Fotografowanie Drogi Mlecznej to jedna z najbardziej efektownych dziedzin astrofotografii. Początkujący fotografowie często zaczynają od zdjęć wykonywanych ze statywu, jednak szybko napotykają ograniczenia – krótkie czasy naświetlania, zaszumione obrazy i brak szczegółów. Rozwiązaniem tych problemów jest zastosowanie napędu paralaktycznego, który pozwala znacząco zwiększyć jakość zdjęć poprzez kompensację ruchu obrotowego Ziemi.

W tym artykule

• czym jest montaż paralaktyczny,
• jak działa,
• dlaczego jest niezbędny w bardziej zaawansowanej astrofotografii,
• jak poprawnie go ustawić na Gwiazdę Polarną.

Dlaczego zwykły statyw to za mało?

Ziemia obraca się wokół własnej osi, co powoduje pozorny ruch gwiazd na niebie. W praktyce oznacza to, że przy dłuższych czasach naświetlania gwiazdy zaczynają się rozciągać, tworząc owale, a nawet smugi, zamiast punktów. Na statywie obowiązuje tzw. reguła 500, która ogranicza czas ekspozycji, co powoduje:

• małą ilość zarejestrowanego światła,
• wysoki poziom szumu (konieczność podbijania ISO),
• ograniczoną ilość detali w Drodze Mlecznej.

Czym jest i jak działa napęd paralaktyczny?

Napęd paralaktyczny (montaż paralaktyczny) to urządzenie, które obraca aparat w taki sposób, aby kompensować ruch obrotowy Ziemi. Jego kluczową cechą jest to, że posiada dwie osie:

• oś rektascensji (RA) – główna oś śledząca ruch gwiazd,
• oś deklinacji (DEC) – oś, która pozwala przesuwać zestaw w górę i w dół względem równika niebieskiego.

W praktyce wygląda to tak, że oś deklinacji służy do celowania w obiekt, a oś rektascensji odpowiada tylko za śledzenie gwiazd. Po poprawnym ustawieniu silnik napędza oś RA, przez co aparat porusza się z tą samą prędkością kątową, co Ziemia. Dzięki temu gwiazdy pozostają punktowe nawet przy długich ekspozycjach, można używać niższego ISO, ale przede wszystkim uzyskuje się znacznie więcej szczegółów poprzez możliwość stosowania długich czasów naświetlania. To właśnie odróżnia montaż paralaktyczny od zwykłego statywu.

Aby przejść na wyższy poziom astrofotografii, napęd staje się praktycznie niezbędny. Bez napędu pozwolić sobie można maksymalnie na kilkanaście sekund ekspozycji. Z napędem można wykonywać ekspozycje nawet kilkuminutowe, uzyskując znacznie czystszy obraz oraz wyraźniejsze struktury Drogi Mlecznej (szczególnie pasma pyłu międzygwiazdowego). Krótko mówiąc – napęd paralaktyczny to największy „skok jakościowy” w astrofotografii. Na rynku dostępnych jest kilka prostych napędów o udźwigu odpowiednim dla aparatów fotograficznych, o których wspomniano tutaj. W tym wpisie najbardziej szczegółowo został opisany montaż Sky Watcher Star Adventurer.

Poprawne ustawianie montażu na Gwiazdę Polarną –  klucz do sukcesu!

Polaris znajduje się bardzo blisko północnego bieguna nieba. Można ją znaleźć, przedłużając linię (żółta na grafice poniżej) dwóch gwiazd Wielkiego Wozu, ale pomóc też mogą aplikacje, takie jak Stellarium.

Pozycja Gwiazdy Polarnej na niebie.

Ustawienie osi montażu

Przede wszystkim należy ustawić statyw poziomo – to bardzo ważna kwestia! Większość statywów ma wbudowaną poziomiczkę, zatem nie powinno to być problematyczne. Następnie oś RA napędu należy skierować na Gwiazdę Polarną i ustawić kąt nachylenia montażu zgodnie z szerokością geograficzną.

Precyzyjne ustawienie (polarne wyrównanie)

W zależności od sprzęt wbudowana w montaż lub dostarczana jako osobne akcesorium lunetka biegunowa pokazuje miejsce, gdzie powinna znajdować się Gwiazda Polarna. Ustawienie wymaga zgodności z aktualną datą i godziną. Tu z pomocą przychodzi aplikacja dostarczona przez producenta montażu SA Console. Podaje ona dokładne położenie Gwiazdy Polarnej dla danej lokalizacji, znacznie ułatwiając ten proces.

Wbrew pozorom Gwiazda Polarna nie jest nieruchoma. Zatacza ona niewielki krąg na sferze niebieskiej, który jest widoczny w lunetce biegunowej – okręg z podziałką godzinową i minutową odzwierciedla ten ruch, a czarny punkt w nim to właśnie pozycja omawianej gwiazdy biegunowej. Ustawienie jej we właściwym miejscu wykonujemy pokrętłami na klinie paralaktycznym montażu. Po poprawnym ustawieniu i włączeniu napędu Polaris powinna przez całą sesję znajdować się w tym samym miejscu naniesionym w lunetce podziałki.

Na zrzucie ekranu od lewej: lunetka biegunowa w SWSA, widok w lunetce biegunowej oraz zrzut z aplikacji SA Console.

Po ustawieniu montażu można wykorzystać jego pełny potencjał – czas zacząć zbierać materiał. O tym, co jest potrzebne do zaplanowania i przeprowadzenia sesji oraz na co zwracać uwagę informacje znaleźć można tutaj.

Typowe ustawienia aparatu

• czas: 60 – 120 sekund,
• ISO: 800 – 1600,
• przysłona f/2,8,
• ogniskowa: 14 – 40 mm.

To jakie ustawienia są stosowane, zależy przede wszystkim od zanieczyszczenia światłem w miejscu, z którego prowadzona jest sesja – dobre niebo to podstawa. W dużym zaświetleniu astrofotograf może być zmuszony redukować czas naświetlania i czułość. Ustawienia podane powyżej należy traktować jako wyjściowe i korygować je w miarę potrzeby.

Na rynku są dostępne filtry niwelujące zanieczyszczenie światłem, ale niestety nie radzą sobie z zaświetleniem pochodzącym od lamp LED, których systematycznie przybywa. Odfiltrowują one jedynie zanieczyszczenie spowodowane przez lampy sodowe i rtęciowe. W miarę rozwoju i wzrostu oczekiwań względem efektów warto rozważyć zakup takiego filtra.

teleskopy.pl

Przykładowy filtr LP oraz zasada jego działania.

Ważna uwaga – pierwszy plan

Napęd śledzi gwiazdy, ale pierwszy plan nie porusza się razem z aparatem, dlatego będzie rozmazany. Rozwiązaniem jest wykonanie oddzielnych ekspozycji pierwszego planu przed i po ekspozycjach nieba – nie ma innej drogi. Otrzymane dwa zdjęcia, oddzielne dla nieba i pierwszego planu, łączy się w procesie obróbki, ale informacje na ten temat znajdą się w osobnym artykule. Wracając do tematu pierwszego planu, należy również pamiętać, aby o niego zadbać. Była o tym mowa w pierwszym artykule tego poradnika. Czasem niewielka zmiana robi różnicę – dla przykładu dwa zdjęcia poniżej – identyczne kadry, które różni tylko przemyślane doświetlenie pierwszego planu.

Foto_Kujawy

Namibia, Rooisand Desert Ranch, niebo 32 x 120 sek., pierwszy plan 1 x 60 sek., obydwie ekspozycje przy f 2,8 ISO 1600.

Foto_Kujawy

Namibia, Rooisand Desert Ranch, niebo 32 x 120 sek., pierwszy plan 16 x 60 sek., obydwie ekspozycje przy f 2,8 ISO 1600.

Zbieranie materiału

Zawsze zaleca się być na miejscu dużo wcześniej, zanim wzejdzie centrum galaktyki. Można wykorzystać ten czas na zorientowanie napędu paralaktycznego na Polaris oraz wykonanie ekspozycji pierwszego planu przed włączeniem. Można to wykonać na dwa sposoby – jedna kilkuminutowa ekspozycja z obniżoną czułością lub kilkanaście ekspozycji do stackowania w postprodukcji.

Drugi sposób jest najczęstszy i może opierać się np. na wykonaniu szesnaście klatek, każda po sześćdziesiąt sekund naświetlania, z ustawieniami aparatu podanymi powyżej. Kadr należy ustawić tak, aby obiekty (góry, drzewo, itp.) zajmowały mniej więcej jedną trzecią kadru. Należy dodać, że zanim wzejdzie centrum galaktyki, można fotografować inne fragmenty Drogi Mlecznej – dobrym przykładem będzie tu gwiazdozbiór Łabędzia i centrum galaktyki.

W tym przypadku w pierwszej kolejności wykonano pierwszy plan dla Łabędzia, a następnie 64 ekspozycje nieba tego gwiazdozbioru. Zaraz po tym przestawiono kadr na 64 ekspozycje nieba dla centrum Drogi Mlecznej, natomiast na końcu sfotografowano pierwszy plan dla niej. Każdy z pierwszych planów tych kadrów składa się z 16-minutowych ekspozycji. Po zebraniu wszystkich klatek LIGHT zebrano klatki kalibracyjne. Efektem tej sesji, która zakończyła się około godziny 4:30, są zdjęcia poniżej.

Foto_Kujawy

Bieszczady, nów kwietniowy, Canon R mod + Sigma Art 40, ISO 1600, f 2,8, 64 x 60 sekund – LIGHTy zbierane od 23:50 do 1:19.

Foto_Kujawy

Bieszczady, nów kwietniowy, Canon R mod + Sigma Art 40, ISO 1600, f 2,8, 64 x 60 sekund – LIGHTy zbierane od 1:26 do 2:56.

Generalnie, po zorientowaniu napędu w osi obrotu Ziemi, w pierwszej kolejności wykonuje się pierwszy(e) plan(y). Dopiero po tym ustawia się napęd precyzyjnie, włącza się go i zaczyna rejestrowanie klatek nieba (LIGHTy). Im więcej łącznego czasu naświetlania, tym lepiej. Dlatego ekspozycji nieba należy wykonać minimum dwa razy więcej – najczęściej są to trzydziestudwu-, sześćdziesięciocztero- lub dwuminutowe ekspozycje. Znaczenie ma jakość nieba – dobrze jest zebrać godzinę materiału. Kadr na niebo powinno się ustawić nieco wyżej, jednak nie za wysoko – tak, aby horyzont był widoczny w dole kadru, mniej więcej w jednej piątej – to ułatwia późniejsze złożenie obydwu ekspozycji.

Dlaczego tyle?

Wywołując zdjęcia Drogi Mlecznej, korzysta się z techniki „stackowania zdjęć” (ang. image stacking). Problemem w fotografii nocnej jest szum pojawiający się na zdjęciach wykonanych przy dłuższych czasach naświetlania i wyższych czułościach ISO. Metoda ta pozwala pozbyć się szumów ze zdjęcia, ale w tym celu należy wykonać klatki kalibracyjne i o nich teraz kilka słów.

Rozróżnia się trzy rodzaje szumu:

• szum podstawowy – nieregularność w ilości rejestrowanych fotonów pomiędzy poszczególnymi ujęciami – wynika ze zmienności warunków pomiędzy poszczególnymi ujęciami, ale również z pewnych nieregularności w pracy matrycy, a redukuje się go właśnie poprzez stack – złożenie w stos wielu ekspozycji klatek podstawowych LIGHT;
• szum termiczny –  podczas długich ekspozycji rośnie temperatura matrycy, a wraz z nią największe źródło szumu w astrofotografii – usuwa się go za pomocą ciemnych klatek (tzw. DARKów), których wykonuje się tyle samo (trzydzieści dwie lub sześćdziesiąt cztery), w tych samych warunkach atmosferycznych i przy tych samych ustawieniach co podstawowe ekspozycje, najlepiej bez zapiętej optyki;
• szum odczytu (BIASy) – wynika z nieregularności pracy wzmacniacza sygnału – redukuje się go za pomocą klatek wykonanych również bez zapiętej optyki, w tych samych warunkach co ekspozycje podstawowe, w tej samej liczbie (trzydzieści dwie lub sześćdziesiąt cztery), ale przy minimalnym czasie naświetlania, jakim dysponuje używany aparat. Tak przynajmniej twierdzi literatura – można je także wykonywać z czasem naświetlania jednej setnej sekundy w trybie manualnym.

Tyle w kwestii szumów, ale pozostaje do rozwiązania jeszcze jeden problem, którym są ewentualne zabrudzenia matrycy i soczewek obiektywu, oraz jego winietowanie. Aby go rozwiązać, wykonuje się ostatni typ klatek kalibracyjnych, a są to FLATy. Te klatki można wykonać w domu, przy tych samych ustawieniach czułości, ostrości i przysłony, w trybie M, kierując aparat na jednolitą białą, równomiernie oświetloną powierzchnię, stosując czas naświetlania 0,5 do 1 sekundy – FLAT musi być lekko prześwietlony, zatem histogram zdjęcia powinien znajdować się po prawej stronie. Optymalnym rozwiązaniem jest posiadanie flatownicy i wykonanie tych klatek będąc w terenie, ale pierwsza metoda też wystarczy na początek. Tych klatek wykonuje się trzydzieści.

Podsumowanie

Napęd paralaktyczny to fundament zaawansowanej astrofotografii. Choć jego użycie wymaga nauki i cierpliwości, efekty są spektakularne. Dzięki niemu możliwe jest uchwycenie Drogi Mlecznej w sposób niedostępny dla zwykłego statywu, z bogactwem detali, głębią i czystością obrazu.

Podczas sesji wykonuje się pięć rodzajów klatek:

• klatki podstawowe – niebo (LIGHTy),
• klatki pierwszego planu,
• DARKi,
• BIASy,
• FLATy.

To wszystko może wydawać się skomplikowane, ale tak nie jest. Nie zmienia to faktu, że przy poważnych pomysłach dotyczących fotografowania nocnego nieba inwestycja w montaż paralaktyczny jest krokiem, który całkowicie odmieni zdjęcia Drogi Mlecznej. Informacje o składaniu wszystkich wyżej wymienionych części będzie można znaleźć w drugiej części tego artykułu.

Korekta – Tosia Kościelniak, Alex Rymarski