad velikih zelenih površina ili vode. Ne treba ni naglašavati da slikanje iz sobe, kroz otvoren prozor, ili sa ušuškane terase nema apsolutno nikakvu šansu da pruži visoku rezoluciju.

Vibracije su još jedan problem koji se i ne primećuje dok ne počnemo da snimamo planete sa maksimalnom rezolucijom. Ravna terasa na vrhu zgrade koja se činila idealnom postaje prava glavobolja kad shvatimo da okolni put kojim prolaze automobili, kamioni i autobusi uzrokuje da slika u teleskopu ne prestaje da treperi i da se drmusa. Imao sam prilike da kod prijatelja vidim da voz koji je čak 300m daleko toliko zatrese teleskop (na zemlji, u dvorištu, ne na krovu!) da je jedini lek da se prestane sa snimanjem dok voz ne prođe.

Pozicija planete na nebu, među sazvežđima, je još jedna varijabla nad kojom imamo malo ili nikakve kontrole. Marsove velike opozicije, na primer, uvek su najbolje vidljive sa južne hemisfere, jer se dogadjaju u vreme kad planeta zauzima deo Ekliptike koji je duboko ispod nebeskog Ekvatora. To je posledica geometrije Marsove i Zemljine orbite, i tu nema šta da se diskutuje.

Ali čak iako je pozicija planete nepovoljna, još uvek možemo tempirati snimanje kad je na medirijanu (kad je najviša iznad horizonta). Tada su naše šanse za dobar seeing najbolje.

U načelu ja i ne pokušavam ako mi je subjekat za snimanje niži od nekih 40 stepeni. Osim atmosferske turbulencije, disperzija (prizmatični efekat) je još jedan negativan faktor koji je skoro nemoguće popraviti u kasnijoj obradi, čak i ako koristimo monohromatsku kameru. Visoka elevacija iznad horizonta je uvek najbolji „lek“.

Za slikanje Meseca pravila su ista. Što viši na nebu, to bolje. To znači da je prvu četvrt najbolje slikati u proleće, zadnju četvrt u jesen i pun Mesec tokom zime. Opet, geometrija ekliptike!

I na kraju, pravilo „daj šta daš“ nadvladava sva ostala kad jednostavno nemamo drugog izbora. Mars i Mesec su bili samo 17 stepeni iznad horizonta u Melburnu kad se desila delimična („grazing“) okultacija u 2003-oj. Naravno da sam snimao!

32

Bratislav Ćurčić
Author: Bratislav Ćurčić
Bratislav Ćurčić se bavi astronomijom, pravljenjem teleskopa i astrofotografijom još od davnih gimnazijskih dana, pre bezmalo četiri decenije. Od 1988 uživa u prelepom južnom nebu iznad Australije (kao i u prelepim "ovozemaljskim" predelima širom prastarog južnog kontinenta). Kad ne pravi teleskope ili ne pešači Outback-om sa rancem na leđima onda planira nove teleskope ili nova putovanja. Sledeći projekat mu je pravljenje 300mm katadioptričkog astrografa (dva ogledala i tri sočiva), kao i poseta poljima oko Mundrabille u Zapadnoj Australiji, gde je pronadjen jedan od najvećih meteorita ikada na Zemlji . "Samo" 5000km vožnje, prava sitnica :-)

Zadnji tekstovi:


Komentari   
Vasko
0 #1 Vasko 27-10-2016 19:43
Pravo je zadovoljstvo bilo cuti ovo predavanje uzivo a sada evo i u tekstualnoj formi :-)
Objasnio čovek! Hvala.
Dodaj komentar