Astrofotografie - co to vlastně je ?

Hvězdná obloha - klene se nad našimi hlavami od počátků naší existence. Dnes ale již jen málo z nás má možnost spatřit její skutečnou nádheru na vlastní oči. Pokud nežijeme někde daleko od velkých měst či vysoko v horách, zbylo nám díky všudypřítomnému přesvícení oblohy z celé té nádhery nejvýše pár stovek hvězd, v lepším případě i vybledlý pás mléčné dráhy. Profesionální astronomie se již dávno přesunula do odlehlých vysokohorských oblastí jako je Chile či Hawai, nebo rovnou na oběžnou dráhu kolem země, jako je tomu v případě Hubbleova teleskopu. My pak můžeme obdivovat v časopisech či na internetu nádherné snímky vesmírných objektů, ale většina z nás si vůbec neuvědomuje, že současné technologie umožňují pořídit neméně hezké snímky objektů noční oblohy i nám, neprofesionálům. Astrofotografie – tak se nazývá tento velmi úzce specializovaný obor fotografie. Pokud vás cesty někdy zavedly do oblastí s hvězdami posetou oblohou a přepadla vás touha si tu nádheru zvěčnit, stejně jako kdysi dávno mne, je tento web určeny právě vám.   

Technologický pokrok v oblasti jemné mechaniky, elektroniky a zvláště pak elektronických snímačů obrazu způsobil, že je dnes možné za cenu podobnou ceně nového automobilu pořídit takřka profesionální malou hvězdárničku, která je srovnatelná s výkonem profesionálních observatoří před nějakými třiceti lety. Ale zdaleka není potřeba jít s investicí tak vysoko. Začít se dá i velmi skromně. Postačí vám k tomu digitální zrcadlovka a stativ.

Základní problémy astrofotografie jsou dva. Tím prvním je velmi malé množství světla, které k nám z vesmírných objektů (pomineme-li velmi jasné objekty jako Slunce a Měsíc) přichází. Důsledkem toho je, že k zachycení objektu potřebujeme celkový expoziční čas v řádu minut až hodin, podle jasnosti a typu objektu. Tím druhým problémem je to, že se naše planeta otáčí, a hvězdná obloha se díky tomu nad našimi hlavami pohybuje. Je tedy potřeba objektiv či dalekohled s fotoaparátem za oblohou natáčet, jinak by se nám objekt za dobu expozice pohybem rozmazal. K tomu se používá pohyblivý mechanismus, umístěný mezi stativ a dalekohled, který se nazývá montáž dalekohledu. Mimochodem, právě rotace Země dává možnost vzniknout první a nejjednodušší, ale přesto působivé kategorii astronomických snímků, kterým se říká star-trails. Jedná se o stopy hvězd ve tvaru oblouků, které se zachytí na snímku za dobu expozice, pokud fotografujeme bez montáže, pouze z pevně zamířeného fotoaparátu na stativu. Zemská osa míří v prostoru stále stejným směrem (není to úplně pravda, na její polohu má vliv precese a nutace, ale to jsou jevy tak pomalé, že naše fotografování neovlivní). Nyní míří zhruba do  bodu, kde se na obloze nachází hvězda Polárka. V našich zeměpisných šířkách se nachází ve výšce kolem 50 stupňů nad severním obzorem a právě ona zůstává po dobu expozice téměř na místě, a všechny ostatní hvězdy kolem ní opisují v důsledku rotace Země kolem osy kruhové oblouky.

Zkuste někdy navštívit tmavé místo s fotogenickým výhledem k severu, za jasné noci zamířit tím směrem fotoaparát s širokoúhlým objektivem, a exponovat několik minut až hodin. S filmovým fotoaparátem si to můžeme dovolit provést jedinou expozicí, u digitální zrcadlovky je třeba vzhledem k omezené maximální expoziční době celkovou expozici rozdělit na sérii několikaminutových záběrů, které se dají následně složit v jeden. Výsledkem může být snímek podobný tomu, co vidíte na obrázku výše. Do záběru je obvykle vhodné zakomponovat nějaký zajímavý krajinný prvek, strom či budovu. Fantazii se meze nekladou.

Pokročilejší metodou astrofotografie je způsob, kdy fotoaparát umístíme na již zmíněnou montáž, jejíž jedna osa je namířena ve směru zemské osy, tedy k Polárce. Potom stačí pomocí motorového pohonu otáčet fotoaparát s objektivem kolem této osy stejnou rychlostí, jako se otáčí naše planeta (tedy zhruba 1 otočka za 24 hodin) a hvězdy ve snímku zůstanou bodové, nerozmažou se do oblouku. To zajišťuje motorový pohon, který je součástí montáže. Touto technikou lze pořizovat širokoúhlé záběry noční oblohy s klenoucí se mléčnou dráhou i snímky menších úseků jednotlivých souhvězdí, na kterých již budou vidět i další objekty jako mlhoviny a větší galaxie. Použitelné jsou objektivy od těch s nejširším úhlem záběru typu rybí oko, které nám dovolí zachytit celou oblohu najednou, přes objektivy kolem 50mm, které zachytí typicky úsek oblohy zhruba v rozsahu velikosti jednotlivých souhvězdí, až po teleobjektivy do ohniska kolem 200mm, kterými se dají fotografovat rozsáhlejší mlhoviny a galaxie. Na obrázku vpravo můžete vidět fotografii letní oblohy s mléčnou dráhou klenoucí se od jihu až po zenit, fotografovanou širokoúhlým objektivem s ohniskovou vzdáleností 12mm s celkovou dobou expozice 35 minut.

V předchozím odstavci je uveden limit ohniskové vzdálenosti teleobjektivu kolem 200mm. Je to z toho důvodu, že přesnost otáčení montáže za oblohou je omezená nedokonalostmi výroby mechanických částí a převodů montáže. Při větší ohniskové vzdálenosti objektivu se již začnou projevovat nepravidelnosti v chodu montáže a obrazy hvězd na snímku se rozmažou do oválků či čárek. Dá se to částečně omezit buď pořízením opravdu špičkové (a také patřičně drahé) montáže, ale ani s ní nelze tento problém úplně eliminovat. Pouze se odsune k delším ohniskům (typicky kolem 500-1000mm). Při požadavku fotit ještě detailnější záběry přes dalekohled nebo dlouhými expozičními časy je stejně třeba použít další z technik astrofotografie, která se nazývá pointace. Současně s fotoaparátem či dalekohledem je na montáži upevněn ještě druhý dalekohled, tzv. pointér, do kterého zaměříme nějakou hvězdu, a korigujeme chod pohonu montáže tak, aby tato pointační hvězda zůstávala stále na místě. Lze to dělat dvěma způsoby. Buď manuálně, tak, že sledujeme hvězdu v okuláru se záměrným křížem, a pomocí tlačítkového ovladače montáže dalekohledu eliminujeme odchylky v chodu montáže, nebo tuto činnost svěříme elektronickému zařízení - autoguideru, nebo software běžícímu na počítači, který snímá pointační hvězdu kamerou, a vysílá korekční povely do montáže. Takto lze snímat vesmírné objekty po mnoho hodin i dalekohledem s ohniskovou vzdáleností až několik metrů a pořídit tak jejich detailní snímky. Příklad takové soustavy dvou dalekohledů (newtonova reflektoru a malého pointačního refraktoru) na montáži můžete vidět na následujícím obrázku.

Požadovaná přesnost vedení dalekohledu za oblohou je poměrně extrémní. Dalekohled se nesmí odchýlit od správné polohy za celou dobu expozice (která bývá zhruba 5 až 20 minut) o více než jednu až řekněme tři úhlové vteřiny. taková je úhlová velikost kotoučků hvězd, vykreslených typickými středně velkými amatérskými dalekohledy v našich středoevropských podmínkách. Pokud se tato podmínka nepodaří dodržet, stanou se z hvězd oválky až čáry. Dosažení tohoto stavu klade velké nároky na montáž dalekohledu, která musí být dostatečně tuhá, aby například nekmitala ve větru. Mnohdy je proto montáž i dražší, než vlastní dalekohled, který nese. Z důvodu tlaku prodejců či výrobců na co nejnižší cenu sestavy je většina montáží prodávaných v sestavě s dalekohledem dost poddimenzovaná, a sotva vyhoví na vizuální pozorování, ale téměř nikdy na astrofoto. Proto doporučuji v začátku na montáži nešetřit. I nepříliš dokonalým dalekohledem na dobré montáži se dají udělat celkem pěkné snímky. Ale na špatné či poddimenzované montáži neuděláte kloudný snímek ani špičkovým drahým astrografem. Na výše uvedeném principu fungují vlastně všechny plnohodnotné astrofotografické systémy, přičemž pro dosažení opravdu špičkových výsledků se často fotoaparát nahrazuje speciální astronomickou CCD kamerou. Ta má obrazový senzor chlazený na teplotu několik desítek stupňů pod bodem mrazu, čímž se výrazně eliminuje šum ve výsledném obraze, a umožňuje to exponovat velmi dlouho a zachytit tak velmi slabé objekty, které nelze na vlastní oči spatřit ani v největších dalekohledech.

Příkladem toho, co lze i relativně malým dalekohledem zachytit, může být obrázek galaxie M31 v Andromedě na snímku vpravo. Je pořízený při výjezdu na jedno celkem tmavém místo v horách. Snímáno bylo barevnou CCD kamerou QHY8 namontovanou na  zrcadlovém dalekohledu s ohniskovou vzdáleností 700mm, s průměrem zrcadla 185mm. Celková expoziční doba byla  3 hodiny a snímek je složený ze dvou půlek, protože galaxie se nevešla do záběru. Jedná se o nejjasnější galaxii pozorovatelnou z našich zeměpisných šířek jako mlhavý obláček v souhvězdí Andromedy. Snímek pořízený dlohou expozicí ukáže galaxii v celé její kráse, se spirálnimi rameny, modrými hvězdokupami mladých hvězd v nich, s temnými pásy prachu zastiňujícími světlo z galaxie i s načervenalými obláčky vodíkových emisních mlhovin v ramenech galaxie. Další údaje o snímku naleznete zde v galerii.

Na dalším obrázku vlevo je zachycena mlhovina IC1396  „Sloní chobot“ v souhvězdí Cephea, fotografovaná  zrcadlovým  dalekohledem s průměrem zrcadla 300mm a ohniskovou vzdáleností 1400mm. Exponování tohoto snímku trvalo celkem 27 hodin. Snímek byl pořízen na nepříliš dobré obloze pár kilometrů od stotisícového města. Byl fotografovaný přes úzkopásmové filtry, která umožní potlačit jas oblohy. Toto bohužel funguje pouze pro emisní mlhoviny, jiné objekty se přes úzkopásmové filtry fotit nedají. Tato technika focení je náročná hlavně na celkový expoziční čas, protože vyzařování mlhovin hlavně ve spektru ionizovaného kyslíku (OIII) a síry (SII) je velmi slabé, vyžadující jednotky až desítky hodin exponování. Spektrální čára vodíku (H-alfa) je na tom lépe, tam stačí někdy jen desítky až stovky minut. Více o snímku je zde v galerii.

Pokud vás snad tento nepříliš rozšířený koníček, který vyžaduje poměrně velkou dávku trpělivosti a nadšení pro věc, uchvátí, věřte, že na obloze je ohromná spousta objektů, které je možno fotografovat různými technikami a rozhodně nemusíte mít strach, že po čase nebudete mít co fotografovat. Součástí tohoto zájmu se obvykle časem stane i cestování za tmou. Mimo civilizaci, do míst s ještě nedotčenou tmavou oblohou. A teprve na takových místech si člověk často plně uvědomí, jak malými a bezvýznamnými jsme, se všemi našimi pozemskými problémy, ve srovnání s celým vesmírem, který nás obklopuje již po miliardy let.