Uskopojasna astrofotografija

Što je uskopojasno snimanje u astronomiji?

U “normalnom” snimanju (u boji), tri filtera (crveni, zeleni i plavi) koriste se za razdvajanje primarnih boja vizuelnog dijela spektra. Crveni, zeleni i plavi (RGB) filteri dizajnirani su tako da aproksimiraju osjetljivost na boje ljudskog oka, tako da je dobivena slika istinska boja. Svaki od RGB filtera pokriva otprilike jednu trećinu vizuelnog spektra i filteri se malo preklapaju, tako da CCD kamera detektuje cijeli spektar. Ponekad postoji mali procjep između zelenog i crvenog filtera (slika dole) kako bi se spriječila istaknuta emisiona linija usred svjetlosnog onečišćenja okoline.

Uskopojasni (eng. narrowband) filteri umjesto toga obuhvaćaju samo vrlo mali dio spektra. Kaže se da imaju usku propusnost (eng. narrow bandpass). Propusnost jednostavno predstavlja koliko spektra filter dopušta da prođe i obično se mjeri u nanometrima (nm). Cjelokupni vizuelni spektar ide približno od talasne dužine od 400 nm (plavo) do 700 nm (crveno).

Tipičan (šrikopojasni) RGB filter može imati propusnost od 100 nm. Nasuprot tome, uskopojasni filteri imaju propusnost maksimalno 20nm (Melles Griot klasifikacija). Srednjepropusni filteri imaju propusnost od 20-60nm (Melles Griot klasifikacija). Ultra-uskopropusni filteri imaju propusnost manju od 4 nm.

Na slici dole je dat sastav tipičnog UP filtera.

Clipboard01 Izgled UP filtera izbliza (copyright: Don Goldman, Astrodon Imaging Advanced Imaging Conference, October, 2007)

Emisione linije

Uskopojasni filteri dizajnirani su za hvatanje određenih talasnih dužina svjetlosti. Postoji klasa nebeskih objekata poznatih kao emisione magline, a njihovo ime proizilazi iz činjenice da oni zapravo emitiraju vlastito svjetlo (za razliku od reflektirajućih maglina koje sjaje reflektiranim svjetlom sa zvjezda). Orion maglina, maglina Laguna i maglina Labud su tri uobičajena primjera emisione magline. Planetarne magline obično se smatraju zasebnom klasom objekata jer predstavljaju različit fenomen (smrt zvijezde umjesto rođenja zvijezde), ali kod snimanja CCD kamerom, one se također mogu smatrati emisionim maglinama jer emitiraju vlastito svjetlo. Ostaci Supernove spadaju takođe u ovu kategoriju, tako da su objekti poput magline Prsten, magline Uteg, magline Veo i magline Rak potencijalni ciljevi za uskopojasno snimanje. S druge strane, plavi nebulozitet oko Plejada je klasičan primjer reflektivne magline i nije prikladan za uskopojasno snimanje.

Ono što sve emisione magline imaju zajedničko je da se sastoje od plinova, a ti plinovi emitiraju svjetlost. Atomi unutar plina pobuđeni su energijom obližnjih zvijezda (bilo da se zvijezde formiraju u maglini – kao u Orionovoj maglini, ili uslijed ostataka mrtve središnje zvijezde u planetarnoj maglini -poput magline Prsten). Energija ovih zvijezda uzrokuje da elektroni unutar atoma u gasovima magline “skaču” na višu orbitu u atomu. Elektroni su po prirodi lijeni i preferiraju da budu u najnižem mogućem energetskom stanju. Zato će elektroni će ponovno emitirati višak energije i “spustiti se” na nižu orbitu. Oni ovu dodatnu energiju predaju u obliku svjetlosnog fotona. Budući da elektroni uvijek rade “skokove” u diskretnim koracima, elektron koji ide sa jedne orbite do slijedeće niže daje uvijek istu količinu energije i stoga istu valnu dužinu svjetlosti. Zato svaki atom ima jasnu emisijsku liniju ili boju svjetlosti povezanu s njom. Također, svaki atom sadrži različite orbite, tako da može postojati više valnih dužina svjetlosti iz jednog elementa, kao što je npr. vodik.

Više detalja o emisionim linijama i spektroskopiji u astronomiji pročitajte u mom prijašnjem tekstu.

Uobičajeni filteri

Dva najčešća elementa koja pridonose emisijskim linijama u maglinama su vodik i kisik. Ostali elementi, poput sumpora i dušika također stvaraju istaknutije emisione linije. Dole su navedene zajedničke emisione linije i vrste filtera koji se koriste pri uskopojasnom snimanju.

Vodik-alfa – 656.3nm

Najdominantnija emisiona linija u regiji koja stvara zvijezde, poput npr. Orionove magline, naziva se vodik-alfa ili H-alfa. Ovo svjetlo stvaraju atomi vodika, primarni konstituent svemira i temelj nuklearne fuzije koja održava zvijezde. H-alfa je u crvenom dijelu spektra i pridonosi u ogromnoj mjeri crvenoj boji većine maglina koje se vide na normalnim (RGB) slikama.

Vodik-beta – 486.1nm

Vodik odaje svjetlost na nekoliko valnih dužina. Druga najčešća, nakon H-alfa, je linija H-beta u plavom dijelu spektra. Budući da je, na tamu prilagođeno ljudsko oko, osjetljivo na plave i zelene, ali ne i crvene, H-beta filteri ponekad se koriste za vizualna posmatranja određenih maglina.

Kisik-III – 500.7nm

Ovu emisionu liniju daju dvostruko jonizovani kisikovi atomi (označeni često kao O⁺⁺ ili O III u spektroskopskim analizama), što znači da su dva od 8 elektrona oduzeta kisiku. To je pokazatelj da su uslovi u ovoj maglini „surovi“. Čakštaviše, ove linije mogu biti pobuđene samo da emituju svjetlo pri temperaturama od nekoliko hiljada stepeni K i dosta malim gustinama (1-100 atoma/cm³). Kod planetarnih maglina nema kontinualnog spektra što ukazuje na važnu činjenicu da su planetarne magline ustvari vrući, razrijeđeni gas. Ova linija je u plavo-zelenom dijelu spektra. Korespondira, sretnom slučajnošću, sa maksimalnom osjetljivošću tami prilagođenog ljudskog oka, tako da su O-III filteri ujedno i koristan vizualni pribor (posmatranja teleskopom). O-III linija je dominantna kod emisije planetarnih maglina. Usput rečeno, O-I predstavlja nejonizovani kisik, a O-II je jonizovani kisik, pa dvostruka jonizacija kisika dobija oznaku O-III.

Zanimljivo je da je filter O-III osjetljiviji na Mjesečevu svjetlost nego H-alfa filter jer mjesečina, koja predstavlja reflektovanu Sunčevu svjetlost, ima peak na oko 500nm, tačno u području rada O-III filtera. To je jedan od rzaloga da se koristi filter sa što užim pojasom (npr. 3,5nm Astrodon).

Takođe, u maglinama je uvijek više vodika nego kisika pa astrofotografi često “razvlače” snimak sa O-III filterom do nivoa kao i kod snimaka sa H-alfa filterom. To najčešće dovodi do znatno većeg šuma na O-III snimcima nago ha H-alfa snimcima. Jedini lijek za to je što više snimaka sa O-III filterom i stakiranje.

Sumpor-II – 672,4 nm

Pojedinačno jonizovani sumpor emitira svjetlo u dubokom crvenom dijelu spektra, iza H-alfa. Emisija je slabija od H-alfa i O-III, ali je najčešći filter korišten nakon ova dva.

Dušik-II – 658,4 nm

Pojedinačno jonizovani dušik (nitrogen), poput H-alfa i S-II, također daje svjetlo u crvenom dijelu spektra. N-II je manje korišten filter, ali njegova upotreba česta je u poznatim Hubble slikama, a povremeno ga koriste i amateri.

Prednosti uskopojasnog snimanja

Primarne prednosti uskopojasnog snimanja su sposobnost detektiranja više detalja u maglinama, naglašavanje specifičnih struktura (H-alfa, OIII, SII), povećanje kontrasta na slikama, produžavanje vremena snimanja (čak i kada je Mjesec pun!) i mogućnost snimanja sa područja koje je svjetlosno zagađeno jer filteri ne propuštaju svjetlost koju emitira većina uličnih svjetala niti mjesečevu svjetlost. Također, uskopojasni snimci izoliraju svjetlost koju odaju određene vrste plinova, tako da su slike zanimljive i za naučna istraživanja jer mogu mnogo reći o tome što se događa unutar same magline. Zbog toga se, između ostalog, ove vrste filtera koriste i na Hubble svemirskom teleskopu i drugim profesionalnim instrumentima. Još jedna prednost je i tzv. “antiblooming“ zvijezda – budući da filteri propuštaju manje zvjezdane svjetlosti (ali pri tome još uvijek propuštaju većinu svjetlosti magline) mogu se raditi duže ekspozicije bez “cvjetanja” svjetlijih zvijezda na slici, tj. prelivanja fotona na susjedne piksele u blizini zvijezde.

Clipboard01 Neželjene spektralne linije (plava boja) i poželjne linije (crvena boja)

Kombiniranje boja

Uskopojasni filteri ne pokušavaju replicirati spektralnu osjetljivost ljudskog oka. Zato se slike u boji stvorene uz pomoć ovih filtera zovu “lažne” slike u boji (eng. false color images). Obično se koriste tri filtera, i svaki se dodijeljuje jednom kanalu RGB slike. Jedan filter postaje crveni dio slike, jedan postaje zeleni dio, a treći je plavi dio slike. Nakon kombinacije, svaka boja predstavlja određenu talasnu dužinu svjetlosti i stoga određeni element u oblaku plina. Osim što je slika lijepa, uskopojasna slika je također naučno zanimljiva – zbog čega se, između ostalog, ove vrste filtera koriste i na Hubble svemirskom teleskopu i drugim profesionalnim instrumentima.

Najčešće korišteni filteri su H-alfa, O-III i S-II. Redoslijed kombiniranja uskopojasnih filtera na RGB slici je proizvoljan. Dole su navedene najčešće metode. Treba imati na umu da je H-alfa gotovo uvijek dominantna emisija iz regija koje stvaraju zvijezde, pa će svaki kanal koji se dodijeli H-alfi biti uglavnom primarna boja konačne slike. Iznimka mogu biti neke planetarne magline gdje je O-III dominantna emisija.

a. HOS tehnika

H-alfa = crvena

O-III = Zelena

S-II = plava

U ovoj metodi dominantna emisijska linija H-alfa dodjeljena je crvenom kanalu. Budući da ova linija emisije i inače pridonosi crvenoj boji u normalnim RGB-filtriranim slikama sa maglinama, ova metoda daje aproksimaciju prave boje, tj. emisiona maglina izgleda uglavnom crvenkasta. Međutim, u ovoj metodi, plavi kanal dolazi iz S-II (koji je zapravo u crvenom dijelu spektra), i zato ne postoji dio plavog spektra na slici.

Maglina Rozeta snimljena HOS tehnikom (copyright: Bill Jones)

b. SHO (“Hubble paleta”) tehnika

S-II = Crvena

H-alfa = zelena

O-III = Plava

Na prvi pogled, ovo ne izgleda kao logična kombinacija, budući da mislimo o O-III kao zelenom svjetlu a H-alfa kao crvenom. Ali, ova metoda zapravo stavlja filtere po redu od “najplavije” do “najcrvenije” boje. Ni ovdje nema plavog dijela spektra, ali O-III je najbliži plavom kraju spektra, S-II je najbliži crvenom kraju, a H-alfa je između. Ova kombinacija koristi se u nekim od najpoznatijih Hubble-ovih slika kao što su npr. “Stubovi stvaranja” (slika dole). Budući da je H-alfa dodijeljena zelenom kanalu, slike kombinirane na ovaj način izgledaju uglavnom zelenkaste.

“Pillars of Creation”, SHO tehnika (copyright: Jeff Hester and Paul Scowen – Arizona State University, and NASA/ESA)

c. HaOHb tehnika

H-alfa = crvena

O-III = Zelena

H-beta = plava

Osnova ove kombinacije je da svaki filter predstavlja jedan dio vizuelnog spektra. H-beta je zapravo u plavom dijelu spektra, O-III u zelenom, a H-alfa u crvenom. S-II ili N-II bi mogli zamijeniti H-alfa, ali je H-alfa dominantna emisija u većini maglina, pa se njegova upotreba obično preporučuje.

d. SNH tehnika

S-II = Crvena

N-II = zelena

H-alfa = plava

Ova metoda koristi sve tri linije emisije u crvenom dijelu spektra. Slična je HOS metodi. Budući da je H-alfa plavi kanal, a budući da je N-II druga druga istaknuta linija, slike imaju tendenciju da su plavkasto-zelene. Druga mogućnost je da se koriste isti filteri, ali H-alfa učiniti crvenom što će dati crvenkasto-žute boje u maglini.

e. HOO tehnika (tzv. “bicolour mapping”)

H-alfa = crvena

O-III = Zelena

O-III = Plava

Postoji nekoliko prednosti ove metode. Prvo, ona zahtijeva 1/3 manje slika, jer se koriste samo dva filtera. O-III snimak se, naime, koristi za zeleni i plavi kanal finalne RGB slike. Takođe, mnogi objekti imaju vrlo malo emisije izvan ovih dviju linija (H-alfa i O-III), tako da često nema puno prednosti trošenja dodatnog vremena za snimanje drugih emisionih linija. Ova metoda posebno dobro funkcionira na maglini Veo i dobar je izbor za planetarne magline, budući da je njihova emisija uglavnom od pobuđenog kisika.

Maglina Uteg (M27) snimljena HOO tehnikom (copyright: Victor Van Puyenbroeck)

Ovdje je data komparacija kako izgleda maglina M27 obrađena različitim tehnikama.

Snimanje uskopojasnim filterima

Najočiglednija razlika između uskopojasnog snimanja i snimanja “normalnih” RGB slika je da su potrebna mnogo duža vremena ekspozicije. Vrijeme ekspozicije može se povećati 10 puta više nego kod standardnih RGB ekspozicija. Dakle, ako ste navikli uzimati 3 minute ekspozicije, pripremite se minimalno za pola sata! Na kraju, količina detalja koja se može postići vrijedna je dodatno uloženog vremena.

Metode koje se primjenjuju su u osnovi iste kao i kod normalne RGB slike, uz neke modifikacije.

Filteri

Filteri koji se koriste pri uskopojasnom snimanju obično imaju propusnost u rasponu od 3-10 nm. Najpopularniji filteri su Astrodon, Custom Scientific i Baader. U novije vrijeme javljaju se i kineske varijante (npr. Optolong, ali njihova kvaliteta je upitna zbog manjka kontrole). Propusnost je kod nekih filtera proširena kako bi se omogućilo korištenje teleskopa sa manjim f brojevima (“brži” teleskopi) kao što su Takahashi i TeleVue refraktori. Kod bržih teleskopa, uskopojasni filteri odstupaju od zadate propusnosti, što znači da se odmaknu od talasne dužine za koju su dizajnirani da snimaju. Rezultat je značajan pad osjetljivosti. Šira propusnost filtera omogućava da emisiona linija ostane unutar filterove najveće transmisione zone, čak i ako se malo pomakne. Za vrlo brze teleskope potrebna je još šira propusnost. Za teleskope brže od f 4, kao što su Takahashi Epsilon astrografi (f3 do f3.8) i Celestron HyperStar SCT sistemi (f 1.9), potreban je minimalno 10nm filter.

Vrijeme ekspozicije (snimanja)

Vrlo duge ekspozicije često se koriste kod uskopojasnih filtera. Nekoliko sati snimanja svake boje nije neuobičajeno. Tipične pojedinačne ekspozicije mogu biti u rasponu od 20-30 minuta (nekad i do dva sata), obično sa minimalno 5 ili 6 ekspozicija sa svakim filterom. Cijela noć snimanja jednog objekta je, dakle, uobičajena. Najčešće se radi nekoliko noći snimanja. Zbog toga je važno imati program koji okreće teleskop uvijek na isti kadar (npr. SGPro).

Obično su ekspozicije iste za svaki filter, ali kao i kod RGB snimanja, moguće je odrediti osjetljivost kamere pri svakoj valnoj dužini i podesiti vrijeme ekspozicije u skladu s tim. Ali općenito, upotrebljavaju se ekspozicije u omjeru 1: 1: 1, za svaki filter.

Vođenje

Pronalaženje zvijezde za vođenje može biti dosta teško pri uskopojasnom snimanju. Mnogi astrofotografi za vođenje koriste posebnu kameru na dodatnom teleskopu. To ima nekoliko prednosti. Najveća je što kamera za vođenje ne gleda kroz filter pa zvijezde izgledaju svjetlije i pronalaženje prikladne zvijezde za vođenje je jednostavnije.

Potencijalni nedostatak ovog sistema su tzv. fleksije – noćna mora astrofotografa – koje uzrokuju da glavni teleskop ne bude savršeno poravnat sa teleskopom za vođenje tokom ekspozicije. Ovo je potencijalno problem kada se SCT koristi kao glavni teleskop, a mali refraktor koristi kao teleskop za vođenje. Međutim, dobar broj fotografa koristi upravo ovaj set sa dosta uspjeha, pri čemu treba biti oprezan. Treba koristiti čvrstu vezu između teleskopa, treba fiksirati sve kablove da se ne pomjeraju, treba provjeriti suosnost dva teleskopa, itd.

Dodatna opcija je korištenje OAG-a (off axis guider) koji se može staviti između teleskopa i kamere (ili filter kotača). Nedostatak je vrlo malo i dosta tamno vidno polje, posebno ako se snimaju objekti u blizini kojih nema mnogo (sjajnijih) zvijezda.

Fokusiranje

Fokusiranje se obavlja na isti način za uskopojasno snimanje kao i za ostala snimanja, pri čemu su sada ekspozicije znatno duže. Da biste dobili tačan fokus, provjerite da li je ekspozicija dovoljno duga da se zvijezda značajno razlikuje od pozadinskog šuma. To se lako vidi kada gledate profil zvjezde, na primjer na tabu Inspect u MaxIm DL programu. Zvjezda mora biti jasno vidljiva u odnosu na pozadinski šum.

Postoji velika razlika između debljine standardnih prozirnih i RGB filtera i tipičnih uskopojasnih filtera. To znači da ako je teleskop fokusiran s prozirnim filterom, bit će prilično daleko od fokusa kada se uskopojasni filter stavi na mjesto. Postoji i razlika od filtera do filtera unutar grupe uskopojasnih filtera, pa je često potrebno ponovno fokusiranje za svaki filter. Ovdje od velike pomoći može biti svaki elektronski fokuser, a od posebne koristi je automatski fokuser.

Neki setovi RGB filtera, kao što su Astrodon filteri, dizajnirani su tako da budu parfokalni s H-alfa filterima, ali još uvijek postoji neka mala razlika između, recimo, H-alfa i O-III filtera.

Obrada slika

Obrada slika obično je prepuštena kreativnosti pojedinca. Od programa za obradu izdvajaju se Pixinsight (kalibracija i procesiranje), Photoshop (procesiranje), Nebulosity (kalibracija i bazično procesiranje), MaximDL (kalibracija).

Primjeri fascinantnih snimaka i obrade slika dobijenih uskopojasnim filterima mogu se vidjeti npr. kod Sare Wager.

NGC2359 – Thors Helmet (copyright: Sara Wager)

NGC7635 – The Bubble nebula (copyright: Sara Wager)

Reference

Share this:

Leave a comment Cancel reply