Aparat cyfrowy w astrofotografii - fotografowanie planet

Aparat cyfrowy w astrofotografii
IV. Fotografowanie planet

Tabela 1.
Planeta Rozmiary kątowe Ogniskowa (mm)
Merkury 4,8 – 13,3'' 18920 – 6828
Wenus 10 – 64'' 9082 – 1419
Mars 4 – 25'' 22704 – 3633
Jowisz 31 – 48'' 2929 – 1892
Saturn 15 – 21'' 6054 – 4324

Użycie teleskopów o stosun-kowo niewielkich średnicach (80-120 mm) i powiększeniach (100-200×) pozwala na obserwowanie tarcz planet widocznych gołym okiem. Jeśli jednak chcemy obserwować tarcze Urana i Neptuna, powinniśmy dysponować teleskopem o dużej średnicy (min. 200-250 mm) i powiększeniu wynoszącym około 300-500×. W przypadku Plutona zastosowanie nawet największych amatorskich teleskopów (średnica zwierciadła 350-500 mm) nie umożliwi nam obserwacji jego tarczy. Szczegółowe informacje na temat obserwacji planet, zarówno wizualnych jak i fotograficznych, można znaleźć w wydaniach PORADNIKA OBSERWATORA z roku 2000 (nr 1–6).

Rys.1
Przejście Merkurego na tle tarczy słonecznej F=2800 mm, D=100 mm (MTO-1000), Texp=1/400 s, czułość 100 ASA

Obserwacje fotograficzne/CCD, wykonywane przy użyciu amatorskich teleskopów, pozwalają na zarejestrowanie tarcz planet o największych kątowych rozmiarach na niebie, czyli Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna. Jednak aby uzyskać wyraźne obrazy tych planet, powinniśmy użyć bardzo długich ogniskowych, które na ogół są osiągane za pomocą projekcji okularowej. Jeśli założymy, że tarcza planety powinna mieć takie same rozmiary na kliszy/matrycy CCD jak Księżyc w pełni fotografowany obiektywem standardowym (f=50 mm), czyli około 0,44 mm, to wartości wymaganych ogniskowych wyniosą od kilku do kilkunastu metrów (tabela 1).

Rys.2
Jowisz: F= 1500 mm, D=100 mm (MTO-1000), Texp=1/8 sek, czułość 400 ASA

Należy jednak podkreślić, że średnica tarczy wynosząca 0,44 mm jest wartością bardzo małą i jeśli chcielibyśmy zaobserwować detale na powierzchni planet, to powinniśmy powiększyć rozmiary obrazów tarcz planet do 1–3 mm, a to oznacza, że podane w tabeli wartości ogniskowych należałoby zwiększyć od 2 do 7 razy. Jednak należy pamiętać, że widoczność szczegółów jest uzależniona nie tylko od ogniskowej, ale także od stanu ziemskiej atmosfery i dokładności prowadzenia teleskopu.

Każdy, kto próbował obserwować i fotografować planety, wie, że nawet najlepsze zdjęcie nie odda tylu szczegółów, ile można zaobserwować bezpośrednio przez okular. Wynika to z faktu, że atmosfera ziemska jest w ciągłym ruchu, co prowadzi do „rozmywania” obrazu (tzw. seeing). Zatem im dłuższych czasów ekspozycji będziemy używać, tym gorsze uzyskamy rezultaty. Z drugiej strony, jeśli używamy teleskopów o średnicach rzędu 100–150 mm i efektywnych ogniskowych około 10000 mm, to kilkusekundowe czasy ekspozycji są nieuniknione. Wynika z tego, że należy szukać kompromisu pomiędzy wielkością obrazu na kliszy/CCD, a długością czasu ekspozycji. Oczywiście czas ekspozycji można znacznie skrócić, stosując filmy o wysokiej czułości (400–1600 ASA), jednak ceną, jaką się płaci, jest duże ziarno znacznie obniżające rozdzielczość obrazu i co się z tym wiąże, także widoczność detali na tarczach planet.

Rys.3
Saturn: F=1500 mm, D=100 mm (MTO-1000), Texp=1/8 sek, czułość 400 ASA

Innym czynnikiem, który istotnie wpływa na jakość zdjęć, jest dokładność prowadzenia teleskopu. Nawet najmniejszy błąd, kompletnie niezauważalny w przypadku użycia ogniskowych 135–300 mm, przy ogniskowych około 10000 mm może całkowicie zniweczyć nasze wysiłki. Należy dodać, że w celu zapewnienia dostatecznie dokładnego prowadzenia teleskopu powiększenie celownicy powinno być nie mniejsze niż około 200–300×. Jeśli jednak nie posiadamy dostatecznie dokładnego mechanizmu zegarowego lub mikroruchów, możemy także fotografować planety przy nieruchomym teleskopie. Takie rozwiązanie eliminuje możliwe błędy prowadzenia teleskopu, jednak ogranicza dostępne czasy ekspozycji. W przypadku planety znajdującej się na deklinacji równej zero stopni i ogniskowej wynoszącej 10000 mm najdłuższy czas ekspozycji, przy którym obraz planety nie jest jeszcze „poruszony”, wynosi około 1/20 sekundy. Jeśli powyższą ogniskową uzyskamy na teleskopie o średnicy 100 mm (np. MTO-1000), to okaże się, że wymagany, do prawidłowego naświetlenia, czas ekspozycji dla filmu o czułości 400 ASA w przypadku Jowisza wyniesie niespełna 1 sekundę. Użycie takiego czasu ekspozycji spowoduje, że na zdjęciu zobaczymy nie tarczę planety, a rozciągniętą plamkę. Zatem jeśli chcemy fotografować nieruchomym teleskopem, powinniśmy zmniejszyć efektywną ogniskową na tyle, aby uzyskać wyraźny obraz tarczy planety. Dla powyższego przykładu (MTO-1000, 400 ASA, δ = 0) maksymalna wartość ogniskowej w przypadku Jowisza wyniesie 3780 mm, a dla Saturna 2620 mm. Jednak takie ogniskowe dadzą stosunkowo małe rozmiary tarcz obu planet: 0,57–0,88 mm i 0,19–0,27 mm odpowiednio. Ponadto jeśli uwzględnimy rozmiary ziarna filmu o czułości 400 ASA, okaże się, że fotografując na kliszy nieruchomym teleskopem, uzyskamy mało wyraźne zdjęcia tarcz obu planet. W takim przypadku obiecującym detektorem staje się matryca CCD, która daje zdecydowanie lepszą rozdzielczość niż klisza fotograficzna. Aby przetestować możliwości, jakie na tym polu prezentują kompaktowe aparaty cyfrowe, postanowiłem użyć popularnego obiektywu MTO-1000 wraz z aparatem Olympus Camedia C-4000 Zoom (fob = 6,5–19,5 mm). W celu osiągnięcia odpowiednich ogniskowych zastosowałem projekcję okularową (fok = 25 mm, φok = 30 mm) wraz z telekonwerterem (), który był mocowany pomiędzy obiektywem a okularem. Dzięki temu, że odległość pomiędzy telekonwerterem a okularem mogła być zmieniana, można było uzyskiwać różne powiększenia (efektywne ogniskowe) bez wymiany okularu. Warto przypomnieć, że średnica okularu powinna być porównywalna lub większa od średnicy obiektywu aparatu, który musi być tak zamocowany, aby odległość pomiędzy przednią soczewką obiektywu aparatu a tylną soczewką okularu nie przekraczała 2–5 mm. Zanim wykonamy zdjęcie, pamiętajmy, aby w aparacie wyłączyć autofocus i lampę błyskową, ogniskową ustawić w pozycji maksymalnej, a ostrość na . Zmiana czułości matrycy, w przeciwieństwie do kliszy fotograficznej, nie pociąga za sobą spadku rozdzielczości, a zatem możemy wybrać największą dostępną czułość. Tak przygotowany sprzęt mocujemy na stabilnym statywie fotograficznym lub montażu teleskopu ustawiamy go w kierunku wybranej planety. Prezentowane zdjęcia Jowisza, Saturna i Merkurego (podczas przejścia na tle tarczy Słońca) stanowią potwierdzenie tezy, że interesujące zdjęcia planet mogą być wykonywane przy pomocy teleskopów o niewielkich średnicach.

Wiesław Skórzyński
(Źródło: „Urania — PA” nr 4/2003)