Da li je astrofotografija samo estetika?

“Nije slučajnost da gdje god okrenemo teleskop – vidimo ljepotu.” (R. M. Jones)

Šta je to astrofotografija i kako je definisati? Da li je astrofotografija “tehnička” umjetnost kao što to tvrdi Russel Croman, ili u astrofotografiju spadaju i naučne discipline kao što su fotometrija, detekcija astreoida i spektroskopija. Koja je razlika među njima? Šta je teže? Šta ljepše? Šta korisnije?

Razlika između estetske astrofotografije i fotometrije (na lijevoj slici je snimak eta Carinae (by ESO 2.2m telescope at La Silla Observatory in Chile), a na desnoj snimak istog regiona, 20s ekspozicija sa 80 mm f6 refraktorom i dslr Canon 600D, zeleni kanal (by Mark Blackford))

Konvencionalno mišljenje je da astrofotografiju predstavljaju snimci nebeskih tijela, estetski dotjerani radi ljepšeg vizuelnog dojma.

Wikipedia tvrdi slijedeće “Astrofotografija je jedan on najranijih tipova naučne fotografije i od samog početka unutar nje stvorene su posebne “poddiscipline”: zvjezdana kartografija, astrometrija, klasifikacija zvijezda, fotometrija, spektroskopija, polarimetrija.”

Malo sam istraživao o ovoj tematici i vrlo malo je tekstova napisano vezano za ovu dosta zanimljivu tematiku.

Dennis Di Cicco, iz Sky Publishing Corporation, tvrdi: “Pravljenje snimaka dalekih zvijezda i udaljenih planeta nije nimalo lagano i uglavnom privlači ljude koji vole izazov. Neki čak prave i vlastite teleskope, iako ne tako često kao ranije. Drugi su zainteresovani za fotografiju ili digitalno snimanje i žele da nauče više o tematici. Drugi pak vide CCD kao silikonsko oko računara i zanimaju se za izvlačenje što više informacija iz detektora. Neki istrajavaju u tome zato što smatraju snimanje neba inspirativnim i snimke predivnim. Najuspješniji uspijevaju, pak, da iskombinuju sve ove interese.”

Kolega, amater astronom, Danijel Reponj iz Virovitice kaže: “Ako uz astrofotografiju postoji analiza onoga što se na njoj vidi i izvuku se određeni zaključci, tada je astrofotografija svakako nešto više osim fotografije.”

Kolega Vasilije Ristović, astrofotograf iz Gornjeg Milanovca, tvrdi:” Ništa ne može da bude lepo ako nije korisno. Lepota bilo čega je uvek zavisna od svrhe onoga što treba da bude lepo. Estetika nikada ne može da postoji samostalno/nezavisno od drugih faktora kojim je uslovljena. Međutim, sporno je i reći da estetika uopšte i postoji, ipak je to samo unutrašnji doživljaj pojedinca koji jednostavno moramo da generalizujemo za sve da bi uopšte i mogli da diskutujemo o njoj i da bi je primenjivali. Ako izuzmemo tehničke mogućnosti, nema ozbiljne ili neozbiljne astrofotografije, vec samo naučno ili estetski optimizirane. Problem je što neki estetiku smatraju manje ozbiljnom, a ono što ne shvataju jeste da je estetika vrlo duboka i kompleksna tema na kojoj se uči i radi još od zore čovečanstva, a i dalje je ostala kao verovatno najdiskutabilnija stavka ljudskog stvaralaštva uopšte, pa samim tim i u astrofotografiji.”

Galaksija Andromeda/M31 (foto: Marko Rukavina)

Russel Croman, poznati astrofotograf iz SAD, kaže: “Za mene je astrofotografija savršeni spoj tehničkog i estetskog aspekta, i oba aspekta me ispunjavaju. Jedno je jasno: skoro svi astro-snimci koji su pripremljeni za vanjsku publiku  značajno su izmjenjeni u odnosu na originalnu, znanstveno iskoristivu formu. Zbog toga, i zbog toga što stepen modifikacije snimka zavisi od procjene i ukusa osobe koja radi procesiranje, moramo se riješiti predrasude o tome šta je ispravno, a šta ne tokom procesiranja snimaka, jer su one rezultat osobnog ukusa. Drugim riječima, priprema snimaka za vanjsku publiku je većinom umjetnost. Moguće je da je to umjetnost koja se vodi znanstvenim principima, ali još uvijek je umjetnost.”

Zoran Novak, astrofotograf iz Čakovca tvrdi slijedeće: ” Astrofotografija je samo jedan oblik fotografije. I to je ono što većina nas radi. “Samo” fotke. Isto kao što pejzažni fotograf prikazuje pejzaže, portretni portrete, sportski neke sportske detalje, tako mi prikazujemo čari svemira. Druga je stvar što mi, za razliku od gore navedenih, moramo uložiti neusporedivo više truda da bi smo dobili konačni rezultat, a pritom ako imamo malo sreće, naša “obična” fotka može poslužiti i u znanstvene svrhe.” Dalje tvrdi: “Ako želiš javnosti predočiti ljepotu nekog objekta onda tu ne možemo govoriti o nikakvom znanstvenom radu. Ako vadiš podatke i snimaš asteroide, onda nemaš atraktivne fotografije, a takve fotografije javnosti nisu zanimljive.”

Otvoreni zvjezdani skup Plejade/M45 (foto: Zoran Novak)

Još jedan kolega iz Hrvatske tvrdi: “Ja bih rekao da sve ovisi o čovjeku. Ako netko zna upotrijebiti fotku za znanstvene svrhe ili  je napravio s ciljem da nešto sazna, onda astrofotografija nije samo (estetika). U suprotnom jeste. Ako snimaš tako da prvi uočiš supernovu u M110 ili u NGC3001 onda ne radiš estetiku.”

Kolega astrofotograf Ivan Jevremović (AD Aristarh) kaže slijedeće: “Realno, mi se bavimo estetskom astrofotografijom jer smo ograničeni opremom za nešto ozbiljnije. Samo fotkanje povlači i druženje, posmatranje objekata i razne diskusije u vezi kosmosa. Uostalom, i jurenje asteroida upoređivanjem gomile fotki zahteva dosta vremena da bi bilo kategorisano kao hobi i prosto je nemoguće uklopiti uz dnevni posao. Tako da  je jednostavno estetska astrofotografija = druženje, divljenje svemiru i uživanje u rezultatima, ako istih bude.”

Kolega Bojan, astronom amater iz Australije, slijedećeg je mišljenja: “Astrofotografija je zapravo jedan vid tehničke fotografije. Međutim, za razliku od pejsaža, u tim slikicama ima puno “prave”, upotrebljive informacije, jer kamera (osobito digitalna) je zapravo vrlo točan fotometrijski instrument. Ovisi o naknadnoj obradi da li se ta informacija koristi ili ne u naučne svrhe.”

Moje stajalište blisko je Bojanovom. Naime, smatram da je astrofotografija širi pojam nego što je ustaljeno mišljenje i da u nju spadaju i discipline kao što su zvjezdana kartografija, astrometrija, klasifikacija zvijezda, fotometrija, spektroskopija, polarimetrija, kao što se tvrdi na wikipediji. Snimci koji se upotrebljavaju u naučne svrhe (npr. fotometrija) mogu biti manje estetski privlačni i korisni za nauku, ali metode koje se pri tome koriste svakako spadaju u astrofotografske tehnike.

Posebna stvar je što je astrofotografija neuporedivo teža od amaterske fotometrije, astrometrije i spektroskopije. probao sam sve četiri “discipline” i mogu ovo potvrditi više puta. Astrofotografija zahtjeva mnogo priprema, a obrada podataka je višestruko teža.

Pogledajmo deset snimaka koje je načinio teleskop Hubble a koje su softverski procesuirane da imaju i vizuelnu privlačnost.

Čak i ako se ne uzmu obzir detaljne analize ovih slika, može li uopšte neko, nakon što pogleda galeriju Hubble snimaka, reći – ovo je samo estetika? Slike koje su nam promjenile poimanje stvarnosti.

Ili nakon što pogledamo slike svemirske prašine i gasova koje je načinio izvrsni Rogelio Bernal Andreo? Na stranu estetika, iz ovih slika mogu se, siguran sam, izvući i određeni naučni zaključci.

Clouds of Orion (foto: Rogelio Bernal Andreo)

Gledajući rad Judy Schmidt, teško mogu sebe uvjeriti da je astrofotografija samo estetika.

Astrofotografija je, po meni, pomalo podcjenjena disciplina koja se često stavlja u isti koš sa klasičnom fotografijom pejzaža, ljudi i objekata. Postavlja se onda pitanje, kako to da onda kod nas nema astrofotografa, a klasičnih fotografa ima na svakom ćošku? Slična situacija je i u ostalim zemljama u okruženju (a i šire). Vrlo mali broj ljudi odlučuje se za astrofotografiju, a razlozi su šaroliki: nezainteresovanost, finansijska situacija, neznanje, strma kriva učenja, lijenost…

Simeis 147 Supernova Remnant (foto: Rogelio Bernal Andreo)

Ako pogledamo historiju, vidjećemo da je razvojem astrofotografije, i to prije svega razvojem optike i CCD (a ranije i filmskih) senzora, došlo do potpunijeg shvatanja našeg svemira, tj. stvaranja realnije slike o univerzumu u kojem živimo. I ono što smo otkrili zauvijek nas je promjenilo. Beskrajna prostranstva, milijarde galaksija, milijarde i milijarde zvijezda, širenje svemira, i mnoštvo drugih važnih oktrića. I svaki dan se otkrivaju nove stvari koje nas ostavljaju bez daha.

Hubble eXtreme Deep Field (XDF)

Pogledajte sliku iznad. Tzv. Hubble eXtreme Deep Field. Vjerovatno niste nikada ni čuli za ovaj snimak. A za mene je ta slika otkrila najfascinantniju stvar koju znam o svemiru: da su svuda oko nas galaksije, u velikom broju, i ako dovoljno dugo snimamo (veoma duge ekspozicije, reda – milioni sekundi i hiljade snimaka), vidjećemo ih na našim slikama. Na slici iznad, recimo, nalazi se preko 5500 galaksija na veoma maloj ugaonoj širini.  Naime, gornja slika predstavlja “najdublju” sliku neba ikada napravljenu i otkriva najmanje svijetle i najudaljenije galaksije ikada viđene. Ovom slikom zavirili smo duboko u prošlost svemira! Estetika? Nipošto!

Šta se onda može postići astrofotografijom, osim što ona ima zapanjujuću estetsku dimenziju, i stvara jednu vrstu divljenja i strahopoštovanje prema svemiru oko nas?

Astrofotografijom se, dakle, mogu snimati detalji bližih nebeskih objekata (Mjesec, Sunce, planete), a koristeći astrofotografske metode mogu se snimiti i okom nevidljivi objekti u svemiru (manje svjetle zvijezde, magline, galaksije, skupovi zvijezda). Ovo se postiže dugim ekspozicijama jer digitalne (a ranije i filmske) kamere, za razliku od oka, imaju sposobnost sakupljanja fotona tokom dužeg vremenskog perioda. Naše oči, kao posljedica evolucijskih tokova čovjeka, operiraju u veoma uskom dijelu elektromagnetnog spektra i nemaju mogućnost zumiranja ili uvećanja objekata, koje pružaju teleskopi i moderna optika.

Between Sagittarius, Ophiuchus and Scorpius (foto: Rogelio Bernal Andreo)

Astrofotografija se može koristiti i za njene ostale “poddiscipline”: snimanje asteroida pri čemu se može odrediti period njihove rotacije, veličina, oblik, osa rotacije i orijentacija. Astrometrija asteroida je jedna od oblasti u astronomiji gdje ameteri mogu imati veliki doprinos. Pri tome se može koristiti svaki tip teleskopa. Kamera bi trebala imati što veću osjetljivost, a monohromatski CCD je najbolji izbor. Laptop na koji će biti spojena kamera je potrebno da se sinhronizuje sa atomskim satom bar jednom svaku minutu. Kao vrijeme kada je asteroid snimljen uzima se sredina ekspozicije, za potrebe astrometrije (određivanja orbite astereoida) potrebna preciznost sinhronizacije vremena je 0.00001 dan, nešto manje od 1 sekunde. Snimanje se vrši tako da se jedan dio neba snima više puta u pravilnim vremenskim intervalima. Dobijene slike se “blinkaju”. Blinkanjem se traže objekti koji se kreću. Slike trebaju biti u pravilnim vremenskim intervalima jer je lakše uočiti objekat kada pravi isti pomak na svakoj slici. Blinkanje i redukcija podataka se mogu raditi u programu Astrometrica. Dobiveni rezultati se šalju na www.minorplanetcenter.net. Ako se snimi već poznati asteroid, nije bilo “gubljenja vremena” jer svako mjerenje svakako poboljšava njegovu orbitu. Na web stranici Minor Planet Center-a se može naći i vodič za snimanje poznatih astereoida kojima je potrebno novo mjerenje zbog toga što nema dovoljno mjerenja pa je greška orbite velika, ili nije mjeren neko vrijeme pa je potrebno novo mjerenje (moglo je doći do sudara u međuvremenu sa drugim tijelom koje bi promijenilo orbitu), itd.

Astrofotografske tehnike omogućavaju snimanje varijabilnih zvijezda, supernovih, snimanje kometa i praćenje njihove putanje, snimanje egzoplaneta i pomračujućih binarnih zvijezda (eng. Eclipsing Binary Stars) čime se određuje oblik (ekscentricitet) orbita, orbitalna inklinacija i vrijeme rotacije.

Fotometrija (mjerenje varijacije u luminozitetu tijela tokom vremena) se koristi za procjenu varijacije u luminozitetu objekata kao što su varijabilne zvijezde, manji planeti, aktivna galaktička jezgra, supernove, detekcija tranzita egzosolarnih planeta, itd.

Spektroskopija predstavlja mjerenje spektra elektromagnetske radijacije, uključujući vidljivu svjetlost i radio spektar koji zrači sa zvijezda i drugih vrućih nebeskih tijela. Na osnovu spektroskopije mogu se odrediti karakteristike udaljenih zvijezda i galaksija, kao što su njihov hemijski sastav, temperatura, gustina, masa, udaljenost, luminozitet, relativno kretanje, itd. Astrofotografska spektroskopija  je dovela do stvaranja klasifikacije zvijezda tokom vremena.

Optički spektar kometa Hyakutake

Fotometrija je nauka koja se bavi mjerenjem koliko je svjetlo neko nebesko tijelo. Sve zvijezde mjenjaju “sjajnost” zbog fizikalnih procesa unutar njih ili u njihovoj blizini. Pažljivim posmatranjem ove varijabilnosti moguće je dobiti dosta informacija o samoj zvijezdi, i generalno, astrofizičkim fenomenima. Varijabilne zvijezde su, dakle, kao neki laboratorij fizike. Isti fundamentalni fizikalni procesi koji važe ovdje na Zemlji (gravitacija, mehanika fluida, svjetlo i toplota, hemija, nuklearna fizika) operiraju na isti način u cijelom univerzumu. Posmatranjem kako se zvijezde mijenjaju vremenom, možemo razumjeti i zašto se mjenjaju. Varijabilne zvijezde se analiziraju korištenjem fotometrije, spektro-fotometrije i spektroskopije. Mjerenja promjene njihovih magnituda (mjera “sjajnosti” zvijezda) mogu se plotati kako bi se dobile tzv. “svjetlosne” krive. Za “regularne” varijabilne period varijacije i amplituda se mogu lako odrediti, dok kod nekih varijabilnih ovi parametri variraju sa vremenom. Zvijezde mogu mijenjati veličinu, oblik i temperaturu tokom vremena (pulsatori), mogu imati rapidne promjene intenziteta svjetlosti zbog fizikalnih procesa oko zvijezde (akretori i eruptivi) ili mogu biti pomračene zvijezdama ili planetima u orbiti oko njih (binarni sistemi i egzoplaneti). Ključ je u tome da se nešto dešava samoj zvijezdi ili u njenoj blizini. Različite zvijezde variraju na različitim vremenskim skalama. Nekima trebaju sedmice, mjeseci ili godine da se promjene toliko da to možemo detektovati. Nekima trebaju dani, sati, minute, sekunde ili manje. Neke zvijezde variraju regularno, i vidimo periodično ponavljanje uzorka tokom vremena. Druge zvijezde pokazuju haotične promjene koje ne možemo tačno predvidjeti. Neke zvijezde variraju na isti način stoljećima, a neke (npr. Supernove) mogu nakratko bljesnuti i onda nestati.

Astrofotografske tehnike omogućavaju detekciju egzosolarnih planeta i mogućnost procjene njihove veličine, putanje i hemijskog sastava atmosfere – ako je imaju. Broj otkrivenih ekstrasolarnih planeta svake godine se povećava zahvaljujući pronalasku novih metoda detekcije ili usavršavanjem postojećih. Prvi ekstrasolarni planeti koji kruže oko matičnih zvijezda su otkriveni tek devedesetih godina prošlog stoljeća. Otkriće ovih planeta postavilo je i vrlo uzbudljivo pitanje mogućeg postojanja života na njima. Ekstrasolarni planeti oko zvijezda sličnih Suncu počeli su se pronalaziti u velikom broju tek tijekom kasnih devedesetih kao rezultat napredne teleskopske tehnologije, ali i CCD kamera i računarskog procesiranja slike. Takvi napreci su omogućili preciznije mjerenje svjetlosnog fluksa zvijezda, omogućujući nam detektiranje planete, ne vizualno (osvijetljenost planeta je premala za takvu detekciju), nego mjerenjem varijacija u svjetlosnom fluksu zvijezde dok planet prolazi ispred nje (tzv. metoda tranzita ili metoda diferencijalne fotometrije). Metodu tranzita koristi npr. NASA-in orbitalni teleskop Kepler. Ova metoda naziva se još i fotometrijska ili okultacijska metoda, a mogu je koristiti i amateri astronomi. Za detekciju ekstrasolarnih planeta metodom tranzita potrebna je velika preciznost mjerenja jer su promjene u svjetlosnom fluksu zvijezde uslijed tranzita planeta izrazito male i poželjno je da su orbitalne inklinacije ekstrasolarnih planeta bliske uglu od 90°. Najveći broj ekstrasolarnih planeta koji orbitiraju oko matičnih zvijezda imaju inklinaciju putanje nepovoljnu za posmatranje sa Zemlje (<90°). Veličina promjene u svjetlosnom fluksu zvijezde uslijed tranzita planeta najbolje se može opisati praktičnim primjerom. Kada bi npr. planeta veličine Jupitera prolazila ispred zvijezde veličine Sunca, promjena u svjetlosnom fluksu bi iznosila tek 1,1%, dok bi u slučaju ekstrasolarne planete veličine Zemlje, ta promjena svjetlosnog fluksa iznosila tek 0,84×10^-4 %. Za planetu veličine Marsa promjena intenziteta svjetlosnog fluksa iznosila bi tek oko 0,3×10^-5 %. I pored svih poteškoća, dosada je otkriveno preko 3000 egzoplaneta, od čega preko 600 multi-planetarnih sistema. Atmosfera veoma utiče na kvalitet astrofotografskih snimaka zvijezda. Tu su najvažniji fazna fluktuacija i scintilacija. Fazna fluktuacija odgovorna je za pomjeranje slike (tzv. kuhanje) i smanjenu vidljivost (tzv. seeing), a nastaje prolaskom svjetlosti kroz različite slojeve atmosfere, pri čemu se mijenja ugao dolaska svjetlosnih zraka, degradirajući sliku. Scintilacija je efekat drugog reda (uzrokuje krivinu talasnog fronta) i rezultira varijacijom intenziteta svjetlosti po prostoru i vremenu. Očituje se treperenjem zvijezda. Adaptivna optika na teleskopima može donekle smanjiti efekte ovih poremaćaja. Prednost fotometrijske metode je što se pomoću nje može identificirati planet samo na osnovu krive svjetlosnog fluksa. Ovom metodom, što je vrlo važno, može se odrediti okvirna veličina planete koja se identifikuje jer je promjena intenziteta svjetlosnog fluksa zvijezde prilikom tranzita planeta proporcionalna odnosu radijusa planete i zvijezde. Radijus zvijezde je unaprijed poznat na osnovu spektroskopije i definiše se na osnovu vrijednosti luminoziteta i temperature zvijezde.

Analizom spektra date zvijezde (korištenjem spektroskopske opreme sa većom rezolucijom), mogu se detektirati i hemijski elementi prisutni u atmosferi egzosolarnog planeta. Proučavanje atmosfere je od izuzetnog naučnog značaja jer se može dobiti slika o uslovima kakvi vladaju na planeti – od kojih gasova se sastoji, kolika je temperatura na površini, da li na njoj ima tečne vode pa čak i da li postoji neki vid života. Npr. prisustvo molekula 0₂ ili 0₃ u atmosferi egzoplaneta (moguće detektirati jedino teleskopima prečnika objektiva preko 2,5m) može signalizirati postojanje nekog oblika života. Osim toga, perturbacije u vremenima tranzita ekstrasolarnih planeta mogu se koristiti za procjenu prisutnosti drugih planeta oko iste centralne zvijezde.

Umjetnički doživljaj prolaska planete veličine Jupitera ispred matične zvijezde

Astrometrija predstavlja precizno mjerenje položaja i kretanja zvijezda i drugih nebeskih tijela. Astrometrijske informacije daju nam predstavu o kinematici i porijeklu solarnog sistema i naše galaksije.

Detaljnim snimcima planeta i njihovih satelita moguće je napraviti kvalitetne topografske analize nebeskih tijela i na osnovu toga donositi određene zaključke o njihovom sastavu i procesima na njima.

McNaught 2009 R1 (foto: Rogelio Bernal Andreo)

Zahvaljujući ponajviše astrofotografiji, astronomska istraživanja doživjela su „boom“, snimanjem sa sve većim i većim ekspozicijama, snimajući stotine hiljada novih zvijezda, maglina i galaksija nevidiljih golim okom, što je dovelo do sve veće specijalizacije i sve većih teleskopa, koji ustvari služe kao veliki objektivi za kamere koje takođe postaju sve modernije, kompleksnije, osjetljivije. Razvoj digitalnih senzora doveo je do posebne revolucije jer je omogućio snimanje najudaljenijih kutaka svemira, otvarajući mogućnost za definisanje (novih) fundamentalnih fizikalnih modela unutar svemira.

CCD kamera je ustvari meža fotodetektora koji simultano mjere i snimaju fotone koji dolaze iz svih izvora unutar vidnog polja. Astronomske CCD kamere mogu koristiti hlađenje za smanjenje termalnog šuma i da se omogući detektoru da snima slike u drugom dijelu spektra (npr. infra-crvena astrofotografija). CCD kamere imaju veću osjetljivost od drugih foto uređaja, mogu snimati u širem dijelu spektra, pojednostavljuju skladištenje informacija, a u novije vrijeme teleskopi mogu koristiti različite konfiguracije CCD senzora uključujući linearne nizove i velike mozaike CCD elemenata ekvivalentnim 100 miliona piksela, dizajniranih da pokriju cijelu fokusnu ravan teleskopa.

Specijalni filteri omogućavaju snimanje na tačno određenim talasnim dužinama čime se ističu detalji na snimcima i omogućava analiza hemijske strukture nebeskih tijela.

California and Pleiades (foto: Rogelio Bernal Andreo)

Nikad me ne prestaje čuditi šta sve možemo saznati samo na osnovu male tačke svjetlosti na noćnom nebu. A vrijeme provedeno sa fotonima starim milijardama godina za mene je prilično moćna stvar.