Астрофтография: от советского объектива до автоматизированного управления телескопом12.09.2024 15:00

Привет, Хабр! Меня зовут Евгений Сергеев, я работаю инженером-программистом в АСКОН, а в свободное время увлекаюсь астрофотографией. Именно ей будет посвящена статья. Я не буду затрагивать слишком много технических деталей, поскольку невозможно все охватить в рамках одного материала. Тем более, что на Хабре есть и другие статьи об астрофотографии. Я расскажу о своем опыте: как познакомился с этим увлекательным хобби и как можно начать самому без траты целого состояния.

Что такое астрофотография

Это вид фотографии, предметом съемки которой является ночное небо, объекты Солнечной системы и глубокого космоса. Цели астрофотографии могут быть:

• научные. Изучение процессов и явлений, происходящих во Вселенной, таких как формирование звезд, эволюция галактик и теории о происхождении и развитии Вселенной. Изучение и исследование космических объектов — планеты, звезды, галактики и туманности. Создание каталогов и баз данных;

• исследовательские. Открытие новых и сверхновых звезд, комет, астероидов;

• художественные. Популяризация астрономии, просвещение и восхищение красотой космоса. 

Недостаток человеческого глаза — это невозможность накапливать свет и видеть тусклые объекты. Фотография решает эту проблему, а благодаря развитию цифровых технологий астрофотография стала широко доступной. Это отличная возможность открыть для себя мир астрономии и узнать космос поближе, запечатлеть его красоту и разнообразие удаленных объектов природы.

Как я заинтересовался и пришел к этому увлечению

В детстве в домашней библиотеке было много книг, в том числе по разным наукам. Особенно нравились учебники по физике, астрономии и книги из разряда «Занимательная Физика» и «Астрономия». У дедушки была пара советских подзорных труб, и я иногда пробовал наблюдать через них Луну, Юпитер и Сатурн. Но рядом в окружении не было таких же увлекающихся людей и Интернета, как сейчас. А обмен опытом и знаниями тут необходим. Так что тогда развития в этом направлении не получилось, увлечение стало ждать своего часа. Но все равно в течение жизни тема астрономии меня интересовала.

Пару раз возникали мысли, а не купить ли телескоп и продолжить увлечение детства. Я изучал вопрос по телескопам, что в них можно увидеть или сфотографировать. Но в итоге дело опять дальше не пошло, так как нужна машина, чтобы выезжать с телескопом в свободное от городской засветки место. А у меня даже водительского удостоверения не было. Также не сильно впечатлило то, что можно глазом увидеть в телескоп или сфотографировать.

А в жанре астропейзажей видел много красивых фото. У меня тогда был средненький фотоаппарат, с которым пробовал при вылазках за город или с палатками фотографировать звездное небо. Но опыта не было, результаты получались не очень.

Помню одну историю, которая, возможно, и положила начало моего серьезного занятия астрофотографией. 5–6 лет назад я гулял в парке с женой и периодически посматривал на Юпитер. В какой-то момент ко мне подошел мужчина и спросил, что это за звезда. Я ответил, что это не звезда, а планета Юпитер и тогда он очень обрадовался — оказалось, это была проверка с его стороны. Он меня похвалил и сказал, что сейчас мало кто это знает.

В очередной раз я полез в Интернет смотреть и изучать эту тему. Попалось много красивых фотографий, сделанных через телескопы и обычные длиннофокусные объективы. Оказалось, сообщество любителей астрономии активно развивается, а техника и программное обеспечение стали позволять делать снимки очень хорошего качества.

На тот момент у меня уже были водительские права и машина, а также место в деревне недалеко от Коломны, где можно было бы поэкспериментировать. И я решил попробовать себя в роли астрофотографа.

Какую технику использовал сначала

Астрофотография — дорогое хобби на профессиональном уровне, но начинать можно вполне с недорогой техникой.

Начинал я с простого. Снимал на средненький беззеркальный аппарат SONY. С ним использовал еще советские объективы, которые купил за четыре тысячи рублей. На них снял первую комету, первую галактику, первое звездное скопление. 

Комета C2020 F3 (NEOWISE)

Все это относится к такому виду астрофотографии, как ночной пейзаж —  разнообразные ночные сцены на фоне звездного неба, млечного пути, метеорных потоков, комет, полярных сияний. Наверное, это наиболее популярный вид астрофотографии, поскольку достаточно прост и имеет минимальный порог вхождения. Для начала из оборудования  достаточно обычного фотоаппарата, светосильного объектива, штатива и программы для обработки RAW-фото по типу Photoshop или Lightroom. 

Персеид

Персеид

Однако есть несколько ключевых моментов, которые нужно учесть. Во-первых, необходимо наличие достаточно темного неба. Проблема светового загрязнения является серьезной проблемой для астрофотографов различных направлений, включая пейзажную фотографию. Она серьезно затрудняет съемку и не дает получить качественное фото. Даже за городом может быть сложно найти подходящее место для съемки звездного неба. Кроме того, для создания красивого и увлекательного снимка необходима правильная композиция кадра и хороший пейзаж. Например, с такими элементами, как горы, озера, поля с подсолнухами. Поэтому пейзажный фотограф должен искать интересные места для съемок, отправляться в походы и путешествия в поисках подходящего неба и живописных пейзажей. Конечно для начала стоит начать с небольших вылазок за город, чтобы попробовать свои силы и набраться опыта. 

Также в процессе съемок ночного пейзажа может пригодится астротрекер — специальное оборудование, которое помогает компенсировать вращение Земли во время съемки. Достаточно просто повесить на него фотоаппарат. Иначе при больших фокусных расстояниях на кадрах все объекты смазываются. Если астротрекеры применяют в паре с фотоаппаратом, то для телескопов используют монтировки как более громоздкие конструкции. 

Свой астротрекер я сделал сам из разделочной доски. Еще специально покупал 3D-принтер, чтобы печатать для него детали. Электроника, паяние — тоже этим увлекаюсь, так что собирал и паял сам. Также, будучи программистом, разработал управляющую программу, которая наводит камеру на различные объекты. Год собирал и совершенствовал конструкцию в свободное от работы время.

Благодаря астротрекеру, в 2020 году начал снимать туманности и галактики, причем на новокупленный советский объектив. Можно не сильно вкладываясь деньгами получить довольно интересные результаты.

M42 Туманность Ориона; Объектив: Юпитер-21M; Камера: Sony NEX-5T;
Монтировка: Самодельный астротрекер; Софт: DeepSkyStacker, FITStacker, Lightroom;
Экспозиция: 70×20» ISO: 800 — f5.6
250×30» ISO: 1600 — f5.6
100×30» ISO: 3200 — f5.6

M45 Плеяды; Объектив: Юпитер-21M; Камера: Sony NEX-5T;
Монтировка: Самодельный астротрекер; Софт: DeepSkyStacker, FITStacker, Lightroom;
Экспозиция: 200×30» ISO: 1600 — f5.6
300×30» ISO: 3200 — f5.6
70×60» ISO: 3200 — f5.6

M81 и M82 (Галактики Боде и Сигара); Объектив: Юпитер-21M; Камера: Sony NEX-5T;
Монтировка: Самодельный астротрекер; Софт: DeepSkyStacker, FITStacker, Lightroom
Экспозиция: 350×30» ISO/Gain: 1600 — f5.6
330×30» ISO/Gain: 3200 — f5.6

M31 Галактика Андромеды; Объектив: Юпитер 37А; Камера: Sony NEX-5T;
Монтировка: Самодельный астротрекер; Софт: DeepSkyStacker, FITStacker, Lightroom
Экспозиция: 220×30» ISO: 1600 — f3.5
15×60» ISO: 1600 — f3.5
15×90» ISO: 1600 — f3.5
30×30» ISO: 1600 — f5
15×60» ISO: 1600 — f5
15×90» ISO: 1600 — f5

С помощью специальных программ для обработки астрофото, например, PixInsight, можно улучшить результат. Но программа платная. Пример обработки исходников M31, но уже в PixInsight, которую приобрел в конце 2021 года.

Что возможно с астрокамерами

С 2021 года использую астрокамеры. Эти камеры специально предназначены для съемки объектов глубокого космоса. В этом им помогает механизм охлаждения — в течение долгой экспозиции камера сама остужает нагревающуюся матрицу. Один объект, например, галактику или туманность, можно снимать несколько ночей. Чем больше накопить сигнала, тем лучше. Большая выдержка позволяет накопить свет на матрице камеры, но сигнал все равно получается очень слабым и шумным.

Чтобы вычесть посторонние шумы и оставить только полезный сигнал, делают много кадров, а потом складывают их все в специальных программах.

Выдержки могут достигать до 30 минут на кадр, а суммарное время съемки — 200 часов. Я обычно использую экспозиции от 2-х до 5-ти минут. А максимальное суммарное накопление по одному объекту у меня пока 27 часов.

Еще для использования астрокамеры потребуется ноутбук или мини-компьютер по типу Raspberry pi. Я сначала снимал с использованием ноутбука, а потом приобрел специальный мини-компьютер ZWO ASIAIR.

Для съемки туманностей, особенно на засвеченном небе, нужно применять специальные фильтры. Я использовал Optolong L-eXtreme. Этот фильтр пропускает линии излучения альфа-водорода (H-alpha) и дважды ионизированного кислорода (OIII).

Фото одного и того же объекта на один и тот же объектив, но эта фотография сделана на обычную камеру, а следующая — на астрокамеру.

NGC 2237 Туманность Розетка; Объектив: Юпитер-21А; Камера: ZWO ASI533MC Pro;
Монтировка: Самодельный астротрекер; Софт: PixInsight, PS;
Экспозиция: 130×300» Gain: 100, f5.6, -30C

Туманность «Сердце» (IC 1805); Объектив: Юпитер-21А; Камера: ZWO ASI533MC Pro;
Монтировка: Самодельный астротрекер; Софт: DeepSkyStacker, Siril, Lightroom, PS;
Экспозиция: 85×300» Gain: 100, f5.6, -20C

NGC 1499 Туманность Калифорния; Объектив: Юпитер-21А; Камера: ZWO ASI533MC Pro;
Монтировка: Самодельный астротрекер (DIY EQ mount); Софт: PixInsight, PS
Экспозиция: 145×300» Gain: 100, f5.6, -25C

Туманности Северная Америка (NGC 7000) и Пеликан (IC 5070 и IC 5067); Объектив: Юпитер-21M;
Камера: ZWO ASI533MC Pro; Монтировка: Самодельный астротрекер; Софт: PixInsight, PS;
Экспозиция: 240×120» Gain: 300, f5.6, 0C

M33 Галактика Треугольника; Объектив: Юпитер-21А; Камера: ZWO ASI533MC Pro;
Монтировка: Самодельный астротрекер; Софт: DeepSkyStacker, Siril, Lightroom, PS
Экспозиция: 70×300» Gain: 100, f5.6, -30C
40×30» Gain: 100, f8, -30C

Снимок ниже примечателен тем, что был выжат максимум из советского объектива и самодельного астротрекера с применением современных технологий обработки. Только для съемки водорода (красные области) был использован современный объектив.

M31 Галактика Андромеды; Объектив: Юпитер-21А, Askar FMA230; Камера: ZWO ASI533MC Pro, ZWO ASI294MM Pro; Монтировка: Самодельный астротрекер; Софт: PixInsight, PS
Экспозиция: 186×300» ISO/Gain: 100 — f5.6, -25C
65×30» ISO/Gain: 100 — f8, -25C
36×300» ISO/Gain: 120 — f4.6, Optolong Ha 7nm, -20C

Как делаю снимки сейчас

В конце 2022 года купил телескоп Sky-Watcher 200PDS, монтировку Sky-Watcher EQ6-R Pro и дополнительные аксессуары: фильтры, колесо фильтров и гид. У этого телескопа фокусное расстояние — 1 метр, так что с его помощью можно заглянуть дальше и снять более далекие галактики и более маленькие туманности. А также открывается возможность съемки Луну и планет, что не получится сделать на объектив.

M16 Туманность Орёл; Телескоп: Sky-Watcher Explorer 200PDS;
Камера: ZWO ASI294MM Pro; Монтировка: Sky-Watcher EQ6-R Pro; Софт: PixInsight, PS;
Экспозиция: 60×300» Optolong Ha 7nm
55×300» Optolong Oiii 6.5nm

M27  Туманность Гантель; Телескоп: Sky-Watcher Explorer 200PDS;
Камера: ZWO ASI294MM Pro; Монтировка: Sky-Watcher EQ6-R Pro; Софт: PixInsight, PS
Экспозиция: 18×300» ISO/Gain: 120 — Optolong Ha 7nm
14×300» ISO/Gain: 120 — Optolong Oiii 6.5nm

M27  Туманность Гантель; Телескоп: Sky-Watcher Explorer 200PDS;
Камера: ZWO ASI294MM Pro; Монтировка: Sky-Watcher EQ6-R Pro; Софт: PixInsight, PS
Экспозиция: 400×30» ISO/Gain: 0

Еще купил специальный объектив для астрофотографии Askar FMA230.

IC 434, NGC 2024 (Туманность Конская Голова и Плямя)
Объектив: Askar FMA230; Камера: ZWO ASI294MM Pro;
Монтировка: Sky-Watcher EQ6-R Pro; Софт: PixInsight, PS
Экспозиция: 48×300» ISO/Gain: 120 — Optolong Ha 7nm
22×300» ISO/Gain: 120 — Optolong Oiii 6.5nm

IC 443 Туманность Медуза; Объектив: Askar FMA230; Камера: ZWO ASI294MM Pro;
Монтировка: Sky-Watcher EQ6-R Pro; Софт: PixInsight, PS
Экспозиция: 47×300» ISO/Gain: 120 — Optolong Ha 7nm
20×600» ISO/Gain: 120 — Optolong Oiii 6.5nm

Для съемок планет, Луны и Солнца мы также используем телескоп, но уже с другой астрокамерой и другим набором аксессуаров. Также меняем процесс съемки и обработки — планеты и другие объекты Солнечной системы мы снимаем  специальной камерой в формате быстрых видео. Все из-за атмосферы Земли — она вносит искажения и размывает полученные материалы. Эффект можно сравнить с волнами тепла от нагретой поверхности. Со снимками происходит то же самое.

Луна 02.05.2023; Телескоп Sky-Watcher Explorer 200PDS;
Камера: ZWO ASI462MC; Монтировка: Sky-Watcher EQ6-R Pro; Софт:  AutoStakkert, PixInsight, PS

Луна (Кратеры Теофил, Кирилл); Телескоп Sky-Watcher Explorer 200PDS;
Камера: ZWO ASI462MC; Монтировка: Sky-Watcher EQ6-R Pro; Софт: AutoStakkert, PixInsight

Луна 06.08.2023; Телескоп Sky-Watcher Explorer 200PDS;
Камера: ZWO ASI462MC; Монтировка: Sky-Watcher EQ6-R Pro; Софт: AutoStakkert, PixInsight

Полученное видео сначала преобразуется в набор кадров, из них программа отбирает наиболее четкие и затем суммирует во внятный снимок. Однако даже с учетом современной продвинутой техники снимать планеты достаточно сложно.

Например, Венера закрыта облаками, что создает проблемы для проявления фотографий. Нужны специальные ультрафиолетовые фильтры, без которых она покажется обычным шариком.

Венера

Марс

Юпитер можно назвать одой из самых интересных планет для съемки. Видно структуру облаков и знаменитое Красное пятно — самый большой атмосферный вихрь в Солнечной системе.

Юпитер и спутники Каллисто, Европа, Ио и Ганимед

Сатурн и спутники Диона, Тефия, Рея и Титан

Снял даже самые далекие планеты. Но у них мало деталей и к тому же они очень далеко, так что выглядят как маленькие шарики. Но все равно было интересно их заснять.

Уран и спутники (сверху вниз) Оберон, Титания, Умбриэль, Ариэль (17.08.2023 00–20 UTC)

Также снимал и Солнце. Оно, кстати, на самом деле белого цвета, но для фото звезду подкрашивают в более привычный нам цвет, как будто желток. Это делается в специальной программе при обработке. Для съемки и наблюдения Солнца через телескоп астрофотографы используют специальный апертурный фильтр — они снижает световой поток и спасает от повреждения оборудования (да и зрения тоже). 

Через обычный телескоп мы можем увидеть только солнечные пятна и грануляцию в фотосфере Солнца. Есть специальные солнечные телескопы, через которые видно хромосферу Солнца. В этой узкой полосе H-альфа Солнце выглядит очень красиво и динамично — можно заснять протуберанцы и их движение. Но такие телескопы стоят очень дорого.

Солнце 27.05.2023

Солнечное пятно AR3315 27.05.2023

Коллажи 

Многие думают, что, поскольку туманности и галактики — это нечто крайне далекое, то для их фотографий требуются большие телескопы. Для большинства галактик все так, но есть исключения. Например, Галактика Андромеды (M31) на небе в 6 раз больше Луны. Планеты вообще очень маленькие, и с ними не обойтись без длиннофокусной оптики, а вот туманности, наоборот, в большинстве случаев имеют большие видимые угловые размеры. 

Чтобы наглядно показать видимые размеры планет Солнечной системы и объекты дальнего космоса, я подготовил специальные коллажи. и «Коллаж сравнение видимых размеров Луны и объектов дальнего космоса».

Видимые размеры Луны и планет

Видимые размеры Луны и объектов дальнего космоса ч.1

Видимые размеры Луны и объектов дальнего космоса ч.2

Спасибо за чтение!

В следующем материале я подробно опишу работу с фильтрами на съемках туманностей и поделюсь советами для новичков.

© Habrahabr.ru