Twoja wyszukiwarka

PIOTR BAROŃSKI
FOTOGRAFOWANIE NIEBA
Wiedza i Życie nr 7/1998
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 7/1998

WSZYSCY LUBIMY PATRZEĆ W NIEBO, NIEWIELU POTRAFI JE JEDNAK UTRWALIĆ NA KLISZY. LATEM, PODCZAS URLOPU I CIEPŁYCH NOCY, GDY JESTEŚMY Z DALA OD MIAST, WARTO TEGO SPRÓBOWAĆ.

Pierwsze próby fotografowania nieba mogą zniechęcić, a nawet załamać bardziej zapalonych i niecierpliwych początkujących astronomów. Jest to normalne, toteż każdy, nawet najlepszy w tej chwili, astrofotograf z humorem wspomina swoje pierwsze kroki. Jeżeli próbowałeś już fotografować Księżyc, mgławice czy Drogę Mleczną, a uzyskane zdjęcie nie odzwierciedla w najmniejszym stopniu Twoich oczekiwań, postaram się, aby ten artykuł pomógł Ci znaleźć satysfakcję w uprawianiu pasjonującej sztuki, jaką niewątpliwie jest fotografia astronomiczna.

BEZ POŚPIECHU

Na początku warto uzmysłowić sobie, że jest wiele czynników decydujących o wyniku fotografowania nieba i wszystkie są prawie jednakowo ważne dla ostatecznego wyniku Twojej pracy. Nie spiesz się więc z robieniem zdjęć i nie oczekuj natychmiastowych efektów. Dobre efekty zależą od pogody, pory roku, miejsca fotografowania, obecności na niebie Księżyca, rodzaju i klasy używanego sprzętu, wiedzy teoretycznej oraz rosnącego z każdym następnym filmem doświadczenie. Jeżeli pogoda nie sprzyja fotografowaniu - poczekaj na piękniejszą noc. Nie licz, że na pewno "coś wyjdzie"; oszczędź film.

Fot. Janusz Płeszka

Planując fotografowanie nocą, zwróć uwagę na zachód Słońca. Jeżeli zaobserwujesz choćby najmniejsze zachmurzenie, to zazwyczaj najpóźniej za kilka godzin nastąpi znaczące dla fotografowania pogorszenie pogody. W dodatku na wiele godzin przed załamaniem się pogody w powietrzu jest dużo pary wodnej, co powoduje pogorszenie ostrości wykonywanych zdjęć. Nie trać więc czasu, twierdząc, że jeszcze zdążysz sfotografować galaktykę M31, zanim zasłonią ją chmury już od dłuższego czasu kłębiące się nad horyzontem.

Jeżeli natomiast zaobserwujesz, że zachodzące Słońce aż do chwili zetknięcia się z horyzontem świeci tak jaskrawo, że nie sposób na nie spojrzeć przez teleskop, znaczy to, że powietrze jest wyjątkowo czyste. Takich dni w Polsce jest zaledwie kilka w roku. Niekiedy zdarza się, że czystemu niebu towarzyszy zbyt silny wiatr. Wprawiając w drgania statyw, a przez to cały układ optyczny, przy dłuższej ekspozycji na pewno spowoduje zamazanie obrazu.

Ryc. 1. Obrót nieba wokół Gwiazdy Polarnej. Z lewej - fotografia wykonana w pobliżu centrum pięćdziesięciotysięcznego Radomska obiektywem f1=50 mm. Z prawej - w odległości 3 km od najbliższego źródła światła (obiektyw f1=25 mm). Obydwa zdjęcia wykonałem przy przesłonie 4 i z czasem ekspozycji 2 godziny na kliszy Konica 400

Fot. Piotr Baroński

Jeżeli chodzi o porę roku, to w zasadzie okres od połowy maja do połowy lipca nie sprzyja fotografowaniu Księżyca i obiektów o małej mocy promieniowania. Księżyc bowiem w tym czasie wędruje nisko nad horyzontem, a mgławice i galaktyki giną w promieniowaniu tła nieba, gdyż noc jest wtedy krótka i nie do końca "czarna". Sam Księżyc też przeszkadza fotografowaniu obiektów, takich jak mgławice, które giną w jego blasku. Nawet kilkudniowy sierp Księżyca może istotnie wpłynąć na jakość zdjęć słabych ciał niebieskich.

Niewątpliwie trzeba mieć ogromne zamiłowanie do spędzania wielu godzin w środku nocy na świeżym powietrzu. Pamiętaj, aby ubrać się ciepło - nawet latem noce bywają chłodne, a precyzyjnego sprzętu nie da się obsługiwać zziębniętymi rękami. By nie dokuczał Ci głód - weź ze sobą tabliczkę czekolady i coś ciepłego w termosie do picia.

Chcę Ci jeszcze zwrócić uwagę na odpowiedni wybór miejsca fotografowania. Fotografie na ryc. 1 przedstawiają w zasadzie to samo, ale różnice oceń sam.

PEWNY SUKCES

Jeżeli dopiero teraz zapaliłeś się do fotografowania nieba, chciałbym zaproponować Ci kilka tematów dobrych do zdobycia podstawowego doświadczenia. Jeśli chodzi o sprzęt, to potrzebujesz w tej chwili tylko aparatu fotograficznego (musi to być lustrzanka z możliwością wykonywania długich ekspozycji na tzw. czasie B) oraz jakiegoś stabilnego statywu, aby sztywno zamocować aparat.

1) Bardzo ciekawym tematem jest ruch gwiazd wokół Gwiazdy Polarnej wywołany obrotem Ziemi wokół własnej osi (ryc. 1). Aby uzyskać dobre zdjęcie tego rodzaju, ustaw aparat tak, aby Gwiazda Polarna była widoczna w środkowej części kadru. Następnie obiektyw zasłoń nakrywką, otwórz migawkę na czasie B i odsłoń obiektyw. Delikatnie, aby nie poruszyć statywu! Naświetlaj kliszę (o czułości
np. 400 wg standardu ISO) co najmniej przez godzinę, a najlepiej dłużej. Fotografia taka z czasem naświetlania 5-7 godzin jest niezwykle efektowna.

2) Podobnie możesz wykonać zdjęcie dowolnego miejsca na niebie, uzyskując obraz torów gwiazd na sklepieniu niebieskim. Aby łatwiej można było ustalić barwy fotografowanych gwiazd, możesz w trakcie naświetlania płynnie "zepsuć" ostrość. Efekt takiego zdjęcia jest wyjątkowy.

3) Bardzo ciekawe zdjęcie możesz uzyskać przed świtem, ustawiając obiektyw aparatu w kierunku wschodniego horyzontu. Musisz zacząć ekspozycję, kiedy jeszcze trwa noc i zakończyć, gdy tylko zacznie świtać. Na tak wykonanej fotografii tory wschodzących gwiazd będą się rysować na tle błękitnego nieba przechodzącego w róż i pomarańcz w pobliżu linii horyzontu.

4) Aparatem fotograficznym o niedużej ogniskowej (do 50 mm) możesz również na nieruchomym statywie wykonać zdjęcie dowolnego fragmentu nieba (np. charakterystycznej konstelacji) tak, że poruszenie gwiazd będzie niewielkie. Musisz tylko zastosować kliszę o wysokiej czułości (1600 lub 3200 według standardu ISO - ramka z lewej) i naświetlać nie dłużej niż 1 minutę przy przesłonie aparatu ustawionej na najmniejszą wartość. Na tak wykonanym zdjęciu naświetlone zostaną jaśniejsze gwiazdy w postaci krótkich odcinków.

Moc promieniowania obiektów

Dane pochodzą z książki: E. Pittich, D. Kalmanćok, Niebo na dłoni

Po takiej zaprawie powinieneś spróbować sfotografować Księżyc. Do tego konieczny jest teleskop i wykonanie prostych obliczeń czasu naświetlania. Obliczenia są niezbędne, aby po wywołaniu filmu nie okazało się, że niektóre zdjęcia są prześwietlone, a inne nie doświetlone. Moc promieniowania Księżyca, która bezpośrednio wpływa na dobór czasu ekspozycji, jest bowiem zależna od jego fazy, a ta, jak wiadomo, zmienia się z dnia na dzień.

Księżyc oraz inne ciała niebieskie możesz fotografować dwiema metodami:

a) metodą pozaogniskową (zwaną też projekcją okularową),

b) metodą klasyczną (zwaną fotografowaniem w ognisku głównym).

Metoda pozaogniskowa polega na tym, że umieszcza się aparat fotograficzny wraz z jego obiektywem za okularem lunety lub teleskopu (ryc. 2). Ostrość aparatu ustawia się na nieskończoność, a ostrość lunety tak, aby uzyskać wyraźny obraz. Obraz Księżyca fotografowanego w ten sposób jest duży już przy powiększeniu lunety 40-50x, ale znacznie bardziej niewyraźny niż przy fotografowaniu metodą klasyczną.

Czas (w sekundach) naświetlania Księżyca w metodzie pozaogniskowej oblicza się z wzoru:

gdzie: f1 - długość ogniskowej obiektywu teleskopu, f2 - długość ogniskowej okularu teleskopu, f3 - długość ogniskowej obiektywu aparatu fotograficznego, d - średnica obiektywu (zwierciadła), A - czułość filmu, J - moc promieniowania (tabela na s. 73).

Rozmiary liniowe (w milimetrach) Księżyca w tej metodzie oblicza się z następującego wzoru:

gdzie: f oznaczają odpowiednie (jak wyżej) długości ogniskowych, a u - rozmiary kątowe Księżyca w minutach.

Ryc. 2. Fotografowanie nieba metodą pozaogniskową

Metoda klasyczna różni się od pozaogniskowej tym, że z aparatu wykręca się obiektyw, zastępując go obiektywem lunety lub teleskopu (ryc. 3). W ten sposób zamiast standardowego (35 lub 50 mm) obiektywu masz przy aparacie obiektyw o długości ogniskowej 500 lub 900 mm! Jednak aby na kliszy uzyskać w tym układzie optycznym zdjęcie Księżyca o rozmiarach liniowych przynajmniej 20 mm, musisz dysponować obiektywem o długości ogniskowej ponad 2000 mm. Na szczęście, ogniskową możesz "wydłużyć", umieszczając między obiektywem a aparatem soczewkę rozpraszającą Barlowa. Można ją kupić w dobrym zakładzie fotograficznym. Zwykle stosuje się soczewki Barlowa x2 i x3, wydłużające ogniskową obiektywu odpowiednio 2 i 3 razy.

Czas naświetlania (w sekundach) w metodzie klasycznej oblicza się z wzoru:

gdzie:

c - światłosiła teleskopu (lunety).

Światłosiła może przyjmować postać liczby całkowitej większej od 1, przy czym najlepsze są obiektywy o światłosile nie przekraczającej 8.

Rozmiary liniowe (w milimetrach) na kliszy otrzymuje się z wzoru:

Ryc. 3. Metoda klasyczna fotografowania nieba polega na zastąpieniu obiektywu aparatu obiektywem lunety lub teleskopu

Największą zaletą metody klasycznej jest możliwość uzyskania zdjęć o dużo lepszej jakości niż w metodzie pozaogniskowej. Dysponując większym teleskopem, należy fotografować stosując metodę klasyczną!

W obu wzorach na czas naświetlania występuje zmienna J, czyli moc promieniowania (tabela na s. 73). Jest ona obliczona dla stałej, najwyższej dla wszystkich faz wysokości Księżyca nad horyzontem, co sugeruje, że należy go fotografować, gdy jest w najwyższym położeniu na niebie. W przeciwnym razie moc promieniowania będzie mniejsza od podanej w tabeli (z powodu dłuższej drogi, jaką musi pokonać światło przechodząc przez ziemską atmosferę), a obliczony w ten sposób czas naświetlania zbyt krótki i zdjęcia wyjdą nie doświetlone. Prócz tego gdy Księżyc jest nisko nad horyzontem, jego fotografie są nieostre z powodu silnych drgań powietrza.

Obserwując Księżyc w ciągu roku, łatwo zauważyć, że najdogodniejsze okresy do fotografowania poszczególnych faz to:

  • I kwadra luty-, kwiecień,
  • pełnia listopad-, styczeń,
  • III kwadra sierpień, -październik.

WYŻSZA SZKOŁA JAZDY

Na pewno zastanawiałeś się, jak uzyskać piękne zdjęcia odległych, słabych galaktyk i wielobarwnych mgławic, takie jak zamieszczane w literaturze astronomicznej. Wielkie dzieła, jak np. słynna fotografia mgławicy "Koński Łeb" w pełnej szacie barw i szczegółów, wykonywane są za pomocą ogromnych teleskopów. A przecież największe instrumenty na świecie mają zwierciadła o kilkumetrowej średnicy, co daje układ optyczny o światłosile 3 i mniej. Ponadto zamiast zwykłych błon fotograficznych stosuje się wysokoczułe szkła fotograficzne. Poddaje się je procesom nadczulającym poprzez wygrzewanie w średnio gorących piecach w atmosferze azotowej i długotrwałe przechowywanie w atmosferze wodorowej. Nie oznacza to, że nie warto próbować fotografować mgławic czy niektórych galaktyk. Efekty mogą być pasjonujące, jeżeli tylko skompletuje się odpowiedni sprzęt i spełni warunki, o których pisałem na początku.

Najwięcej trudności przysparza konieczność prowadzenia obiektywu torem gwiazd poruszających się wskutek obrotu Ziemi. Obiekty o małej mocy promieniowania trzeba długo naświetlać, toteż nie da się uniknąć tego problemu. Do prawidłowego prowadzenia potrzebny jest dobry, stabilny statyw paralaktyczny, tzn. taki, którego osie pozwalają na przesuwanie teleskopu w płaszczyźnie rektascensji (a) i deklinacji (d). Statyw taki najczęściej jest wyposażony w śruby mikroruchów, za pomocą których porusza się ręcznie teleskop w ślad za przesuwającymi się gwiazdami. Lepszy jest oczywiście statyw z zainstalowanym w osi rektascensji silnikiem elektrycznym, dzięki któremu teleskop automatycznie podąża za ruchem nieba, ale jest on znacznie droższy od zwykłego. Jeżeli będziesz robił zdjęcia za pomocą teleskopu z ręcznym prowadzeniem - nie używaj obiektywu o zbyt długiej ogniskowej. Dodatkowo dla jak najlepszej kompensacji ruchu nieba musisz zaopatrzyć się w dobrą lunetkę celowniczą o powiększeniu co najmniej 200x i średnicy obiektywu co najmniej 60 mm. Przy czym konieczne jest, aby lunetka była wyposażona w tzw. krzyż celowniczy (najlepiej podświetlany, niezbędny do dokładnego utrzymywania wybranej gwiazdy (przyjętej jako namiar) ciągle w tym samym miejscu pola widzenia.

Ryc. 4. Schemat ustawienia teleskopu ułatwiającego prowadzenie obiektywu torem poruszających się gwiazd

Jeżeli będziesz miał możliwość korzystania ze statywu (montażu) paralaktycznego z napędem elektrycznym, musisz w czasie wykonywania długiej ekspozycji tylko co kilka minut sprawdzić, czy "gwiazda-namiar" jest w tym samym miejscu pola widzenia lunetki. Jeżeli tak, to znaczy, że statyw podąża za fotografowanym obiektem jak należy. Jeżeli nie - montaż jest źle ustawiony. Cały problem polega na tym, aby oś biegunowa montażu była ustawiona dokładnie równolegle do osi świata, czyli aby wskazywała Gwiazdę Polarną (ryc. 4).

Jedna z metod ustawienia osi biegunowej statywu polega na obserwacji przez teleskop dryfu gwiazdy przy włączonym mechanizmie zegarowym. Najpierw trzeba wstępnie skierować oś biegunową na Gwiazdę Polarną, a teleskop na gwiazdę znajdującą się jak najbliżej równika niebieskiego i zarazem w płaszczyźnie południka. Zakładając okular największego powiększenia, obserwujemy, w którą stronę świata dryfuje namierzona gwiazda. Te zabiegi pozwolą ustalić, czy oś biegunowa jest ustawiona za bardzo na wschód, czy na zachód. Jeśli więc obserwowana przez teleskop gwiazda dryfuje w kierunku północnym, to znaczy, że oś biegunowa jest ustawiona na zachód od bieguna świata. Jeśli dryfuje na południe - oś skierowana jest za daleko na wschód.

Błędy ustawienia osi w płaszczyźnie horyzontu koryguje się drobnymi posunięciami całego statywu. W płaszczyźnie północ-południe oś biegunowa statywu powinna być nachylona do płaszczyzny horyzontu pod kątem miejscowego równoleżnika. Dla obszaru Polski wartość ta mieści się w granicach od 49o na południowym krańcu kraju do 55o na krańcu północnym. Dokładnie można ustawić ten kąt, nakierowując teleskop na jakąś gwiazdę na równiku niebieskim, ale tym razem nie w płaszczyźnie południka, lecz nisko nad wschodnim horyzontem. Obserwując jej dryfowanie w polu widzenia teleskopu, ustalisz, czy znosi ją na południe, czy na północ. Jeżeli na południe, kąt nachylenia osi względem horyzontu musisz zwiększyć, a jeśli na północ - zmniejszyć.

Mając ustawiony statyw, możesz już wykonać dobre zdjęcie mgławicy M42 w Orionie lub gromady kulistej M13, stosując opisaną wcześniej metodę klasyczną. Niezbędne do obliczeń czasu naświetlania moce promieniowania ciał niebieskich znajdziesz w tabeli na s. 73. Pamiętaj, aby zawsze przed otwarciem migawki aparatu zakryć obiektyw układu optycznego ciemnym kartonem i odsłonić dopiero wtedy, kiedy wszelkie drgania wywołane obsługą sprzętu ustaną. Najlepiej stosować filmy o czułości co najmniej 1600. Przez pewien czas warto używać kliszy tego samego producenta i czułości, aby dokładnie poznać jej zalety i wady, a tym samym zorientować się, do jakich obiektów i jakich czasów ekspozycji nadaje się najbardziej.

Teraz nie pozostaje mi już nic innego, jak życzyć pięknej pogody i - jak się mówi wśród astronomów - "pomyślnych wiatrów słonecznych".

PIOTR BAROŃSKI jest laureatem III nagrody ubiegłorocznego Wielkiego Konkursu Astronomicznego "Wiedzy i Życia", którą zdobył m.in. za program komputerowy Czas.