Αστροφωτογραφία Βαθέως Ουρανού

Transcript

1

2 Αστροφωτογραφία Βαθέως Ουρανού Ως Αστροφωτογραφία βαθέως ουρανού ορίζουμε την φωτογράφιση αντικειμένων έξω από το ηλιακό μας σύστημα, όπως Νεφελώματα, Γαλαξίες και Αστρικά σμήνη. Τα αντικείμενα αυτά βρίσκονται σε τεράστιές, για τα καθημερινά μας δεδομένα, αποστάσεις που κυμαίνονται από εκατοντάδες χιλιάδες χιλιόμετρα έως εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Η φωτογράφηση τους είναι μια δύσκολη υπόθεση γιατί υπό ιδανικές συνθήκες απαιτεί : 1. Ανέφελο ουρανό 2. Σκοτεινό ουρανό 3. Μεγάλο υψόμετρο 4. Χωρίς υγρασία & ισχυρούς ανέμους 5. Στήσιμο πολύπλοκου εξοπλισμού 6. Μεγάλους χρόνους έκθεσης 7. Ελεύθερο χρόνο για ξενύχτι Ένας αρκετά δύσκολος συνδυασμός που τελικά τον πετυχαίνεις ελάχιστες ημέρες τον χρόνο. Αστροφωτογραφία βαθέως Ουρανού μέσα από την πόλη Φαρμακόπουλος Αντώνης

3 Ο Αστερισμός του Ωρίωνα από σκοτεινό ουρανό και από περιοχή με φωτορύπανση Αστροφωτογραφία βαθέως Ουρανού μέσα από την πόλη Φαρμακόπουλος Αντώνης

4

5

6 Κατά την φωτογράφιση 1. Αντιμετώπιση τοπικής φωτορύπανσης 2. Επιλογή καταλληλότερου εξοπλισμού & στόχων 3. Υπολογισμός μέγιστου ωφέλιμου χρόνου υποέκθεσης ανάλογα τον εξοπλισμό - ουρανό 4. Φίλτρα φωτορύπανσης (LPR Light Pollution Reduction) 5. Φίλτρα στενού Φάσματος (Narrowband Hα, Hβ, Sii, Oiii) Κατά την επεξεργασία 1. Αντιμετώπιση ανομοιόμορφου φωτισμού (gradient) λόγω τοπικής φωτορύπανσης 2. Σύνθεση φωτογραφίας με την Παλέτα του Hubble Space Telescope 3. Σύνθεση τύπου Broadband φωτογραφίας με φίλτρα Narrowband (bicolor) 4. Σύνθεση φωτογραφίας με Συνδυασμό Narrowband & Broadband φίλτρων

7 Η τοπική φωτορύπανση κάνει μεγάλη ζημιά λόγω του ανομοιόμορφου φωτισμού. Προέρχεται από πηγή φωτός κοντά στο σημείο φωτογράφισης όπως μια λάμπα δημόσιου φωτισμού, τα φώτα του γείτονα Η Τοπική φωτορύπανση από τον φωτισμό της Εθνικής οδού Αθηνών Κορίνθου κάνει μεγαλύτερη ζημιά από την φωταύγεια της πόλης στο αστεροσκοπείο του Άγγελου Κεχαγιά λίγο έξω από την Κόρινθο.

8 1. Κατασκευή Αστεροσκοπείου με Θόλο 2. Κάλυψη της Φωτεινής πηγής 3. Παράκληση στον γείτονα ή στον Δήμο για αντικατάσταση της λάμπας π.χ. με λάμπα τύπου Νατρίου Τοπική Φωτορύπανση έξω από το Mauna Keratea Έβαλα καπέλο στην ΔΕΗ Έκθεση 15 sec έξω από τον θόλο Philips High Pressure Sodium lamp Έκθεση 15 sec μέσα από τον θόλο

9 Ένας τοπικός τεχνητός φωτισμός κάνει ζημιά στην φωτογραφία μας ακόμη και σε σκοτεινό ουρανό.

10 Επιλογή καταλληλότερου εξοπλισμού & στόχων 1. Επιλογή τηλεσκοπίου Επιλέγουμε ένα μεσαίας ταχύτητας (f ratio) τηλεσκόπιο π.χ. f6-f8 και μικρής έως μεσαίας εστιακής απόστασης ( mm). 2. Επιλογή Κάμερας Προτιμούμε μονόχρωμη CCD από DSLR ή έγχρωμης CCD λόγω μεγαλύτερης ευαισθησίας και καλύτερη απόκριση στην χρήση Narrowband φίλτρων. 3. Επιλογή στόχων Προτιμάμε σχετικά εύκολους στόχους όπως Αστρικά σμήνη, Νεφελώματα εκπομπής πλούσια σε Υδρογόνο, Φωτεινούς Γαλαξίες και αποφεύγουμε τα νεφελώματα ανάκλασης που χρειάζονται μεγάλους χρόνους έκθεσης ακόμα αι σε σκοτεινούς ουρανούς. 4. Επιλογή Φίλτρων Φίλτρα LPR + στενού Φάσματος (Narrowband) όλα με IR Blocked Το σφαιρωτό Αστρικό σμήνος Μ92 από την Κερατέα Αττικής με υποεκθέσεις των sec.

11 Υπολογισμός μέγιστου ωφέλιμου χρόνου υποέκθεσης Η Αστροφωτογράφιση αντικειμένων βαθέως ουρανού απαιτεί μεγάλους χρόνους έκθεσης που κυμαίνονται συνήθως από 2-30 λεπτά. Δυστυχώς ο χρόνος αυτός πρέπει να περιορίζεται αναγκαστικά λόγω της φωτορύπανσης. O μέγιστος ωφέλιμος χρόνος υποέκθεσης είναι ο χρόνος λήψης που μπορούμε να κάνουμε ώστε το σήμα που καταγράφεται να μην υπερκαλύπτεται από άλλες πηγές φωτός και να είναι διαχειρίσιμο στην φάση της επεξεργασίας. Ο χρόνος αυτός εξαρτάται από πολλούς παράγοντες όπως την ποιότητα του ουρανού, το gain και το read out noise της κάμερα μας, από τον εστιακό λόγο του τηλεσκοπίου (f) και από το binning (Δυνατότητα της κάμερας για Ομαδοποίηση ενός αριθμού Pixel σαν να είναι 1) με το οποίο θα κάνουμε τις λήψεις.

12 Υπολογισμός μέγιστου ωφέλιμου χρόνου υποέκθεσης Ένας εύκολος και αξιόπιστος τρόπος είναι να βρούμε τον μέγιστο ωφέλιμο χρόνο λήψης είναι μία εφαρμογή υπολογισμού του στο αστρονομικό site της Starizona Πρώτα τραβάμε μία δοκιμαστική λήψη π.χ. 3 λεπτών με το φίλτρο, binning που θέλουμε να φωτογραφίσουμε και μετράμε την τιμή της φωτεινότητας από το background σε σημεία που δεν υπάρχει σήμα. H τιμή αυτή μετριέται σε ADU (Analog to Digital Unit) και εμφανίζεται στο λογισμικό λήψεων (π.χ. Maxim Dl, Nebulosity). Παίρνουμε τυχαία δείγματα από όλο το πεδίο ώστε να βγάλουμε μια μέση τιμή ADU. Στην εφαρμογή της Starizona επιλέγουμε την κάμερα μας και συμπληρώνουμε τον χρόνο λήψης, την μέση τιμή ADU και το noise readout της κάμερας (από το εγχειρίδιο της κάμερας) και μας υπολογίζει τον μέγιστο χρόνο λήψης. Μια άλλη μέθοδος είναι να υπολογίσουμε εφάπαξ την μέγιστη τιμή ADU του background για την κάμερά μας και βάση αυτής να υπολογίζουμε τον μέγιστο χρόνο λήψης πριν από κάθε φωτογράφιση. Ο τύπος είναι : 9.76 x (r^2 / Gain) H τιμή gain (αριθμός ηλεκτρονίων για την παραγωγή ενός ADU) και r ( read out noise ) είναι τεχνικά χαρακτηριστικά της CCD κάμερας και συνήθως αναγράφονται στο εγχειρίδιο. Παράδειγμα για την QHY9 mono KAF8300 με τιμή read out noise 9 και Gain 0.4 (για gain 0%) ADU υποβάθρου = 9.76 x (9x9) / 0.4 = 1976 ADU. Σε αυτή την τιμή προσθέτουμε τα ADU από το bias frame μέγιστο 1000 ADU, και προσθέσουμε 100 ADU που δίνουν συνήθως τα λογισμικά λήψης (Maxim DL, Nebulosity), άρα τελική τιμή Υποβάθρου σε ADU : = 3176 ADU

13 Φίλτρα φωτορύπανσης (LPR Light Pollution Reduction) Τα φίλτρα φωτορύπανσης γνωστά και ως LPR (Light Pollution Reduction) πρόκειται για φίλτρα που χρησιμοποιούνται για να απομονώσουμε στο βαθμό του δυνατού τα αποτελέσματα της φωτορύπανσης και ταυτόχρονα επιτρέπουν να αυξήσουμε το χρόνο και την ποιότητα των λήψεών μας. Τα φίλτρα αυτού του τύπου απορρίπτουν επιλεκτικά μήκη κύματος φωτός που προέρχονται επί το πλείστον από τεχνητό φωτισμό, και συγκεκριμένα τη γραμμή του υδραργύρου, Νατρίου (sodium), ενώ κόβουν και μεγάλο μέρος της ατμοσφαιρικής φωταύγειας.

14 Φίλτρα φωτορύπανσης (LPR Light Pollution Reduction) Σε ΚΑΜΙΑ περίπτωση δεν αντικαθιστούν τον σκοτεινό ουρανό! Θετικά Αυξάνουν τον χρόνο έκθεσης άρα & το SNR Εvισχύουν το contrast Αρνητικά Αποκόπτουν και μέρος του σήματος (π.χ. σε γαλαξίες που εκπέμπουν σε όλο το ορατό φάσμα) Αλλοιώνουν την χρωματική ισορροπία ( Διορθώνεται στην επεξεργασία)

15 Φίλτρα φωτορύπανσης (LPR Light Pollution Reduction)

16 Φίλτρα φωτορύπανσης (LPR Light Pollution Reduction) Χρωματική ισορροπία με φίλτρα LPR & χωρίς

17 Φίλτρα φωτορύπανσης (LPR Light Pollution Reduction) Η επιλογή του καταλληλότερου φίλτρου και ο τρόπος χρήσης του δεν ήταν δεδομένος. Ευτυχώς ο φίλος ερασιτέχνης Αστροφωτογράφος Άγγελος Κεχαγιάς πραγματοποίησε μια σειρά δοκιμαστικών λήψεων ώστε να εξαχθούν συμπεράσματα. NGC 7380 Wizard Nebula RGB Baader 7x300sec ανά φίλτρο Χωρίς LPR 3500 ADU υποβάθρου Με Lumicon Deep sky LPR 850 ADU υποβάθρου

18 Φίλτρα φωτορύπανσης (LPR Light Pollution Reduction) Μια συγκριτική δοκιμή στο M42 με DSLR Canon 500D, ISO 800 5x120sec. Από αριστερά χωρίς φίλτρο στην μέση με το IDAS της Hutech και δεξιά με το Deep Sky της Lumicon.

19 Φίλτρα φωτορύπανσης (LPR Light Pollution Reduction) Τελικά συμπεράσματα : To Deep sky της Lumicon είναι αρκετά σκληρό αποκόπτει σε μεγάλο βαθμό την φωτορύπανση αλλά αλλοιώνει σε μεγάλο βαθμό τα χρώματα αλλά όπως είδαμε διωρθώνονται εύκολα στην επεξεργασία Ιδανικό για ουρανού με έντονη φωτορύπανση. Το IDAS της Hutech αποκόπτει σε λιγότερο βαθμό την φωτορύπανση αλλά έχει καλύτερη χρωματική ισορροπία Ιδανικό για ουρανούς με μέτρια φωτορύπανση.

20 Broadband (LRGB+ LPR Filter) Sharpless 82 - Βύρωνας 16,5 ώρες έκθεση Θεόδωρος Αραμπατζόγλου Leo Triplet - Καλλιθέα LRGB 22,5 ώρες έκθεση. Θεόδωρος Αραμπατζόγλου

21 Φίλτρα στενού Φάσματος (Narrowband Hα, Hβ, Sii, Oiii) Τέτοια «στενά» narrowband φίλτρα μας επιτρέπουν να απομονώνουμε πολύ συγκεκριμένες και στενές περιοχές του φάσματος. Αν και τα νεφελώματα εκπομπής εκπέμπουν το μεγαλύτερο ποσοστό τους στη γραμμή του υδρογόνου, ένα σημαντικό και ικανό προς καταγραφή μέρος του εκπεμπόμενου φωτός εντάσσεται στην περιοχή του θείου και του οξυγόνου. Χρησιμοποιώντας φίλτρα υδρογόνου (656 nm), οξυγόνου (500.7 nm) και θείου (672.4 nm) ως Red, Green και Blue αντίστοιχα είμαστε σε θέση να καταγράψουμε τις κυρίαρχες ομάδες ιονισμένων αερίων που σχηματίζουν το νεφέλωμα και μπορούμε να συνθέσουμε φωτογραφίες που απομονώνουν και αποδίδουν, αν όχι καλύτερα, τουλάχιστον με διαφορετικό τρόπο και σίγουρα με περισσότερο λεπτομέρεια τη δομή του. Η αντιστοιχία του RGB με τη γραμμή Hα, ΟΙΙΙ και SII, είναι μάλλον αυθαίρετη αλλά εξυπηρετεί τους σκοπούς μας προκειμένου να συνθέσουμε μια έγχρωμη εικόνα και να αναδείξουμε λεπτομέρειες και την κατανομή των στοιχείων στο αντικείμενο. Πρόκειται για τη λεγόμενη παλέτα Hubble, καθώς αυτή η σύνθεση χρησιμοποιήθηκε πρώτη φορά σε λήψεις που έγιναν με το συγκεκριμένο τηλεσκόπιο.

22 Φίλτρα στενού Φάσματος (Narrowband Hα, Hβ, Sii, Oiii) Ηα 35nm Ηα 35nm Oiii 8,5 nm Sii 8 nm Ως μειονεκτήματα θα μπορούσαμε να πούμε α) το μεγάλο κόστος αγοράς, β) συνεργάζονται κυρίως με Μονόχρωμες CCD ( Ιδίως τα SII & OIII), γ) Χρήση κυρίως για νεφελώματα εκπομπής, πλανητικά νεφελώματα. Περισσότερα για τα φωτογραφικά αστρονομικά φίλτρα μπορείτε να βρείτε στο άρθρο του Ηλία Γαλάνη στα αρχεία της Avat :

23 Προσθήκη Φίλτρου Narrowband Ha σε LRGB Ο Γαλαξίας M33 τραβηγμένος από τον Άγγελο Κεχαγιά στην Κόρινθο με φίλτρα LRGB με προσθήκη LPR φίλτρου. Για την αποτύπωση των νεφελωμάτων του γαλαξία έγιναν λήψεις με φίλτρο Υδρογόνου Ha.

24 Narrowband Ha, Sii, Oiii (HST Palette) IC Κακή Θάλασσα Κερατέα Αττικής Lum: Ha Red: Sii Green : Ha Blue : Oiii 20 ώρες έκθεση Φαρμακόπουλος Αντώνης

25 M16 Κόρινθος Lum: Ha + Lum Red: Sii Green : Ha Blue : Oiii 11 ώρες έκθεση Κεχαγιάς Άγγελος M16

26 Bi-color Ha + Oiii NGC Πειραιάς Lum: Ha + Oiii (screen 30%) Red: Ha Green: Ha + Oiii (25%) Blue: Oiii 5 ώρες έκθεση Χονδρογιάννης Ανδρέας NGC 6888 Ακρόπολη Αθήνα Lum: Ha + Oiii (screen 30%) Red: Ha Green: Ha + Oiii (25%) Blue: Oiii 6,5 ώρες έκθεση Καζασίδης Παναγιώτης

27 Αντιμετώπιση ανομοιόμορφου φωτισμού (gradient) To gradient οφείλεται κυρίως στους παρακάτω παράγοντες Την τοπική φωτορύπανσης π.χ. μία λάμπα κοντά στο σημείο φωτογράφισης Στην διαφορά της φωταύγειας του Ουρανού. π.χ. στην νότια Αττική στην Κερατέα έχουμε μεγαλύτερη φωτορύπανση βορειοδυτικά που είναι η Αθήνα και αισθητά λιγότερη προς Νοτιοανατολικά που δεν υπάρχουν μεγάλες πόλεις ( το φαινόμενο εντείνεται όταν υπάρχει υγρασία ) Στην Σελήνη Τρόποι αντιμετώπισης Με ειδικά λογισμικά όπως Gradient x-terminator Photoshop plugin, flatten background με το CCD Stack, Dynamic Background Extraction με το Pixinshigh. Με ψευδοφλάτ από την ίδια την φωτογραφία (επεξεργασία στο Photoshop)

28 Σύνθεση φωτογραφίας στο Photoshop με την Παλέτα του Hubble Space Telescope Luminance = Ha, Red Sii, Green = Ha, Blue = Oiii

29 Σύνθεση τύπου bicolor με φίλτρα Narrowband (bicolor)

30 NGC 2174 Monkey Head Nebula - Σύνθεση σε Hubble Palette

31 M 16 Eagle Nebula Σύνθεση Ηa LRGB Λήψεις RGB από Πάρνωνα & Lum - Ηα από Κερατέα

32 Sh2 249 & IC 443- Σύνθεση σε Hubble Palette