Fotografia astronomiczna - poradnik: część II http://www.swiatobrazu.pl/fotografia-astronomiczna-poradnik-czesc-ii...
8 lipca 2010, 00:15 Autor: Odys J. Korczyński
czytano: 13706 razy
Fotografia astronomiczna - poradnik: część II
Obecnie zajmujÄ…cy siÄ™ fotografiÄ… astronomicznÄ…
mają już świadomość, że dzięki rozwojowi nauki
mogą zapisywać obraz tego, co fotony światła
przenosiły (czasem wiele milionów lat świetlnych)
w kierunku soczewek narzędzi obserwacyjnych.
Fotograf-amator wniósł i wnosi niesamowity
wkład w rozwój tej dziedziny fotografii. Niebo
wydaje się bliższe człowiekowi wraz z rozwojem
optyki i możliwości cyfrowego zapisu obrazu. Jak
więc wygląda używana w astrofotografii optyka i
co trzeba o niej wiedzieć, zanim przystąpi się do
jej używania?
Teleskop refrakcyjny (refraktor)
Z pewnością nawet dla osób, które nigdy nie zajmowały się fotografią, jest oczywiste, że używana do
obserwacji i fotografowania optyka instrumentów astronomicznych nie jest tą samą optyką, którą w
zwykłej fotografii - nawet tej z wielkich odległości - obiektywy 600-1200 mm. Zasada działania
refraktorów (teleskopów soczewkowych) i reflektorów (teleskopów zwierciadlanych) jest jednak w
pewnym sensie podobna do sposobu działania obiektywu aparatu fotograficznego.
Podobnie jak w fotografii wyróżnia się podstawowe parametry obiektywów (np. jasność, ogniskową
itp.), tak w optyce astronomicznej również istnieją podstawowe pojęcia, opisujące cechy optyczne
teleskopów, wykorzystywanych jako obiektywy.
Fotografia astronomiczna_Wysokiej klasy teleskop refrakcyjny_Messier R-152S 152760 na montażu Meade LXD-75 Autostar II
Średnica zwierciadła lub obiektywu (apertura)  zależy od niej rozdzielczość sprzętu oraz zasięg
obserwacyjny.
Ogniskowa  odległość między ogniskiem układu optycznego a centralnym punktem układu
optycznego.
1 z 8 2015-08-15 17:06
Fotografia astronomiczna - poradnik: część II http://www.swiatobrazu.pl/fotografia-astronomiczna-poradnik-czesc-ii...
Światłosiła  wartość ta opisuje stosunek średnicy obiektywu i ogniskowej.
Powiększenie  nie jest w ścisłym sensie parametrem teleskopu, ponieważ jego wartość zależy od
rodzaju użytego okularu. Okulary teleskopowe są wymienne w znakomitej większości modeli.
Powiększenie oblicza się, dzieląc ogniskową obiektywu przez ogniskową używanego okularu.
Teleskop bÄ…dz
luneta obserwacyjna mogą być zbudowane na zasadzie refrakcji światła (refraktory), co
oznacza załamywanie się promieni świetlnych podczas przechodzenia ich przez inny ośrodek (droga
powietrze-szkło). W refraktorze rolę załamującego światło obiektywu pełni soczewka, która skupia
promienie światła w płaszczyz
nie ogniskowej, tworząc tym samym obraz, który widziany jest przez
obserwatora za pomocą soczewki okularu. Sprawia ona wrażenie, że widziany obraz jest powiększony.
Utworzony przez soczewkę obiektywu obraz rzeczywisty obiektu, znajdującego się w nieskończoności,
można sfotografować, umieszczając matrycę bądz
materiał światłoczuły w płaszczyz
nie ogniskowej.
Długość ogniskowej można również zmienić w pewnym, ograniczonym zakresie, trzeba jedynie
usytuować grupę soczewek rozpraszających nieco przed ogniskiem lunety. Układ ten nazywa się
soczewką Barlowa i w istocie niewiele różni się od stosowanych konwerterów do zwykłych obiektywów
fotograficznych.
Pierwsza luneta soczewkowa została skonstruowana w 1609 r. przez Galileusza. Składała się z soczewki
skupiającej, zwanej obiektywem, i soczewki rozpraszającej  okularu. Póz
niej ta bardzo prosta
konstrukcja została zastąpiona refraktorami budowanymi na zasadzie Keplerowskiej. Zarówno obiektyw
refraktora, jak i okular złożono z grup soczewek, co dało zarówno dużo większą ogniskową, jak i
(niestety) odwrócony. Dodatkowo więc trzeba było zastosować pryzmat zenitalny, by ułatwić
obserwacjÄ™.
Fotografia astronomiczna_Teleskop_Galileusza
Dzięki zastosowaniu np. różnych gatunków szkła, połączenie soczewek w grupy pozwoliło dużo
skuteczniej wyeliminować błędy optyczne, występujące na pojedynczych soczewkach.
Dużym ograniczeniem dla refraktorów jest rozmiar i właściwości fizyczne soczewek. Rozmiar soczewki
jest ograniczony ciężarem gatunku szkła, z którego jest ona wykonana. Soczewki wielkich rozmiarów z
łatwością ulęgają odkształceniom, co całkowicie deformuje obraz i uniemożliwia zbudowanie refraktorów
2 z 8 2015-08-15 17:06
Fotografia astronomiczna - poradnik: część II http://www.swiatobrazu.pl/fotografia-astronomiczna-poradnik-czesc-ii...
wielkości teleskopów zwierciadlanych. Największy obecnie refraktor znajduje się w obserwatorium
Yerkes w Williams Bay w stanie Wisconsin w USA. Ma średnicę obiektywu 102 cm i ogniskową 1940 cm.
Fotografia astronomiczna_Refraktor w obserwatorium Yerkes w Williams Bay
Teleskopy zbudowane na zasadzie refrakcji znakomicie nadajÄ… siÄ™ do obserwacji oraz fotografowania
planet i powierzchni Księżyca. Żeby jednak móc obserwować obiekty położone dalej (mgławice,
gromady kuliste, galaktyki), trzeba użyć bardzo silnego i dużego refraktora. Podobnie jak w optyce
fotograficznej, im dłuższa ogniskowa, tym mniejsza jasność, a więc tak silne refraktory o długiej
ogniskowej zbierają niewiele światła, co w fotografii ma kolosalne znaczenie. Przez silny refraktor
znacznie trudniej uprawiać wysoką jakościowo fotografię astronomiczną, głównie ze względu na małą
jasność takiego instrumentu. Ma to duże znaczenie w przypadku fotografii obiektów mgławicowych,
wymagających dobrych warunków ekspozycji.
W przeciwieństwie do teleskopów opartych o lustro, w użyciu refraktorów pojawia się jeszcze inny
problem  aberracja chromatyczna. Używane do budowy obiektywów teleskopów refrakcyjnych,
3 z 8 2015-08-15 17:06
Fotografia astronomiczna - poradnik: część II http://www.swiatobrazu.pl/fotografia-astronomiczna-poradnik-czesc-ii...
soczewki nie tylko skupiają światło, ale też zachowują się podobnie do pryzmatów, czyli rozkładają białe
światło na barwy składowe. Aby uniknąć np. fioletowych obwódek przy ogniskowaniu w promieniach
żółtozielonych (oko ludzkie jest na nie szczególnie czułe), powstałych z nałożenia aberracji w zakresie
fal czerwonych i niebieskich, stosuje się specjalne konstrukcje achromatyczne soczewek obiektywów
teleskopowych. Ze względu na zastosowany rodzaj takiej konstrukcji, możemy podzielić refraktory na:
achromat  najpopularniejszy, składa się najczęściej z 2 elementów. Koryguje aberrację chromatyczną
dla dwóch fragmentów spektrum światła widzialnego (czerwonego i niebieskiego) Idealny dla
początkujących astrofotografów;
apochromat  bardzo zaawansowana optycznie konstrukcja. Obiektyw złożony jest ze znacznie większej
liczby soczewek (od dwóch do czterech, a niekiedy więcej). Produkuje się je ze szkła gatunkowego, np.
niskodyspersyjnego ED lub fluorytowego. Apochromat koryguje aberracjÄ™ chromatycznÄ… dla trzech
fragmentów spektrum światła widzialnego i nie tylko (czerwonej, niebieskiej i zielonej);
superchromat  koryguje aberrację chromatyczną dla czterech, a nawet większej ilości fragmentów
spektrum światła. Superchromaty są konstrukcjami niezwykle drogimi;
semiapochromat  nazwa stosowana przez producentów dla oznaczenia, że dany refraktor koryguje
aberrację chromatyczną niewiele gorzej niż apochromat, ale znacznie lepiej niż achromat.
Semiapochromatami są zwykle obiektywy teleskopowe, składające się z 2 soczewek ED.
Z cała pewnością do zalet teleskopów refrakcyjnych powinno zaliczyć się bardzo wysoką jakość obrazu,
znacznie wyższą niż w reflektorach. Podobnie jest także w fotografii. Obiektywy lustrzane, o niezwykle
długich ogniskowych, powstających dzięki wielokrotnemu odbiciu promienia światła wewnątrz
konstrukcji optycznej sprzętu, posiadają rozdzielczość znacznie ustępującą konwencjonalnie
wykonanym obiektywom, opartym o zasadę załamywania światła w układzie soczewek. Refraktory
posiadają również zamknięty tubus, co chroni wnętrze przez wpływami otoczenia. Co bardzo ważne dla
amatora, ich cena jest znacznie wyższa w porównaniu z teleskopami zwierciadlanymi o podobnych
parametrach.
Teleskop zwierciadlany (reflektor)
Zasada działania reflektora polega na zastąpieniu soczewkowego obiektywu zwierciadłem wklęsłym.
Reflektory wykorzystują zjawisko refleksji światła. Zwierciadło teleskopu refleksyjnego tworzy w swoim
ognisku obraz rzeczywisty. W tym ognisku można także umieścić materiał światłoczuły lub matrycę
CMOS, by wykonać fotografię. Istnieje parę głównych typów konstrukcyjnych teleskopów w zależności
od rodzaju ogniskowania.
a) ognisko Newtona
Pierwszy teleskop zwierciadlany skonstruował Sir Isaak Newton w 1671 r. (stąd pochodzenie nazwy). W
skład systemu Newtona wchodzi układ optyczny, składający się z głównego zwierciadła wklęsłego (może
być sferyczne lub paraboliczne). Zwierciadło to wykonane jest ze szkła, a jego powierzchnia pokryta jest
cienką warstwą srebra i aluminium. Wpadające do teleskopu światło zostaje najpierw skupione, a
póz
niej odbite od zwierciadła wklęsłego. Po odbiciu od zwierciadła głównego, promienie światła
załamywane są pod kątem 90 stopni z przodu ogniska teleskopu i jeszcze raz załamywane, ale tym
razem pod kątem 45 stopni przez, odchylone o taką samą wartość kątową, zwierciadło płaskie
(kolektor). Tak skierowane światło podąża do okularu. Punkt ogniskowy w tym systemie
konstrukcyjnym, leży poza obszarem głównej optyki. Lustro reflektora pozbawione jest aberracji
sferycznej i chromatycznej (warto jednak pamiętać, że występuje tu inna anomalia optyczna - tzw.
koma). Nie pochłania też, prawie wcale, światła. Tego typu sprzęt ma niezwykle prosta konstrukcję, ale
dużą światłosiłę, więc z powodzeniem nadaje się do obserwacji i fotografowania obiektów głębokiego
nieba np. emitujących niewiele światła, obiektów mgławicowych. Konstrukcja Newtona jest
najpowszechniejszą tego typu konstrukcja na świecie, jeśli chodzi o teleskopy zwierciadlane. Niestety,
ze względu na niską jakość dawanego obrazu, warto pomyśleć o zainwestowaniu dodatkowych
pieniędzy w teleskop, zbudowany na zasadzie Maksutova-Cassegraina.
4 z 8 2015-08-15 17:06
Fotografia astronomiczna - poradnik: część II http://www.swiatobrazu.pl/fotografia-astronomiczna-poradnik-czesc-ii...
Fotografia astronomiczna_Teleskop Newtona
Ogniskowa tych teleskopów zależy nie tylko od krzywizny zwierciadła głównego, ale także od
modyfikacji użytkownika. Może od na drodze odbitych promieni, umieścić dodatkowo pomocnicze
zwierciadła, uzyskując w ten sposób ogniskowe o modyfikowanej długości.
b) ognisko Cassegraina
Ten model polega na osiowym odbiciu światła poza zwierciadło wklęsłe. Przed zwierciadłem
umieszczone jest niewielkie zwierciadło wypukłe, odcinające niewielką ilość promieniowania, która
następnie przechodzi przez mały otwór w zwierciadle głównym, by dotrzeć do okularu i obserwatora.
Podobny układ prowadzenia światła znajduje się w lustrzanych obiektywach małoobrazkowych. Również
w tym rodzaju teleskopu, przed ogniskiem promieni można umieścić układ Barlowa, by zwiększyć
ogniskowÄ…. ModyfikacjÄ… konstrukcji Cassegraina jest system coudé, w którym, odbijane przez
zwierciadło pomocnicze, światło, skierowywane jest w bok za pomocą dodatkowych zwierciadeł
płaskich. W teleskopie Mount Palomar w USA (średnica zwierciadła 508 cm), przedłożono w ten sposób
ogniskowÄ… z 16,8 m do 152 m.
Fotografia astronomiczna_Teleskop_Cassegraina
Teleskopy zwierciadlano-soczewkowa (katodioptryki mieszane)
5 z 8 2015-08-15 17:06
Fotografia astronomiczna - poradnik: część II http://www.swiatobrazu.pl/fotografia-astronomiczna-poradnik-czesc-ii...
Są to rodzaje teleskopów, w których zwykle przed zwierciadłem głównym umieszczona jest dodatkowo
soczewka  tzw. korektor. Zogniskowanie światła może być wyprowadzone za zwierciadło główne (w
układzie Cassegraina), w bok, do poziomu zwierciadła pomocniczego (w układzie quasi-Newtona albo w
bok, do poziomu osi obrotu (w ukÅ‚adzie coudé).
a) konstrukcja Schmidta-Cassegraina
Ten typ teleskopu wyposażono w korektor w postaci asferycznej płyty Schmidta. Posiada cechy
niewielkiej komy i krzywiznÄ™ pola.
Fotografia astronomiczna_Teleskop_Schmidta-Cassegraina
b) konstrukcja Maksutova-Cassegraina
Teleskopy Maksutova-Cassegraina posiadają korektor w postaci ujemnej soczewki meniskowej. Mają też
znacznie zredukowana komę i krzywiznę pola. Polecany jest do fotografii astronomicznej, szczególnie do
powiększeń ze względu na niewielki kąt widzenia, lekkość oraz mobilność konstrukcji.
Fotografia astronomiczna_Teleskop_Maksutova-Cassegraina
Rozdzielczość teleskopów
Można stwierdzić, że dla układu optycznego teleskopu, który jest prawidłowo zmontowany, a jego
elementy wykonane z największą precyzją, rozdzielczość ograniczana jest tylko przez średnicę soczewki
obiektywu bÄ…dz
zwierciadła. Wynika z tego, że rozdzielczość jest tym większa, im większa jest owa
średnica. Dzieje się tak dlatego, że promienie światła uginają się, rozmywając punkt świetlny np.
gwiazdę lub planetę, w coś w rodzaju okrągłej plamy. Ta "fałszywa tarcza" obiektu astronomicznego ma
średnicę kątową tym mniejszą, im większa jest średnica zwierciadła. Z kolei im ta wartość kątowa
"fałszywej tarczy" jest mniejsza, tym większa jest rozdzielczość teleskopu. Przy ocenie praktycznych
możliwości rozdzielczych teleskopu, powinno się wziąć pod uwagę dodatkowo wpływ atmosfery
(turbulencje atmosferyczne), rozmywające obraz i sprawiające wrażenie poruszenia.
Teleskopy skorygowane są najczęściej tak, by dawać stygmatyczny obraz w osi układu optycznego,
którego ostrość ograniczana jest jedynie wpływem dyfrakcji światła. W fotografii astronomicznej nie
istnieje również przesłona, wpływająca na jasność i rozdzielczość aktualnie rejestrowanego obrazu.
Jasność optyki astronomicznej
Jasność obiektów przestrzennych (rozciągłych) w fotografii astronomicznej zależy od tych samych
czynników, co w fotografii klasycznej. A więc jasność tę opisuje wzór stosunku r = F/D, gdzie F jest
długością ogniskowej, a D średnicą soczewki wejściowej (zwierciadła). Zgodnie z matematyką, jasność
zmienia siÄ™ odwrotnie proporcjonalnie do stosunku F/D, podniesionego do kwadratu, z tÄ… jednak
6 z 8 2015-08-15 17:06
Fotografia astronomiczna - poradnik: część II http://www.swiatobrazu.pl/fotografia-astronomiczna-poradnik-czesc-ii...
różnicą, że jasności w fotografii astronomicznej nie zmienia się regulując otwór przesłony. Obserwacja
odbywa się zawsze z w pełni otwartym obiektywem. Jeśli jest taka konieczność, zmienia sie długość
ogniskowej, co wpływa na jasność teleskopu.
Natomiast jasność obiektów punktowych definiowana jest samą wielkością otworu obiektywu. Jasność
rośnie proporcjonalnie do kwadratu średnicy powierzchni lustra. W teorii obiekty punktowe dają obrazy
punktowe, nie uwzględniając przy tym marginesu błędu, spowodowanego uginaniem się światła i
zjawiskami atmosferycznymi.
Fotografia astronomiczna_Teleskop Hale 200 w Mount Palomar
7 z 8 2015-08-15 17:06
Fotografia astronomiczna - poradnik: część II http://www.swiatobrazu.pl/fotografia-astronomiczna-poradnik-czesc-ii...
Fotografia astronomiczna_Wysokiej klasy Teleskop zwierciadlany_ Meade ETX-125 Premier Edition 125mm Maksutow z
warstwami UHTC, systemem AutoStar i montażem
W kolejnej części poradnika dotyczącego fotografii astronomicznej, omówię techniczne aspekty
połączenia aparatu fotograficznego z teleskopem oraz zaprezentuję techniki fotografowania.
Bibliografia
Piotr Skórzyński, Astrofotografia, Prószyński i S-ka, 1998.
Eduard Pittich, Dusan Kalmancok, Niebo na dłoni, Vydavatel'stvo
Obzor/"Wiedza Powszechna", Bratysława 1988.
Praca zbiorowa pod red. Adama Konopackiego, Wszystko o fotografii, Arkady,
1984.
www.swiatobrazu.pl
8 z 8 2015-08-15 17:06