ASTROFOTOGRAFIE

Zbyněk Vraštil



Vybavení aneb co k tomu budu potřebovat

Jak jsem zmínil v úvodu, techniky popisované na těchto stránkach se týkají fotografování dlouhých expozic na paralaktické montáži. Tomu odpovídá i následující popis vybavení. To, co je nejvhodnější pro deep-sky focení nemusí být nejvhodnější pro pořizování snímků těles sluneční soustavy apod.


Dalekohled

Dá se říct, že v podstatě jakýkoliv astronomický dalekohled s možností výměny okulárů je možné použít pro fotografování deep-sky objektů. Některé typy dalekohledů jsou však vhodnější než jiné. Pokud s fotografií teprve plánujete začít a nějaký dalekohled máte, určitě kvůli tomu nekupujte hned jiný. Zejména v začátcích budete dalekohled používat hlavně pro vedení (pointaci) fotoaparátu s běžným fotografickým objektivem a v takovém případě vyhoví prakticky libovolný dalekohled. Následující podkapitoly rozebírají různé typy dalekohledů z hlediska vhodnosti pro focení v primárním ohnisku.


Refraktory

Refraktory neboli čočkové dalekohledy se často rozdělují do dvou nebo tří skupin - na achromatické, apochromatické, případně ED refraktory. Liší se především svou zbytkovou barevnou vadou. Refraktory totiž pracují na principu lomu světla, který je závislý na vlnové délce - modré světlo se láme jinak než červené. To má za následek tzv. barevnou vadu - v případě jasnějších hvězd se projeví jako barevné (obvykle zelené nebo fialové) kotoučky kolem jasnějších hvězd. Důvodem je to, že každá barva je zaostřena do jiné vzdálenosti od objektivu - při zaostření na jednu barvu je jiná rozmazaná a vytváří kolem hvězdy "halo".

Barevnou vadu nelze úplně odstranit. Lze ji ale částečně potlačit. Nejhorší barevnou vadu by měl dalekohled, jehož objektiv by byl tvořen jedinou čočkou. Takové se ovšem v praxi nepoužívají. Objektiv je vyroben z více optických členů, pečlivě zvolených tak, aby se jejich barevné vady vzájemně rušily.

Achromatické dalekohledy jsou nejlevnější a nejjednodušší. Jejich objektiv je tvořen dvojicí čoček (dubletem) - jednou spojkou a jednou rozptylkou. Čočky jsou vyrobeny ze skel s různým indexem lomu. Barevná vada je zmenšena což méně náročnému pozorovateli stačí, nicméně na fotografii se obvykle zřetelně projeví, zejména u jasnějších hvězd. U těchto dalekohledů se navíc projevují i další optické vady (jako kulová vada). Achromatické refraktory obecně nejsou příliš vhodné k focení v primárním ohnisku, přestože pro první pokusy postačí. Obvykle však výborně fungují jako pointační dalekohledy.


Apochromatické refraktory mají objektivy složitější konstrukce. Barevná vada je zde korigována nejméně pro tři vlnové délky a bývá minimálně o řád menší, než u achromatických objektivů. Objektivy mají současně lépe korigovanou kulovou vadu a plošší pole. K výrobě se používají speciální skla s nízkou závislostí indexu lomu na vlnové délce (ED skla, viz dále), Jde o vynikající přístroje, které jsou pro fotografii velmi vhodné (a často přímo určené). Při větších průměrech však jde o velice drahé přístroje (stovky tisíc). Zejména relativně dostupné krátkoohniskové apochromatické refraktory jsou velmi oblíbené mezi zkušenými astrofotografy.

ED refraktory často objevíme v nabídkách prodejců astrotechniky. V principu označuje zkratka ED (Extra-low dispersion) materiál, ze kterého jsou vyrobeny čočky objektivu - jde o poměrně drahé typy skel, které mají velice nízkou závislost indexu lomu na vlnové délce. Čočky vyrobené z těchto materiálů mají obecně velmi nízkou barevnou vadu samy o sobě. Čočky z tohoto materiálu se přirozeně dají použít k výrobě objektivů achromatické i apochromatické konstrukce. Pokud narazíte na dalekohled, označovaný výrobcem jako ED, jde obvykle o achromát z ED skel. Tyto dalekohledy bývají výrazně levnější než apochromatické přístroje a k fotografii jdou obvykle s úspěchem použít. Nevýhodou je menší korekce jiných optických vad.

Výhodou kvalitních refraktorů z hlediska astrofotografie je obvykle excelentní kresba a "tuhost" dalekohledu (viz nevýhody reflektorů). Nevýhodou je podstatně vyšší cena, pomalejší temperování dalekohledu (vyrovnání vnější a vnitřní teploty) a časté rosení objektivu. Fakt, že obrazy hvězd jsou kruhové bez difrakčních paprsků může být považován jak za výhodu, tak za nevýhodu - záleží na vkusu (mě osobně se difrakční paprsky líbí).


Reflektory

Jako reflektory se označují čistě zrcadlové dalekohledy. V naprosté většině případů, se kterými se můžete setkat, jde o dalekohledy Newtonovy konstrukce. V profesionální astrofotografii se často lze setkat s dalekohledy konstrukce Ritchey-Chretien (včetně Hubbleova kosmického dalekohledu). Jde ovšem o extrémě drahé přístroje. Zrcadlové dalekohledy netrpí barevnou vadou, protože odraz světla není závislý na jeho vlnové délce. Na druhou stranu trpí jinými optickými vadami, zejména komou. Tu je ovšem možné snadno korigovat dodatečným optickým členem (koma korektorem).

Newtonův dalekohled má jako objektiv duté zrcadlo (kulové nebo parabolické). Obraz je malým eliptickým zrcátkem odkloněn kolmo ven z tubusu, kde je buď okulár nebo fotoaparát. Tyto dalekohledy jsou velice populární mezi amatérskými astrofotografy díky jejich výbornému poměru cena/výkon a jejich "víceúčelovosti" - poskytují rozumný kompromis mezi světelností, ohniskovou vzdáleností a cenou. Dalekohled je konstrukčně poměrně jednoduchý a řada šikovných amatérů si jej dokonce vyrobila sama.

Výhodou reflektoru Newtonova typu z hlediska astrofotografie je nízká cena, nulová barevná vada. Díky otevřenému tubusu nejsou problémy s temperováním dalekohledu a díky hloubce uložení zrcadla nedochází k jeho rosení. Nevýhodou je u světelných Newtonů výrazná koma, kterou je ovšem možné snadno korigovat.

Další nevýhodou je fakt, že primární zrcadlo nemůže být uloženo příliš pevně, aby nedošlo k jeho deformaci vlivem teplotní roztažnosti. To ztěžuje pointaci sekundárním pointačním dalekohledem, protože po čase (jak se dalekohled pohybuje) dojde k "rozosení" hlavního a pointačního dalekohledu. Při focení digitální zrcadlovkou s expozicemi v řádu minut se to ovšem obvykle nestačí projevit. Další nevýhodou může být nutnost občasné kolimace (seřízení) optických prvků dalekohledu. Díky držáku sekundárního zrcátka mají na snímcích jasnější hvězdy zřetelné difrakční paprsky.

V případě komerčně prodávaných Newtonových dalekohledů narazí začínající astrofotograf často na jednu potíž. Ohnisko dalekohledu bývá poměrně blízko tubusu a stane se, že s originálním okulárovým výtahem není možné fotoaparát zaostřit (nejde dostat dostatečně blízko k tubusu). V případě současného použití mimoosového hledáčku (viz dále) je to prakticky jistota. Obvykle pomůže výměna okulárového výtahu za nižší (a většinou kvalitnější), např. typu Crayford, nebo použití speciálního nízkoprofilového adaptéru. Krajní možností je pak demontáž a zkrácení tubusu - takto drastických metod je ale potřeba použít jen ve vyjímečných případech.


Katadioptrické dalekohledy

Katadioptrické dalekohledy využívají jak odraz světla (zrcadla), tak lom světla (další optické členy, obvykle nejde o čočky v běžném slova smyslu). Často se setkáváme s konstrukcemi Schmidt-Newton, Schmidt-Cassegrain nebo Maksutov-Cassegrain. Primárně jde o zrcadlové dalekohledy s dodatečnými korekčními členy, které mají za úkol korigovat některé optické vady. Dalekohledy Cassegrainova typu navíc umožňují výrazné zkrácení konstrukční délky tubusu vzhledem k ohniskové vzdálenosti dalekohledu.

Schmidt-Newton je dalekohled stejné konstrukce jako běžný Newtonův dalekohled, který má ale na vstupu tubusu korekční desku. Ta slouží jednak ke korekci komy a jednak jako držák sekundárního zrcátka. Oproti Newtonovou dalekohledu s koma korektorem nepřináší žádnou podstatnou výhodu (kromě diskutabilní výhody absence difrakčních paprsků). Na druhou stranu má několik nevýhod - vyšší cena i váha, rosení korekční desky a pomalé temperování dalekohledu.

Schmidt-Cassegrain se skládá z korekční desky na vstupu (podobně jako u Schmidt-Newtonova dalekohledu), primárního parabolického zrcadla a sekundárního hyperbolického zrcátka. Jeho hlavní výhodou je malá konstrukční délka. Vyznačují se velkou ohniskovou vzdáleností a malou světelností. Z těchto důvodů nejsou příliš vhodné pro astrofotografii, kde je obvykle potřeba pravý opak. Ve spojení s vhodným reduktorem ohniska se ale jakž-takž použít dají. Jsou vhodné především pro planetární astronomii.

Maksutov-Cassegrain je konstrukčně podobný dalekohledu typu Schmidt-Cassegrain. Na vstupu je korekční člen (meniskus), primární i sekundární zrcátko jsou sférické. Dalekohled je obvykle o něco těžší, ovšem snazší na výrobu a tudíž při stejných parametrech levnější. Z hlediska astrofotografie jsou jeho výhody a nevýhody stejné jako Schmidt-Cassegrainu.


Fotografické objektivy

K astrofotografii samozřejmě není nutné použít dalekohled - dá se použít v podstatě libovolný fotografický objektiv. Jde o velice vhodný způsob jak s astrofotografií začít. Fotoaparát se připevní na dalekohled souběžně s jeho optickou osou a dalekohled je použit k vedení fotoaparátu, popř. k pointaci. Objektivy mají ve většině případů kratší ohniskovou vzdálenost a větší světelnost než dalekohled - díky tomu jsou menší nároky na přesnost zaostření i vedení dalekohledu a pointaci a je možné použít kratší expozice.

Na druhou stranu, jen poměrně málo objektivů se dokáže vyrovnat kvalitnímu dalekohledu z hlediska kvality snímku. I velice drahé a kvalitní objektivy, které za normálních podmínek dávají excelentní snímky, můžou vyjít ze srovnání se stejně drahým apochromatickým refraktorem dosti mizerně. Je to proto, že objektiv je primárně stavěný pro jiné podmínky (více světla, nižší kontrast). Existují ovšem i vyjímky. Obecně vycházejí lépe objektivy s pevným ohniskem (nezoomovací). Obvykle také pomůže objektiv o jeden-dva stupně přiclonit.


Ohnisková vzdálenost

Každý astronom-amatér zná typickou otázku laika, před kterým se zmínil o svém miláčkovi: "A kolikrát to zvětšuje?" Chce to značnou trpělivost a optimismus vysvětlovat stále dokola pojmy jako ohnisková vzdálenost, světelnost, rozlišovací schopnost nebo maximální užitečné zvětšení. Nicméně i začínající amatéři mívají často tendenci hodnotit kvalitu dalekohledu přímo úměrně s jeho ohniskovou vzdáleností.

Jaká ohnisková vzdálenost je ale vhodná pro astrofotografii? Obecná odpověď je, že v našich podmínkách je to cokoliv mezi centimetrem a metrem. Kvůli neklidu atmosféry (tzv. seeingu) vám větší ohnisková vzdálenost žádné další detaily nepřinese (pokud zrovna nebydlíte na Sněžce nebo v Alpách). Jestli je ale lepší dalekohled s ohniskem 400mm nebo 800mm se obecně rozhodnout nedá. Záleží to totiž na objektu, který zrovna chcete fotit. Většina zkušených astrofotografů si časem pořizuje dalekohledů víc, aby pokryli širší škálu nebeských objetků.

Kratší ohnisková vzdálenost (obvykle fotografický objektiv nebo refraktor, 100-500mm) má výhodu v menších nárocích na přesnost zaostření, kvalitu montáže (přesnost vedení dalekohledu) a pointaci. Navíc některé z nejkrásnějších nebeských objektů (rozsáhlé emisní mhloviny, skupiny galaxií, komety) jsou tak úhlově rozsáhlé, že s delším ohniskem není možné dostat je do zorného pole celé. Krátkoohniskové dalekohledy jsou navíc lehčí, snadno přenosné a také levnější než jejich větší bratříčci.

Delší ohnisková vzdálenost (refraktor nebo (častěji) reflektor, 600-1000mm) vám umožní pořídit záběry úhlově menších objektů (galaxie, planetární mlhoviny, kulové hvězdokupy...), kterých je na obloze mnohem více, než těch velkých. Na druhou stranu nároky na vybavení i fotografa jsou podstatně vyšší. Dalekohledy jsou těžké a velké, spíše převozné než přenosné a v případě refraktorů i velmi drahé.


Světelnost

Jednoduchá odpověď na otázku, jaká je vhodná světelnost dalekohledu pro potřeby astrofotografie, je "Čím větší, tím lepší." Má to však samozřejmě své háčky. Dalekohledy s vysokou světelností obvykle trpí buď výraznými optickými vadami nebo výrazně vysokou cenou. Rozumná světelnost pro účely astrofografie deep-sky objektů je F/4 až F/6. V případě nižší světelnosti (vyššího clonového čísla, > F/6) je možné světelnost zvýšit pomocí vhodného reduktoru ohniska - např. u refraktorů bývá reduktor často kombinován s rovnačem pole (field flattener), takže zároveň koriguje optické vady, které zvýšení světelnosti provázejí.


Shrnutí

Pokud se s astrofotografií chystáte začít, nejlepší je ten dalekohled, který už máte doma. Pro začátek rozhodně doporučuji vyzkoušet focení nějakým fotografickým objektivem s relativně krátkým ohniskem (35-100mm), připevněným souběžně s dalekohledem a postupně se propracovat k delším ohniskům. Pokud se rozhodujete o koupi nového dalekohledu, a rádi byste s ním kromě pozorování zkusili i fotografovat, doporučil bych buď ED refraktor nebo světelnější Newton s ohniskem okolo 750mm. Protože jde o nemalou investici, určitě bych doporučoval konzultovat své rozhodnutí v kvalitní prodejně jako je Supra Praha nebo Dalekohledy Matoušek, případně na Astrofóru.


Montáž

Montáž (tedy ta věc, která je mezi stativem a dalekohledem) má pro astrofotografii zcela klíčový význam. Její kvalita je důležitější než kvalita samotného dalekohledu. Na dalekohledu se obvykle dá ušetřit a přesto jím pořídit slušné, byť ne dokonalé fotky. Na nevhodné nebo nekvalitní montáži neuděláte žádné. Při fotografování jsou nároky na montáž podstatně vyšší, než při vizuálním pozorování stejným dalekohledem.

Montáže se dělí podle své konstrukce na azimutální a paralaktické neboli ekvatoriální (rovníkové). Zvláštním případem azimutální montáže je tzv. Dobsonova montáž. Azimutální montáže umožňují pohyb dalekohledu ve směrech doleva-doprava a nahoru-dolů. Jsou jednoduché a intuitivní na ovládání a hodí se pro účely pozorování při menších zvětšeních, zejména pro začínající pozorovatele. Nepotřebují protizávaží a nemusí se ustavovat. Pro účely deep-sky astrofotografie a dlouhých expozic jsou ovšem naprosto nevhodné. Neumožňují totiž plynule sledovat pohyb hvězdné oblohy, způsobený rotací Země.

Pro astrofotografii (stejně jako pro pohodlné pozorování, zejména při větších zvětšeních) je nutná paralaktická montáž. Tato montáž (pokud je správně ustavena) má jednu osu rotace rovnoběžnou se zemskou osou. Umožňuje s dalekohledem pohybovat ve směrech východ-západ a sever-jih. Pokud se montáž otáčí kolem své hlavní osy rychlostí jedné otáčky za 24 hodin, sleduje dalekohled zdánlivý pohyb hvězd po obloze. Paralaktická montáž je doplněna o další ovládací prvky, které umožňují měnit sklon a směr hlavní (tzv. RA - right ascension) osy tak, aby ji bylo možné nastavit rovnoběžně se zemskou osou v daném místě (sklon se samozřejmě mění se zeměpisnou šířkou). Tomuto procesu se říká ustavení montáže. Druhé ose se říká DE osa (od slova declination).

Německá a vidlicová montáž

Paralaktická montáž může být konstrukčně řešena různě. Nejčastěji se setkáme s jedním ze dvou typů - s montáží německou a montáží vidlicovou. Německá montáž připomíná písmeno T, kde svislá čárka je RA osa a vodorovná DE osa. Dalekohled je umístěn na jedné straně písmene T, na druhé straně je vyvážen vhodným protizávažím. Jde o nejběžnější typ montáže a zdaleka nejpoužívanějším pro astrofotografické účely. Její výhodou je, že může nést v podstatě libovolně dlouhý dalekohled. Nevýhodou je nutnost protizávaží, které váhu celé sestavy podstatně zvyšuje. Druhou nevýhodou je to, že při průchodu objektu v blízkosti nadhlavníku se dalekohled někdy zarazí o stativ a je nutné jej "přeložit" na druhou stranu montáže.

Vidlicová montáž připomíná písmeno U. Dalekohled je uchycen ve dvou bodech mezi dvěma horními konci písmene. Protože dalekohled je uchycen v těžišti soustavy, není potřeba protizávaží, což je jednoznačná výhoda této montáže. Na druhou stranu je vhodná především pro dalekohledy krátkých konstrukčních délek - pro dlouhý dalekohled by byla potřeba dlouhá vidlice a montáž by neměla potřebnou tuhost. Nejčastěji se používá pro krátké katadioptrické dalekohledy Cassegrainova typu nebo pro skutečně velké přístroje, kde je potřebná váha protizávaží neúměrně velká.


Montáž s pohonem?

Odpověď je "Určitě ano". Minimálně pohon RA osy je naprostou nutností. Pokud to s fotografií myslíte aspoň trochu vážně, chce to pohon motáže v obou osách, pokud možno s kvalitními krokovými motorky.

Nosnost montáže

Pro každou montáž udává výrobce tzv. vizuální a fotografické zatížení (pokud neuvádí, rovnou na ni zapomeňte, znamená to, že je pro focení nepoužitelná). Fotografické zatížení je obvykle tak o třetinu nižší než vizuální. Jinými slovy, při focení si nemůžeme dovolit naložit na montáž "kolik unese" - byla by značně nestabilní a nepracovala by dostatečně přesně. U běžně prodávaných dalekohledů se prodejce snaží z pochopitelných důvodů na montáži co nejvíc ušetřit a dalekohled bývá na horní hranici únosnosti montáže pro vizuální použití. To je potřeba zkontrolovat a případně zvolit montáž robustnější. Musíte si uvědomit, že při focení nebude na montáži viset jen dalekohled, ale i poměrně těžký fotoaparát (často s objektivem) a většinou i sekundární pointační dalekohled. Je proto dobře mít pro fotografické zatížení dostatečnou rezervu a u německé montáže to nezapomenout vynásobit dvěma (kvůli protizávaží).

Tuhost montáže

Dalším důležitým parametrem montáže je její tuhost. Jde o to, aby plně naloženou montáž nerozklepal každý náhodný dotek a závan větru. Tady je nejlepší spolehnout se na rady zkušenějších, např. na Astrofóru, nebo si nechat poradit v kvalitní prodejně. Nároky na tuhost montáže rostou s ohniskovou vzdáleností vašeho dalekohledu. Já osobně (a řada dalších lidí) mám z hlediska tuhosti dobré zkušenosti s montážemi firmy Synta, buď řady HEQ-5 pro menší dalekohledy nebo EQ-6 pro dalekohledy větší. Tyto montáže mají velmi dobrý poměr cena-výkon, byť obvykle vyžadují vyčištění a seřízení, aby se dal využít jejich plný potenciál.

Polární hledáček

Polární hledáček je malý dalekohled, zabudovaný do RA osy montáže. Slouží k jednoduchému a relativně přesnému ustavení montáže tak, že montáž nastavíme zhruba na sever a v polárním hledáčku zkontrolujeme pozici Polárky. Pomocí příslušných ovládacích prvků montáže dostaneme Polárku na správné místo. Polární hledáček je nesmírně užitečná věc, která vám ušetří spoustu času při ustavování. Většina montáží vhodných pro astrofotografii už hledáček obsahuje, do dalších se dá většinou dokoupit.

Vstup pro autoguider

Moderní montáže, které jsou vhodné pro astrofotografii, mívají často konektor, do kterého jde připojit tzv. autoguider - zařízení, které ve spojení s kamerou automaticky provádí pointaci (korekce chodu montáže během expozice). Pro focení krátkým ohniskem (hlavně přes fotografické objektivy) není obvykle pointace potřeba, ale při větších zvětšeních se bez ní neobejdete. Dá se provádět buď manuálně nebo pomocí zmíněného zařízení. Pokud u astrofotografie vydržíte, dříve nebo později (spíš dříve) začnete o nějakém autoguideru uvažovat - potom se port bude hodit.

Naváděná montáž

V poslední době se čím dál více prosazují naváděné montáže (často označované jako GO-TO). Taková montáž má ve své řídící elektronice databázi nebeských objektů (často desítky tisíc) a po kalibraci montáže (pomocí jedné nebo více známých hvězd) dokáže na libovolný objekt z databáze dalekohled automaticky namířit. To je na jednu stranu velice pohodlné. Na druhou stranu mi to (trochu straromilsky) přijde škoda - astronom by se měl vyznat na noční obloze a s trochou cviku a dobrou mapou hvězdné oblohy není problém najít během pár minut i objekt, který v dalekohledu okem nevidíte. Osobně si myslím, že naváděná montáž pro astrofotografii potřeba není, byť ušetří čas a někdy i nervy.

Shrnutí

Na montáži se nevyplatí šetřit - se špatnou montáží buď s astrofotografií po neustálých neúspěších skončíte nebo ji se ztrátou prodáte a koupíte si tu, co jste měli mít už od začátku. Dobrá montáž pro astrofotografii by měla mít dostatečnou nosnost, aby unesla vše, co na ni chcete navěsit. Měla by být dostatečně tuhá pro nejdelší ohnisko, se kterým budete fotit. Měla by mít pohony pokud možno v obou osách a polární hledáček. Vstup pro autoguider je výhodou. Protože montáž může být (a ze začátku většinou je) nejdražší část celého vybavení, rozhodně doporučuji nechat si poradit, co by bylo nejvhodnější pro váš konkrétní dalekohled.



Zpět na hlavní stránku