Corso Residenziale di Astrofotografia

1. Corso Residenziale di Astrofotografia

2. Cenni generali sull'astrofotografia(attrezzature e tecniche)di Antonio Catapano

3. 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 la fotografiaè lo strumento più adatto per apprezzare i colori del cielo con la sua capacità di accumulare gli effetti luminosi Tra le tecniche applicative dell’astronomia la fotografia è quella che dà più soddisfazioni, sia ai neofiti 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

4. L’attrezzatura minima Per le foto astronomiche più semplici dette a CAMERA FISSA avremo bisogno di una macchina fotografica Reflexdotata 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.

5. Gli “accumulatori” di informazioni Le pellicolesono 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 : • CCDCharge 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.

6. Cosa possiamo inquadrare 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 L’estensione dellecostellazioni va dai circa 100gradi quadrati della piccola croce delsud agli oltre 1200 gradi quadrati dell’Idra Considerando che le costellazioni si possono estendere in lunghezza, una normale macchina Reflex con obiettivo 50mm oppure “zoom” 35-70mmrisulta adatta a riprendere costellazioni medio-grandi e , parti di quelle più estese

7. Obiettivo focale campo coperto in diagonale Supergrandangolari 17 - 24 mm 120 - 90 gradi Grandangolari28 - 38 mm 74 - 60 gradi Normali (ingrand.unitario)50 mm 46 gradi Teleobiettivi105 - 200 mm 23 - 12 gradi Superteleobiettivi 300 - 1000 mm 8 - 1,5 gradi Ottiche fotografiche Vanno bene tutte le ottiche fisse e meno bene gli “zoom”, specie quelli economici, che hanno schemi ottici complessi e che possono generare riflessi interni e aberrazioni. 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.

8. 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

9. 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

10. 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 Tmax g =0 ° Tmax g =60° 17 mm 32 sec 60 sec 24 mm 22 sec. 40 sec 50 mm 11 sec. 20 sec 135 mm 4 sec. 7 sec 200 mm 2,7 sec. 4 sec 900mm ½ sec 1 sec Risulta evidente che sull’equatore le stelle si muovono più velocemente, lasciandoci a disposizione un tempo minore per accumulare informazioni.

11. 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

12. 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…

13. 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 grandangolare28mmdiaframmatoa f3,5 20 sec

14. 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

15. 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

16. 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

17. Quante stelle riuscirò a rilevare nella mia foto ? La magnitudine limite 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 ISOm =- 9,7 + 2,5 Log ( 400 x 17 x 25^2) =6,87 con sensibilità 1000 ISOm =- 9,7 + 2,5 Log (1000 x 17 x 25^2) =7,87

18. Tabella magnitudine limite Diametro obiettivo cm Magnitudine limite 2,5 (50mm f2) 7,8 5 (200mm f4) 12,8 6 13,2 8 13,8 10 (Mto1000 f10) 14,3

19. 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. Foto “più profonde” (Deep) 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.

20. 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). Stazionamento preciso 1) asse orario, che deve essere diretto sul polo celeste e quindi inclinato di un angolo pari alla latitudine 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. 2) asse declinazione

21. Sfortunatamente non tutte le montature hanno l'asse orario cavo; infatti buona parte delle montature sonoaforcellae non consentono l'introduzione del cannocchialino né lo hannoall'esterno parallelamente all'asse orario (dove potrebbe svolgere la stessa funzione). Stazionamento con montatura a forcella In questa circostanza un puntamento relativamentepreciso 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 erroreche si mantiene nell'ordine di 0,5-1 grado.

22. 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. Foto in parallelo 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.

23. La Via Lattea e le costellazione del Sagittario Foto in parallelo non guidata 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

24. Per focali superiori ai 50mm e per pose superiori ai 3-4 minuti diventa necessario “guidare” il telescopio. Inseguimento della posa 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

25. 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

26. Inseguimento della posa con autoguida Un sistema di autoguida è composto da un Camera CCD che riprende ad intervallibrevi 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

27. La Costellazione del Cigno e le sue Nebulose ad emissione Foto guidata 1 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

28. Sagitta e Nebulosa Planetaria M27 diaframmato per cielo inquinato Foto guidata 2 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 F10su montatura Equatoriale Meade Lxd 500A guidata con reticolo illuminato a 83 X

29. Costellazione della Lira Foto guidata 3 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  

30. Galassia Andromeda M31 su Reflex Digitale e teleobiettivo 200mm F4 Foto guidata 4 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

31. 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.

32. Il cielo notturno ha una luminosità propria che come le stelle impressiona la pellicola fotografica Tempo limite di saturazione 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 400 iso 800 iso 1600 iso f/1,4 7 min 3,5 min 1,7 min f/2 15 min 7,5 min 3,7 min f/2.8 30 min 15 min 7,5 min f/4 60 min 30 min 15 min f/5.6 120 min 60 min 30 min f/8 240 min 120 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

33. Approfondimenti Volendo scoprire matematicamente qual è il tempo limite di posa dovremo continuare il discorso…...

34. Esiste un tempo massimo di posaper una ripresa deep-sky, oltre il quale non si hanno miglioramenti nell'immagine, ma solo peggioramenti dovuti alla velatura del fondo cielo. Tempo limite di posa ( in secondi) E’ molto importante stimare il parametro m0 lamagnitudine 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

35. La magnitudine limite fotografica è funzione della lunghezza focale dell’obiettivo e del seeing medio. Magnitudine limite in fotografia 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

36. 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