Spoglądając na nocne niebo doświadczamy dojmującego wrażenia bezruchu. Kontrastujący z nim obraz pędzącej przez pole widzenia teleskopu planety, bywa frapujący nawet dla doświadczonych obserwatorów.
Rozumiemy, że obrót Ziemi daje w teleskopie spektakularny efekt dzięki bardzo dużym powiększeniom. Ale co z ruchem obrotowym dalekich planet? Czy można oczekiwać, że dostrzeżemy jego wpływ na odległych, miniaturowych tarczkach, na których z trudem udaje się zidentyfikować szczegóły powierzchni?
Doba trwa na Marsie niemal tyle co na Ziemi – 24 godziny i 37 minut. Okazuje się że wystarczy to, aby nawet kilkuminutowa ekspozycja zdjęciowa ucierpiała z powodu zauważalnego ruchu szczegółów tarczy planety. Poniższa animacja zawiera trzy ujęcia, które wykonałem 22 października w odstępach 5 i 7 minut:
- 23:37
- 23:42
- 23:59
Aby uzyskać dobrej jakości materiał do dalszej obróbki komputerowej („stackowania”), trzeba zarejestrować jak największą ilość ujęć. Pozwala to skutecznie „odsiać sygnał od szumu” i wyłowić detale, które ze względu na wpływ atmosfery pojawiają się na zdjęciach rzadko i w zdeformowanej postaci. Dzięki dużej liczbie zdjęć i odpowiednim algorytmom, można jednak uzyskać stosunkowo precyzyjny i wiarygodny obraz.
Sam staram się zrobić podczas takich planetarnych sesji 1,5 tys. ujęć lub więcej. Ograniczenia szybkości transmisji i zapisu danych powodują, że zmieszczenie się w czasie odpowiednio krótkim, by uniknąć zauważalnego poruszenia szczegółów powierzchni planety, może być trudne.
Efekt ten daje się we znaki jeszcze mocniej w wypadku Jowisza, którego okres obrotu wynosi ok. 9,9 godziny, więc w czasie naszej doby zdąży się on obrócić niemal 2,5 raza! W takiej sytuacji efekty ruchu obrotowego planety stają się widoczne już przy kilkudziesięciosekundowej ekspozycji. O problemach tych pisałem już podsumowując tegoroczny sezon obserwacji Jowisza.
Jakie czasy ekspozycji stosować w astrofotografii Marsa?
Wydaje się, że walka o jakość obrazu w astronomii sprowadza się do rozmiarów i jakości optyki, albo znalezienia dobrych warunków obserwacji. Okazuje się jednak, że w dzisiejszych czasach równie ważny zaczyna być rodzaj kabla albo możliwości dysku komputera. Krótko mówiąc miało być łatwiej – a jest coraz trudniej (i drożej…).
Jakie zatem stosować limity czasowe dla ekspozycji w wypadku Marsa czy Jowisza? No cóż – to temat na długie, właściwie niekończące się dyskusje. Mała ilość materiału do stackowania skutkuje pogorszeniem jakości szczegółów i większymi szumami. Zwiększając ją, ryzykujemy efektem poruszenia…
Powiększenie i rozmiar piksela
Na ten ostatni wpływa zastosowane powiększenie oraz rozmiar piksela matrycy rejestrującej obraz. Ruch danego detalu może zostać odnotowany szybciej lub wolniej. W zależności od tego czy jego obraz znajduje się na granicy wielkości piksela, czy już poniżej tego progu, może on niejako dłużej „przebywać na jego powierzchni”.
Ciekawa dyskusja na temat dobierania powiększenia do matrycy przy fotografowaniu Marsa i o związanych z tym ograniczeniach czasowych, znalazła się w artykule Pete Lawrence’a w serwisie Stars at Night. Autor zaleca stosowanie powiększenia dającego rozmiar 0,25 sekundy kątowej obrazu na jeden piksel. Radzi też nie przekraczać wartości 0,1” przy bardzo dobrym seeingu. Ogniskową dla Marsa obliczamy mnożąc rozmiar piksela w mikronach przez 206,3 i dzieląc uzyskaną wartość przez wspomniany rozmiar kątowy obrazu, jaki chcemy uzyskać na obszarze jednego piksela (np. 0,25). Lawrence wylicza, że w okolicach opozycji Marsa i przy zastosowaniu tak ustalonych ogniskowych, detal o rozmiarze 0,25” przesunie się o swoją własną wielkość w czasie poniżej 4 minut, zaś detal o rozmiarach 0,1” – poniżej 2 minut.
Derotacja
Sytuacja komplikuje się jeszcze bardziej w wypadku kamer monochromatycznych. Wymagają one złożenia obrazu kolorowego z trzech wykonanych kolejno ujęć z zastosowaniem filtrów R, G i B…
Z pomocą przychodzą jednak znowu komputery. W zależności od stosowanego oprogramowania, efekt poruszenia można zmniejszyć. Niewielkie przesunięcia obiektów na tarczy skorygują nawet najprostsze programy do stackowania takie jak AutoStakkert! (autostakkert.com) czy RegiStax (astronomie.be/registax). Do dyspozycji są także zaawansowane rozwiązania do derotacji uwzględniające geometrię planety, takie jak WinJupos (jupos.org). W opublikowanym w zeszłym roku w serwisie Stars at Night artykule, Martin Lewis radzi, by stosując derotację ograniczać ekspozycję dla Marsa do 5 minut. Zaleca czas 1 minuty dla Jowisza oraz odpowiednio 15 lub 3 minuty w wypadku kompilacji kilku filmów (sumarycznie).
Z ostrą brzytwą na ratunek
Recept jest jednak tyle ilu obserwatorów. Każdy na swój sposób próbuje rozstrzygnąć dylemat „jakość detalu i szumy kontra poruszenie”. Dla mnie istotnym, właściwie przesądzającym kryterium jest możliwość dalszego wyostrzania obrazu. Przy zbyt skromnym materiale, dającym wysoki poziom szumów, staje się to niemożliwe. Jestem zatem raczej skłonny narazić się na poruszenie, niż skazywać się na ziarnisty obraz, który nie nadaje się potem do wyostrzenia. Wysoki poziom szumów sprawia, że wyostrzeniu podlega wówczas bardziej ziarno i artefakty niż detale na powierzchni planety. W wypadku Marsa staram się nie przekraczać 3-minutowych czasów ekspozycji. Tyle potrzebuje mój leniwy laptop by zebrać minimalną liczbę kadrów do stackowania.
Uważam, że stosowanie tego rodzaju „brzytwy” pozwala wyważyć sensowny kompromis. Każdy musi sam eksperymentalnie ustalić jaka ilość materiału jest mu potrzebna, by nie utracić możliwości poddania zestackowanego obrazu dekonwolucji i wyostrzaniu.
Seeing kontra szuming
Pamiętajmy, że poruszony lekko obraz zawsze można próbować skorygować. Planety to na szczęście proste geometrycznie bryły – przeliczenie takich korekt nie stanowi dla komputera problemu, choć wyniki takich operacji bywają dyskusyjne. Jednak z mocno zaszumionym obrazem, w którym zamiast szczegółów powierzchni dominuje ziarno i artefakty, nie da się już praktycznie nic zrobić.
Warto też uwzględnić, że w praktyce nigdy nie wykorzystujemy całości zebranego materiału obserwacyjnego. Jaką część się wykorzystuje? To zależy od warunków obserwacyjnych – czyli seeingu. To warunki decydują jakiej jakości i jak mocno zróżnicowany materiał zbierzemy. Im różnice jakości większe, tym więcej ujęć będziemy potrzebować, by zebrać minimum pozwalające na uniknięcie zaszumienia. Z materiału obejmującego np. 1500 ujęć uda się jednym razem wykorzystać 800 zdjęć, a kiedy indziej tylko 200.
Już choćby z tego ostatniego powodu nie da się streścić pytania o czas ekspozycji jedną liczbą. Każda sesja obserwacyjna jest inna, każda wymaga eksperymentowania i przynosi nie dające się do końca przewidzieć efekty. Właśnie na tym polega zabawa! Czy komuś to przeszkadza…?
Zobacz także:
