Любительская астрофотография

Первый фотоснимок ночного светила был сделан в 1840-м году Джоном Уильямом Дрейпером (John W. Draper) Он сфотографировал Луну с помощью 13-сантиметрового телескопа-рефлектора. Для справки, первое закреплённое фотоизображение получили лишь восемнадцатью годами ранее, в 1822-м году, но оно не сохранилось, поэтому первой фотографией считается «Вид из окна» Жозефа Ньепса в 1826г.
moon


 Астрономы получили первую успешную фотографию редкого полного солнечного затмения. Фотография была сделана в Кёнигсбергской (наст. Калининград) обсерватории 28 июля 1851 года.
10 55a0e9f57b1fed3e1f42636ec853e7a5
Фото Туманности Ориона, 1875 год. U. S. Naval Обсерватория в Вашингтоне. (United States Navy)
8 c22c7e79880101fb737d70a2af87e1fb
Туманности Орина, снятое астрономом-любителем из своего сада в 1883 году. Автор: MR. A.A. Common.
9 18c39c477a7233060990964b5234d3ef


Сюжеты астрофотографии:


Ночные пейзажи (земная поверхность + луна, звезды, млечный путь, полярное сияние…)

Солнечная система (луна, планеты со спутниками, солнце, кометы)

Дипскай (DeepSky) - Глубокий космос (туманности, галактики, звездные скопления)

Использование Астрофотографии

- Научные цели (поиск, съемка комет и астероидов / вспышки сверхновых звезд / поиск экзопланет / фотосъемка метеорных потоков...)

- Эстетика
Личное портфолио / выставки
Покадровая съемка (timelapse)
Конкурсы
Интерактивные панорамы 360 градусов / Изображение для планетария
Публикация в журналах, статьи

Наши Астро Пейзажи
beginning of_observations_silantyeva_valeriya DSC94401 DSC1554altai nightzodiacal light silantyeva valeriya DSC3770
Оборудование для съемки ночных пейзажей


- Тяжелый штатив
- Фотокамера (желательно зеркальная с ручными настройками)
- Широкоугольный Объектив (желательно стеклянные линзы)

Модернизация

- Фотокамера с ручными настройками. (Выдержка, с учетом фотоаппарата и объектива, максимально большая для четкости фотографии.)
- Пульт – таймер или встроенный таймер в камеру.
- Экваториальная монтировка или часовой механизм слежения за звездами
- Фильтр от засветки.


Карта Засветки

zasvetka

Нужно выбирать темные места, вдали от световой засветки. Для начала подойдет зеленая зона, но лучше серую область засветки выбирать. На примере карты Москвы показана насколько далеко продвинулась засветка.  Эта карта всего мира сделана летом 2016.  Карта http://cires.colorado.edu/artificial-sky#collapseOne
0 79658_e22e77f1_XL

На этой картинке наглядно изображена видимость звезд на засвеченном небе. Слева направо: центр города, спальные микрорайоны, пригород, сельская местность, идеально чистое от светового шума небо.



Засветка, на что она влияет

milky krim12На этой фотографии внизу вы видите желто-оранжевую полосу - это проявилась засветка. Если есть рядом город, то засветка проявляет очень хорошо на водяных каплях в атмосфере, облаках, на тумане. Вот так засветка портит кадры. А над ней зеленая полоса - это собственное свечение атмосферы. Оно присутствует почти всегда на фотографиях. Бывает или зеленое или красное. Проявляется на фотографиях, которые были сделаны с правильным баланс белого.  Небо в идеале должно выглядеть как на другой фотографии внизу. Эти две фотографии были сняты в разных местах и в синих-голубых зонах засветки, но на первой фотографии был достаточно близко крупный город, который дал такую засветку. На этих двух фотографиях была длинная, почти одинаковая выдержка. Верхний кадр - 255сек, нижний 301 сек. И  достаточно ярко заметно, где есть засветка, а где её нет. С засветкой очень трудно редактировать кадр, часто получаются не естественные цвета и другие цвета, где они не должны быть.  От засветки практически не избавится, потому что единственное решение уехать далеко от любого населенного пунка, даже деревни на 100 - 200 км ( от деревни можно на 20 км), тогда может хоть засветка будет минимальной. 
 DSC94401

Как избавиться от засветки?

1. Фотографировать только в темных местах.


2. Если не получается фотографировать в темном месте, можно воспользоваться Фильтром от засветки, но в засвеченном месте (в городе) он ничего не изменит. 

Фильтр отсекает свет, исходящий от искусственного освещения городских улиц (ртутные, натриевые, газозарядные лампы) и пропускает только свечение звёздных тел. Кому-то фотографии нравятся с фильтром, кто-то говорит: Фильтр цвет меняет и портит общую картинку. Это уже Вам решать. Но большая часть всех наши фотографии далекого космоса сняты вместе с ним. 

Astronomik CLS_EOS-Clip_35269117fb6f98
Можно выбрать любой вариант: Клипса с фильтром, которая крепится в фотоаппарат  или обычный фильтр с резьбой на объектив. Клипса лучше, так как можно использовать разные объективы, а не покупать к каждому объективу фильтр. Но клипса и дороже.

Для примера

Фотография с фильтром от засветки в сине-зеленой зоне.

cerdce sait

Фотография без использования фильтра от засветки в серой зоне или сине - серой.

ic1396small

Разницу мы не видим, на детализацию снимка больше влияет сама атмосфера (Сухо или влажно, есть дымка или хорошая прозрачность, как далеко находятся источники засветки). Трудно сравнивать эти 2 снимка, тут разные модели Canon, разные объективы Nikkor и немного разная общая выдержка, но все равно очень близко. А вот съемка без фильтра в засвеченной зоне будет ощущаться ярко. Снимок будет не таким ярким, будет сильная градация оттенков фона. Часть фона будет зеленая или синия. Но фильтр не спасет в сильно засвеченной зоне. В белой зоне вообще нет смысла снимать даже с фильтром. Хоть и фон ровный, но картинка скучная будет без туманностей , без большого количества звезд.

По нашим ощущениям фильтр от засветки лишь делает темнее объектив по светосиле и из-за этого надо больше набирать сигнал. Но на цвет фона, туманностей, звезд никак не влияет

Еще для примера сняты 2 одиноковых кадра с одинаковыми параметрами. 50 мм объектив, 30 сек. Первый кадр без фильтра от засветки, второй - с фильтрами. Это одиночные кадры, не обрабатывались никак, Jpeg.

 DSC8892

 DSC8893
Хоть цвет второго кадра синее и темнее, но при обработке баланс белого легкого меняется.
Максимальная выдержка


Максимально большая выдержка для получения большого количества света на матрице.  Итог - красочное фото с деталями.

Строение глаза чем-то похоже на строение матрицы объектива.
stroenie
Свет от космических объектов приходит в зрачок, потом переходит на сетчатку и уже обрабатывается мозгом.  Процесс происходит довольно быстро и поэтому мы много не можем увидеть. Экспозиция кадра нашего глаза, наверно несколько секунд.

Screen Shot_2014-11-21_at_17.24.04_copy-original
Фотоаппаратом можно снимать сколько угодно. Экспозицию (Выдержку) можно поставить  15 сек или 15 мин. А так же большое количество кадров можно сложить в астропрограммах и получить детальное изображение с экспозицией 20 часов или 130 часов и т.д.


Разница в экспозиции: 2 кадра: первый - 25 сек - млечный путь менее проработан, на кадре больше шумов и обработать такой маленький сигнал очень тяжело. Второй - 301 сек - млечный путь лучше проработан, цветовых деталей больше

 DSC9443 DSC94401Чем больше выдержка, тем лучше.
 DSC9445 А вот так мы видим своими глазами. Достаточно серый и скучный пейзаж. Мы не ночные существа и наш глаз приспособлен для дневного освещения. Мы не видим цветную картинку ночного неба, лишь можем разлечить цвет звезд и планет.

Что нужно еще знать!

1. Максимальное позволительное ISO. ISO – это светочувствительность фотокамеры к свету. Чем выше ISO, тем выше светочувствительность, а также и шумы. Нужно Вам найти золотую середину, каждая марка фотоаппарата отличается размером матрицы.

2. Открытая диафрагма. Чем больше открыта диафрагма, тем больше света попадет на матрицу. 

3. Съемка в Raw формате. Raw- считается "сырым" кадром. Он лучше поддается обработке, чем jpeg. 

4. Обработка фотографии в программах:  Lightroom,  Photoshop и т.д.

5. При съемки ночных пейзажей и других объектов глубокого космоса бывают трудности при наведении на бесконечность. У каждой марки объектива настоящая бесконечность не всегда бывает на отметке бесконечность. Она может быть раньше и дальше отметки. Надо пробовать и запоминать, где именно на вашем объективе находится бесконечность. Но бывает бесконечность находится дальше отметки бесконечности, а прокрутить дальше отметки бесконечности нельзя на данном объективе, к сожалению такой объектив не подойдет вообще для съемки ночных пейзажей и далекого космоса. А также ваш объектив может не годится из-за геометрической аберрации или большой комы (звезды становятся не круглыми точками, а птичками) и еще хроматической аберрации ( звезды и объекты с разных сторон имеют то синие, то красные ореолы)

Наше оборудование

-Штатив Slick
-Nikon D 5000
-Объектив: Samyang 14 мм
-Ик пульт
-нано трекер Sightron nano.tracker

Съемка Ночных пейзажей

1. Установить штатив неподвижно

2. Поставить на штатив камеру с объективом

3. Выбрать сюжет

4. Поставить максимальное приемлемое ISO. Мой вариант: от 800 до 3200 в зависимости от засветки.

5. Поставить максимальную выдержку. Мой вариант от 25 сек до 3 мин в зависимости от засветки и сюжета.

6. Открыть максимально диафрагму. Мой вариант 2,8

7. Сделать пару снимков / поставить на таймер – если это для ролика.


Солнечная система
Про съемку объектов солнечной системы я не буду подробно описывать, так как не сильно осваивали этот метод съемки. Сказать одно могу, что нужно немного другое оборудование. Съемка производится с помощью уже веб камеры, так как планеты и спутники очень быстро движутся.

Солнечная система:

-Луна, планеты и их спутники

Самый простой метод съемки Луны и планет - это съемка 1 кадра в Raw формате и его обработки в обычном Photoshope. Снимок таким способом Луны еще может быть четким без увеличения деталей, а вот планеты уже нет.  Наш снимок луны:

 DSC6234 451

Телеобъектив МТО 1000а + конвектор 2-х, Nikon d 5000, штатив. 
Обязательно снимайте и наблюдайте объекты космоса на улице, если снимать с балкона или из окна, то картинка будет более мутной из-за теплых потоков от дома. Пример Луны с балкона с таким же оборудованием. Заметно уже мутнее
z 485b3ed7

Откуда Луна цветная? На самом деле она цветная. Каждый цвет принадлежит какому-нибудь минералу на Луне. Получить цветной снимок может любой из Вас. Нужно снять Луну в Raw формате на зеркальную камеру, сделать баланс белого  близко к серому цвету и в Photoshope усилить цвета с помощью Hue / Saturation. И все. Дальше на ваш выбор, по - ярче, по - контраснее. Наш глаз не способен увидеть такие цвета на Луне, как и не способен ,почти, увидеть цвета туманностей и галактик. У нас зрение настроено на дневное освещение.



-Солнце

Самый простой  и дешевый способ съемки Солнца - считается съемка с затемненным фильтром. Подойдет специальный солнечный затемняющий или ND фильтры. НА СОЛНЦЕ СМОТРЕТЬ ЧЕРЕЗ ТЕЛЕСКОП ИЛИ БИНОКЛЬ БЕЗ ФИЛЬТРОВ НЕЛЬЗЯ! Через секунду вы можете ослепнуть навсегда. При таком способе съемки Солнце будет желтоватым шаром без протуберанцев, солнечного ветра и т.д. Отобразятся лишь только солнечные пятна. 
Наш снимок - прохождение Меркурия по диску Солнца 9 мая 2016г. Было наложение кадров для показа пути Меркурия по диску Солнца. Увеличение 800 мм (400 мм + конвертер 2-х, кроп) с использованием ND фильтров 1000 + 100
QGExAivL nE

Второй способ съемки Солнца - очень дорогостоящий. Нужно приобрести сам солнечный телескоп Coronado или специальный набор солнечных фильтров Coronado: затемнящих и Ha фильтров для вашего обычного телескопа. 

Пример фотографии с сайта Coronado
26

-Кометы - технику съемки я бы переместила в раздел Глубокий космос. 


Глубокий космос


1.Туманности. Участок межзвёздной среды, выделяющийся своим излучением или поглощением излучения на общем фоне неба.

2. Галактики. Гравитационно-связанная система из звёзд и звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, и тёмной материи.

3. Звездные скопления. Гравитационно-связанная группа звёзд, имеющая общее происхождение и движущаяся в гравитационном поле галактики как единое целое. Некоторые звёздные скопления также содержат, кроме звёзд, облака газа и/или пыли.

Оборудование

-Любительское оборудование. ( Оборудование, которые Вы свободно можете купить)

-Государственная обсерватория 

-Частная обсерватория. Любители астрономии устанавливают на  участке земли маленькие здания в виде купола. В этих зданиях находятся телескопы. 

-Любителям предоставляется время съемки на гос и частных обсерваториях. Вы можете договорится с кем-то и удаленно поснимать.

-Астрофермы  Люди выкупаю или арендуют участок земли, занимаются сельским хозяйством. На территории делают несколько зданий обсерватории и сдают время съемки желающим как удаленно, так и приехавшим туда поситителям.



Любительское оборудование


1. Экваториальная монтировка или часовой механизм  слежения за звездами

2. Телескоп + фотоаппарат или телескоп + ПЗС матрица, или фотоаппарат + телеобъектив, или телеобъектив+ПЗС матрица

Модернизация

- Гидирование + Компьютер.   Это не обязательно, но Вы сможете наводиться на объект автоматически, не ища его на небе, и у Вас будет автоматическое слежение за объектом во время съемки.

- Переделка основного фильтра фотоаппарата IR blocked на фильтр, пропускающий водород.

- Фильтры узкополосные

- Фильтры от засветки



Зачем нужна экваториальная монтировка и наведение на полюс мира?

Все объекты дальнего космоса движутся относительно неба и, что самое важно, земля движется вокруг своей оси. Планеты, спутники и кометы движут намного быстрее, чем далекие галактики и звезды относительно Вас.  На первый взляд это не заметно, но если вы будите снимать 10, 30 мин вы заметите смаз звезд. Звезда прочертит на кадре длинный трек.  Для того, чтобы было четкое изображение и больше деталей надо снимать долго по времени на эваториальной монтировке.  Этот процесс выглядит на подобии циркуля. Одним концом, визуально, вы настраиваетесь на один из двух полюсов мира ( в северном полушарии - северный полюс мира находится рядом с полярной звездой/ также в южном полушарии - южный полюс мира, но там нет, к сожалению, близко звезд для навигации) с помощью искателя полюса. Вторым концом Вы направляете фотоаппарат на объект съемки. И как бы визуально циркулем прочерчиваете  часть окружности. Таким способом Вы можете снимать часами.


Startrails0468



На самом деле Северный полюс мира находится почти в 1° от Полярной звезды. Рисунок: Rogelio Bernal Andreo/Большая Вселенная
Severny-j-polyus-mira


Наше оборудование для съемки глубокого космоса

Часовой механизм Аstrotrac

Штатив тяжелый

Фотокамера Canon 350Da

Объектив Nikkor 80 - 400мм 

Искатель полюса

Батарейный блок

Штатный фильтр заменен на фильтр пропускающий водород

Фильтр клипса Astronomic от засветки

Коллиматорный прицел

Пульт таймер



Зачем нужно менять штатный IR – фильтр?


Цифровые фотоаппараты со штатным IR-фильтром имеют плохое пропускание в водороде. В основном в астрофотографии снимают туманности, а они как раз с большим количеством водорода. Можно не менять и оставить как есть с основным фильтром в фотоаппарате, но вам придется в разы больше накапливать сигнал и снимать в очень темных местах. Поэтому увлекаясь съемкой туманностей обязательно нужно менять фильтр. Для любителей ночного пейзажа, это не обязательно. Но если уже переделан фотоаппарат и снимаете пейзаж с млечным путем , то будут красиво проявлятся туманности. Кадр выше моего пейзажа с млечным путем 301 сек, снимался на обычный не переделанный фотоаппарат и проявилась в левом верхнем углу водородная туманность "Северная Америка". Проявилась она, так как это было достаточно темное небо без засветки.

Стандартный заводской фильтр блокирует сигнал от туманностей. Для этого нужно заменить IR-фильтр, который имеет почти полную передачу водорода. 

После переделки, ваш фотоаппарат будет исправно фокусироваться , Вам только нужно будет вручную регулировать баланс белого для дневной съемки.

98825587 w640_h640_2SersorRemoved
Вот так выглядит фильтр. Замена IR фильтра перед матрицей. Этот технический процесс Вы можете сделать сами. Любитель обычно справляется с данным процессом за 2-4 часа, а специалист успеет за 1 - 1,5 ч.


Фотоаппарат или ПЗС-Камера?


ПЗС камеры:

1. Черно- белые. Чёрно-белые ПЗС камеры часто имеют пространственное разрешение на 20% выше, чем цветные ПЗС камеры, потому что не требуется интерполяция пикселей. Благодаря отсутствию на сенсоре фильтра Байера, чёрно-белая камера более чувствительна, чем цветная, особенно в инфракрасной и ультрафиолетовой области спектра.

Чтобы получить цветное изображение используют Фильтры. Самые популярные 3 фильтра: Ha, O, S. Обычно снимают в RGB канале, На – водородный, O – кислород, S – сера. 

2. Цветные. Она стоит  дороже  и проще в использовании.

ПЗС камеры, в отличии от фотоаппарата,  имеют свое охлаждение или термостабилизированны, соответственно и шумов у них меньше.



Узкополосные фильтры

14545-l 1
               водородный                            кислородный                          сера


Узкополосные светофильтры пропускают свет только в определенном диапазоне, поглощая при этом более длинные и более короткие волны.  Можно приобрести как фильтры на объектив, так и клипсы-фильтры.

Популярные фильтры для астрофото:

H-АЛЬФА ФИЛЬТРЫ - пропускает водород

OIII-ФИЛЬТРЫ - пропускает кислород

SII-ФИЛЬТРЫ – пропускает серу и другие тяжелые элементы.

С такими фильтрами почти не страшна засветка. Даже при съемке днем немного видны звезды.  Но как всегда лучше снимать даже с такими фильтрами в темных местах.

Пример фотографии с использованием 3 фильтров и обработка в хаббловской палитре
123
Автор: Лоранд Феньес

Он фотографировал 23 кадра x 1800с в фильтре Ha,   11 кадров x 900с в фильтре OIII и 17 кадров x 900с в фильтре SII. Потом все эти кадры сложил в астрономических программах. Каждый фильтр показывает цветом, где находится определенный элемент (водород, кислород и т.д.)  Время экспозиции - 20 часов

А вот наш более скромный кадр этой же туманности  IC 405 и IC 410  в созвездии Возничего.  Снят кадр в обычном RGB режиме и всё время экспозиции 65 мин.  При съемке были еще плохие погодные условия: оранжевая зона засветки, водная дымка от моря, бегующий луч прожектора от города по небу, почти полная луна.

sigg40 sait



Световой год

Световой год - внесистемная единица длины, равная расстоянию, проходимому светом за один год. то есть за 365 дней. 

1 световая секунда = 299 792,458 км ~ 300 000 км

1 световая минута ≈ 18 млн км

1 световой час ≈ 1079 млн км

1 световые сутки ≈ 26 млрд км

1 световая неделя ≈ 181 млрд км

1 световой месяц ≈ 790 млрд км

1 световой год ≈ 9 460 800 000 000 км.



Среднее расстояние до Луны равно 380 000 км. Свет от Земли до Луны идет 1,3 секунды.

Среднее расстояние от Солнца до Плутона приблизительно равно 5 световым часам.

Ближайшая к нам звезда, Проксима Центавра, расположена на расстоянии 4,2 св. года.

Центр нашей Галактики находится на расстоянии приблизительно 26 000 световых лет от Солнца.

Диаметр диска нашей Галактики — 100 000 световых лет.

Ближайшая к нам спиральная галактика M31, знаменитая галактика Андромеды, удалена от нас на 2,5 млн световых лет.

Все, что мы видим на небе и фотографируем - это прошлое. Такого объекта может уже и не быть, так как свет идет определенное время. Все изменения, которые произошли сейчас в каком - либо объекте могут до нас не дойти в виде фотонов. 

Съемка Глубокого Космоса (наш метод)


1. Установили штатив с направлением одной из ног в сторону севера, поставили на него: часовой механизм, камеру, объектив, установили все провода.

2. Через искатель полюса навились на "точку" около полярной звезды (полюс мира), включили Astrotrac.

3. Выбрали объект по карте, нашли этот объект на небе. Приблизительно навелись через калиматорный прицел.

4. Запустили Astrotrac в режим слежения за звездами.

5. Делаем пробные кадры на 80 мм. Съемка 1 кадра несколько минут. Объект проявился. Выбираем композицию. Увеличиваем фокус, настраиваем резкость.

6. Начинаем фотографировать серию фотографий с экспозицией 1, 3 или 5 минут.

7. Делаем калибровочные кадры: дарки, флэты и биасы. ( как это делать правильно написано здесь )

дарки – кадры с закрытой крышкой, при том же ISO, что и лайты(наши кадры туманностей,.....). (от шумов при длительных экспозициях)
флэты – кадры сделанные при помощи лайтбокса при минимальном ISO (от виньетирования, пыли на матрице)
биасы – кадры с закрытой крышкой, минимальная выдержка,ISO как в обычных кадрах. (от шумов самой матрицы)

8.Обработка всего материала в астрономических программах: Iris/MaximDL, Fitstacker и в конце Photoshop.

Наши фотографии в RGB
orion3 sait2
america saitedinorog small
m 20rosetka small_
pleiades sait
ic1396smallnoth america

Одиночный кадр

Так выглядит одиночный кадр участка млечного пути в созвездии орла. 1 кадр - 3 мин.  Серый, плохо проявленный млечный, да и еще самолет прочертил полосу.
odinoch kadr
Но для астропрограмм, а именно тут использовалось DSS, это не помеха. Главное наснимать побольше кадров и технических кадров для хорошего снимка. Ниже показана фотография уже после всех манипуляций 
cd xAcOeDXU
Идеальное астрофото


1. Ясное небо: без тумана, без влажности, без облаков, без ветра, без засветки.

2. Серая зона засветки, как можно дальше от городов.

3. Идеальная работа астрооборудования

4. Выбирать наиболее яркий объект для съемки, особенно это правило годится для начинающих.

5. Как можно больше часов экспозиции.

6. Большой опыт в обработке кадров.