La fotografia delle costellazioni LiceoCaro

Corso Residenziale di Astrofotografia
Cenni generali sull'astrofotografia
(attrezzature e tecniche)
di Antonio Catapano
La fotografia delle costellazioni
I tenui colori delle nebulose non sono visibili guardando
direttamente dal telescopio
poiché l’occhio umano è un ricettore istantaneo ,
mentre laTra
fotografia
è loapplicative
strumento dell’astronomia
più adatto per apprezzare i
le tecniche
coloriladel
cielo con
la sua che
capacità
disoddisfazioni,
accumulare gli effetti
fotografia
è quella
dà più
sia ai neofitiluminosi
che ai più esperti.
La fotografia a largo campo è la più utilizzata
in assoluto, in quanto permette anche ai meno esperti
di poter eseguire belle riprese
di costellazioni e congiunzioni planetarie
L’attrezzatura necessaria non è molto costosa né sofisticata
L’attrezzatura minima
Per le foto astronomiche più semplici dette
a CAMERA FISSA avremo bisogno di
una macchina fotografica Reflex dotata di:
1) tempo di posa manuale (posa B)
2) otturatore meccanico
3) scatto flessibile 25-30 cm
4) alcuni obiettivi con diverse focali
un treppiede fotografico
abbastanza robusto in quanto anche usando bassi
ingrandimenti a focali normali e grandangolari e
aprendo il diaframma a f2,8 / 4 si opera pur sempre di
notte o al crepuscolo, con relativi tempi di esposizione
lunghi.
Gli “accumulatori” di informazioni
Le pellicole sono i nostri accumulatori di fotoni e
devono essere tra le più sensibili, dai 400 ISO in su
per evitare tempi di esposizione troppo lunghi, e
del tipo con “difetto di reciprocità” molto ridotto
•Sensori Digitali :
•CCD Charge Coupled Device,
•CMOS Complementary Metal-Oxide Semiconductor.
Entrambi i tipi sono basati sul silicio, hanno proprietà simili e funzionano
convertendo la luce che li colpisce (fotoni) in carica elettrica (elettroni)
Ogni sensore è composto da milioni di “fotositi” che effettuano la conversione
“fotoni-elettroni”.
Ogni singolo fotosito sarà in grado di fornire in uscita una carica elettrica
proporzionale alla quantità di fotoni che lo hanno colpito; la carica generata dai
fotositi viene poi convertita da un apposito circuito di conversione analogico-digitale
in un valore numerico.
L'insieme dei valori forniti dai fotositi viene elaborato dal microprocessore della
fotocamera e costituisce l'informazione necessaria alla ricostruzione dell'immagine
catturata.
Cosa possiamo inquadrare
L’estensione delle costellazioni va dai circa 100 gradi quadrati della
piccola croce del sud agli oltre 1200 gradi quadrati dell’Idra
Questa formula calcola il campo inquadrato in mm sul sensore/pellicola
sapendo le dim.in primi d’arco
Cmm = dim-oggetto’ x Focale-obiettivo / 3438’
Da cui avremo
dim-oggetto’ = 3438’ x Cmm / Focale-obiettivo
ricavandoci che con una focale di 50 mm su formato (24 x 36mm)
copriremo un campo di 27° x 41°  1107 ° quadrati
Considerando che le costellazioni si possono estendere in lunghezza,
una normale macchina Reflex con obiettivo 50mm oppure “zoom” 3570mm risulta adatta a riprendere costellazioni medio-grandi e , parti di
quelle più estese
Ottiche fotografiche
Obiettivo
Supergrandangolari
focale
17 - 24 mm
campo coperto in diagonale
120 - 90 gradi
Grandangolari
28 - 38 mm
74 - 60 gradi
Vanno bene tutte le ottiche
fisse e meno bene
gli “zoom”,
specie (quelli
economici,50che
complessi
Normali
ingrand.unitario)
mmhanno schemi ottici46
gradi e
che possono generare riflessi interni e aberrazioni.
Teleobiettivi
105 - 200 mm
23 - 12 gradi
Superteleobiettivi
300 - 1000 mm
8 - 1,5 gradi
Con i grandangolari da 24 a 35 e con i 50 mm (i cosiddetti normali)
otterremo splendide immagini di costellazioni, inoltre comprendendo
nell'inquadratura montagne, panorami, vecchi edifici avremo riprese di
comete e sciami di meteoriti veramente suggestivi.
Mentre con i teleobiettivi potremo ambire a catturare congiunzioni
strette, ammassi stellari e le galassie più vicine.
La rotazione terrestre
La Terra compie una
rotazione su se
stessa in 23h 54m
Le stelle ,quindi, si
sposteranno di 1
grado ogni 4 minuti
Il cielo su di noi è in continuo movimento.
Usando il solo cavalletto I tempi di esposizione a nostra
disposizione sono ridotti perché si ha a che fare con la
rotazione terrestre
La foto a camera fissa
Questo è il risultato che si ottiene facendo una posa di 5 minuti
nella stessa direzione del cielo su treppiede fotografico...
La rotazione terrestre ha reso le stelle come strisce luminose, per questa ragione
non si può andare oltre un certo tempo relativamente alla focale in uso,
a meno che non usiamo dispositivi appositi come gli inseguitori stellari.
Foto del 22 Luglio 2001 ore 2,00 dal Monte Arioso (Sasso Di Castalda Pz) a 1500 mt slm
Posa di 5 minuti su Fuji 800 Superia con Zenith 122 e obiettivo Fish Eye da 17mm a F2,8
su treppiede fotografico
La foto a camera fissa
La larghezza delle stelle sul sensore/negativo non deve superare i 40 micron,
pena la mancanza di nitidezza fino ad arrivare al mosso,
per questa ragione i tempi di sicurezza li possiamo calcolare con la seguente
formula
550
Tmax = -----------F cos g
Dove. 550 (num.costante) : F (Focale obiettivo); cos g (coseno declinazione del centro
dell’immagine inquadrata)
Focale
17 mm
24 mm
50 mm
135 mm
200 mm
900mm
Tmax g =0 °
32 sec
22 sec.
11 sec.
4 sec.
2,7 sec.
½ sec
Tmax g =60°
60 sec
40 sec
20 sec
7 sec
4 sec
1 sec
Risulta evidente che sull’equatore le stelle si muovono più velocemente,
lasciandoci a disposizione un tempo minore per accumulare informazioni.
Rotazione polare
Questa foto dimostra come il moto delle stelle accelera mano a mano
che la declinazione diminuisce dai 90 gradi della Polare fino allo 0
dell’ equatore celeste.
Foto ottenuta puntando il cavalletto al Polo Nord e tenendolo aperto l’otturatore
per 20 min obiettivo 17 mm f2,8
Mettiamo in pratica
Vediamo ora in pratica quello che possiamo
fotografare mettendo a frutto quello che abbiamo
detto fin’ora….
Ma vediamo ancora un consiglio tecnico sull’uso
corretto della regolazione dei diaframmi…
Diaframmi
I diaframmi permettono di
controllare la quantità di luce
che arriva al sensore/pellicola
raddoppiando o dimezzando
la quantità per ogni stop
In genere, chiudendo l’obiettivo
di uno o due diaframmi, la
qualità dell’immagine ai bordi
migliora sensilmente eliminando
l’effetto vignettatura
Orsa Maggiore da Vico Equense 8-4-2002 Pellicola Kodak God 200 Iso con Nikon F80
su treppiede obiettivo grandangolare 28mm diaframmato a f3,5 20 sec
Obiettivo supergrandangolare
Cielo invernale 3/3/2000 dal monte Terminio (AV) a quota 1400
4 minuti su Kodak 1000 con obiettivo 17mm F2,8 con treppiede
Congiunzione pianeti
con medio grandangolo
Luna Venere Giove 18-2-1999 lungomare di C/mare di Stabia
4 sec. su Fuji Superia 400 con Zenith FL obiettivo 37mm f2.8 su treppiede
Congiunzione pianeti con teleobiettivo
Luna Venere Giove la stessa serata, ingrandita col tele 135 mm a f2,8
5 sec. Fuji Superia 400 con reflex Zenith su treppiede
La magnitudine limite
Quante stelle riuscirò a rilevare nella mia foto ?
Più lunga sarà l’esposizione e più sensibile sarà la pellicola tanto più deboli
saranno le stelle che potrò impressionare,
come dimostra la formula:
m = - 9,7 + 2,5 Log (ISO x T x D^2)
T = tempo di esposizione
ISO = sensibilità pellicola/sensore
D = diametro obiettivo (mm)
Esempio: volendo usare un obiettivo da 25mm di diametro e 50mm di
focale con 17s di esposizione raggiungeremo la magnitudine:
con sensibilità a 400 ISO
con sensibilità 1000 ISO
m =- 9,7 + 2,5 Log ( 400 x 17 x 25^2) = 6,87
m =- 9,7 + 2,5 Log (1000 x 17 x 25^2) = 7,87
Tabella magnitudine limite
Diametro obiettivo cm
2,5 (50mm f2)
5 (200mm f4)
6
8
10 (Mto1000 f10)
Magnitudine limite
7,8
12,8
13,2
13,8
14,3
Foto “più profonde” (Deep)
Per avere foto più “profonde” delle costellazioni
e per catturare la debole luce delle nebulose,
dovremo usare tempi superiori ad alcuni minuti e
utilizzare come inseguitore stellare il telescopio.
Il grande vantaggio della montatura equatoriale
nei telescopi consiste nel permettere il
controbilanciamento della rotazione terrestre con
un solo movimento costante in A.R.
Per usufruire di questa possibilità dovremo prima di tutto parlare
dello stazionamento corretto del telescopio e della messa in polare,
che non sia fatta “ad occhio” , altrimenti risulterebbe insufficiente per un corretto
inseguimento che generebbe stelle non puntiformi.
Stazionamento preciso
Le montature alla tedesca hanno l'asse orario cavo, con
un cannocchialino per il puntamento al polo; con esso è
facile puntare la Stella Polare, portandola al centro del
crocicchio.
Così facendo l'errore di puntamento è inferiore a 60’ (1°)
perché la Stella Polare dista meno di questa quantità dal
polo vero (47' nel 1992).
I cannocchialini, oltre che di un crocicchio, sono
anche dotati di un riferimento circolare con
raggio di circa 45-50 primi d'arco.
Portando l'immagine della Polare lungo questo
circolo (in un punto determinabile grazie a
graduazioni esterne con riferimento all'A.R. della
Polare), l'errore scende a pochi primi, cioè ad
un valore accettabile anche nel caso di una
fotografia a lunga posa.
1) asse orario, che deve essere
diretto sul polo celeste e quindi
inclinato di un angolo pari alla
latitudine
2) asse declinazione
Stazionamento con montatura a forcella
Sfortunatamente non tutte le montature hanno l'asse orario
cavo; infatti buona parte delle montature sono a forcella
e non consentono l'introduzione del cannocchialino né lo
hanno all'esterno parallelamente all'asse orario (dove
potrebbe svolgere la stessa funzione).
In questa circostanza un puntamento relativamente
preciso e veloce si ottiene ruotando il tubo telescopico
finché risulta parallelo all'asse polare, il che deve
verificarsi quando l'indice del cerchio di declinazione
segna +90°.
Quindi si blocca l'asse di declinazione e si agisce con i
movimenti di altezza e azimut della montatura rispetto al
suo piano orizzontale finché nel cercatore compare la
Polare.
Naturalmente il cercatore sarà ben allineato col
principale. Anche qui, come nel cannocchialino nell'asse
polare, avere la Polare al centro del crocicchio significa
commettere un errore che si mantiene nell'ordine di 0,51 grado.
Foto in parallelo
I “piggy back” sono i dispositivi per accoppiare telescopio e
macchina fotografica
Alcuni sono fissi e altri snodati, con la possibilità di disassare l’asse ottico
dell’obiettivo fotografico rispetto a quello del telescopio.
Questo fatto risulta comodo perché consente di puntare la macchina
fotografica non necessariamente nello stesso preciso punto del telescopio
Attenzione a deviare troppo dall’asse ottico si otterrà una “rotazione di
campo”, avremo cioè al centro del fotogramma le stelle abbastanza puntiformi
e una rotazione sempre maggiore di quelle ai bordi.
Foto in parallelo non guidata
La Via Lattea e le
costellazione del
Sagittario
Oggetto: Sagittario Autore: Antonio Catapano Ripresa: 1,5 minuti senza inseguimento su Meade Lx50 10“
Strumento: reflex Canon EOS 300D 55mm F5,6 a 800 iso Luogo: Vico Equense Data: 12 06 2005 ore 00:30
Inseguimento della posa
Per focali superiori ai 50mm e per pose superiori ai 3-4
minuti diventa necessario “guidare” il telescopio.
Infatti bisognerà “inseguire” una stella discretamente
luminosa scelta nei paraggi del centro geometrico della foto
Usando un oculare con reticolo illuminato, dovremo
mantenere quella stella al suo centro, correggendo in Ar
e Dec con la pulsantiera della montatura del telescopio.
In questo modo correggeremo l’eventuale errore di
“messa in polare” e gli inevitabili errori periodici che
affliggono la maggior parte delle montature commerciali
Inseguimento della posa
Per sapere quanti ingrandimenti
servono per “inseguire” in maniera
adeguata la foto potremo usare
questa formula :
I = F / 10
Esempio:
per fotografare con una focale di 500 mm
dovremo guidare con un oculare che ci
dia almeno 50 ingrandimenti
Inseguimento della posa con autoguida
Un sistema di autoguida è composto da un Camera CCD che riprende ad
intervalli brevi una stella di guida, passando l'immagine ad un software che
esamina rapidamente la posizione della stella nel fotogramma ed istruisce la
meccanica sulle correzioni da eseguire, per riportare la stella al centro del
campo di guida.
Chiaramente, affinchè il sistema sia efficace, tutte queste attività automatiche
dovranno avvenire in un arco di tempo molto breve, tipicamente nell'ordine della
decina di secondi.
Avremo la Camera CCD o Reflex per la ripresa sullo strumento principale ed
una Webcam /CCD di autoguida su un cannocchiale ausiliario;
http://www.astrogb.com/art_autoguida.htm
Foto guidata 1
La Costellazione del Cigno e le sue Nebulose ad emissione
29 Luglio 2000 ore 3,30 da Rifreddo (Potenza) 5 minuti di esposizione su Diapositiva Kodak Eph 1600
(Phanter) con Zenith 122 e obiettivo Pentacon 50mm a F2, eseguita in parallelo al telescopio Meade
2080B 20cm e guidata con reticolo illuminato a 166 X
Foto guidata 2
Sagitta e Nebulosa Planetaria M27
inquinato
diaframmato per cielo
Da Vieste (FG) il 07/08/2002 ore 23:56 quota 50 m slm , posa di 4 minuti su DIA Kodak E200 con obiettivo
135mm a chiuso a F4 guidata con MTO 1000 F10 su montatura Equatoriale Meade Lxd 500A guidata con
reticolo illuminato a 83 X
Foto guidata 3
Costellazione della Lira
Da Vieste (FG) il 07/08/2002 ore 23:56 quota 50 m slm , posa di 4 minuti su DIA Kodak E200 con
obiettivo 135mm a F2,8 guidata con MTO 1000 F10 e reticolo illuminato a 83 X su montatura
Equatoriale.Meade Lxd 500A
Foto guidata 4
Galassia Andromeda M31
su Reflex Digitale e teleobiettivo 200mm F4
Oggetto: galassia M31 in Andromeda Autore: Antonio Catapano Tipo ripresa: Reflex Canon
EOS 300D - 462sec a 800 ISO - Teleobiettivo 200mm F4 Jupiter, guidata in parallelo a 166x su
Meade LX50 da 254mm F10 Luogo: Piano Ruggio 1550m s.l.m. - Parco Nazionale del Pollino (Pz)
Data e ora: 19 Agosto 2004, 02:00Z
Tempo massimo di posa
Esiste un tempo massimo di posa per una ripresa
deep-sky,
oltre il quale non avremo miglioramenti
nell'immagine, ma
solo peggioramenti dovuti alla velatura del fondo
cielo.
Tempo limite di saturazione
Il cielo notturno ha una luminosità propria che come le stelle
impressiona la pellicola fotografica
Quindi se il tempo di posa oltrepassa un certo limite otterremo
un fondo cielo troppo luminoso
Bisogna saper valutare la luminosità del fondo cielo e sapersi
regolare di conseguenza
Da prove sul campo possiamo riferici ad una tabella indicativa
Diaframma
f/1,4
f/2
f/2.8
f/4
f/5.6
f/8
400 iso
7 min
15 min
30 min
60 min
120 min
240 min
800 iso
3,5 min
7,5 min
15 min
30 min
60 min
120 min
1600 iso
1,7 min
3,7 min
7,5 min
15 min
30 min
60 min
Questi valori si riferiscono a un cielo buio di alta montagna senza inquinamento luminoso e
Luna e magnitudine limite, nella zona inquadrata, pari a circa 5,5
Approfondimenti
Volendo scoprire matematicamente qual è il
tempo limite di posa dovremo continuare il
discorso…...
Tempo limite di posa
( in secondi)
Esiste un tempo massimo di posa per una ripresa deep-sky, oltre il quale non si hanno
miglioramenti nell'immagine, ma solo peggioramenti dovuti alla velatura del fondo cielo.
E’ molto importante stimare il parametro m0 la magnitudine visibile ad occhio
nudo nella zona di cielo dove si effettuerà la ripresa.
Un altro parametro è il difetto di reciprocità detto “r”, vale 1 sempre per i sensori
digitali e per le pellicole nel caso di pose brevi (per la Kodak E200 e la PJM-2 vale 1 fino
ad esposizioni di 5-6 minuti); per tutte le altre pellicole hanno, in genere, valori compresi tra
0.94 e 0.98.
Non è necessario inserire un valore esatto di "r" nella formula, ne basta uno approssimato,
non è un parametro fondamentale come lo è invece il parametro "m0" per un buon risultato
fotografico.
NOTA BENE: il risultato sarà il tempo massimo di posa, quindi è opportuno, per avere
buoni risultati fotografici, scattare due fotografie, una con questo tempo di posa e l'altra con
un tempo pari a 3/4 di quello ottenuto con la formula qui sotto
r = difetto di reciprocità (1 assente; 0,94 SC800/3200) t = tempo di posa in secondi
t/D = rapporto focale mo = mag. visibile ad occhio nudo iso = sensibilità della pellicola
Magnitudine limite in fotografia
La magnitudine limite fotografica è funzione della lunghezza focale
dell’obiettivo e del seeing medio.
Un buon cielo di montagna ha una luminosità di fondo assimilabile alla 13ª magnitudine su
di una superficie di “un primo d’arco” (se consideriamo un seeing medio di 3” - 4” d’arco
che “sparge” la luce delle stelle )
Quest'altra formula permette di calcolare approssimativamente la magnitudine limite
fotografica di un dato strumento. Il diametro delle stelle nella fotografia è rappresentato dal
simbolo "d" : in genere è di 40 micron che equivale a 0.04 mm .
f = lunghezza focale dello strumento
d = diametro stelle ( 0.04mm )
mo = magnitudine visibile ad occhio nudo
Per finire
fotografare le stelle non è tanto complesso…
basta acquisire un po’ di tecnica e armarsi di una
buona dose di pazienza
Buon lavoro