Этот человек уедет в лес, проведет бессонную ночь, но во что бы то ни стало запечатлеет мириады звезд, загадочные туманности, спутники и планеты. А еще первым увидит надвигающийся на Землю метеорит. Барнаульский астрофотограф Дмитрий Ермолаев поделился секретами съемки, рассказал о расходах, аппаратуре и о том, каких жертв требует идеальный кадр.
Съемка глубокого космоса. Дмитрий Ермолаев / vk.com/id818388946
Мечта детства
— Как вы пришли к увлечению астрофотографией?
— Астрономию любил со школы. Разглядывая картинки галактик и звездных скоплений в книгах, всегда хотелось самому это все запечатлеть, но тогда казалось несбыточной мечтой – не было подходящей техники и опыта. Тогда же увлекся обычной фотографией.
А как-то раз сломалась моя любимая «зеркалка», и встал вопрос с покупкой новой. Решил, что надо бы взять фотоаппарат, который можно применить для астрофото – воплотить в жизнь детские грезы. Начал изучать вопрос: какая техника нужна, какие технологии используются. Новый фотоаппарат опробовал в панорамной съемке звездных полей. Результат вдохновил, и я продолжил изучать тему глубже.
Съемка глубокого космоса. Дмитрий Ермолаев / vk.com/id818388946
Глубокий космос
— Кроме запечатленных объектов, чем отличается обычная съемка от астрофото? Можно ли просто «щелкнуть» звезды?
— В обычной фотографии объекты имеют и так большую яркость, поэтому выдержка может составлять сотые доли секунды. А еще сразу можно посмотреть и оценить результат. От объектов же глубокого космоса до нас доходит света в миллионы раз меньше, и у них очень малый угловой размер. То есть нужны дополнительные светосильные объективы с большими диаметром и фокусным расстоянием. Самое распространенное решение — телескопы системы Ньютона. У них оптимальное соотношение диаметра зеркала (апертура) к общей цене устройства.
— Получается, чтобы сделать красивые кадры, обязательно нужен телескоп?
— Не совсем. В астрофото различают несколько направлений, самое простое и недорогое из которых — съемка панорам со звездами. Например, можно сделать хорошие кадры Млечного пути на фоне красивых пейзажей, имея только фотоаппарат и штатив.
Еще одно направление — планетно-лунная фотография. Тут уже не обойтись без телескопа и некоторых технических ухищрений. Плюсы в том, что съемку можно проводить даже из города. Планеты и Луна — яркие объекты. При их съемке не так важно иметь темное небо, которого в крупных населенных пунктах просто нет. Минус в том, что самих объектов для наблюдений очень мало.
И, наконец, технически сложное направление астрофото, которым я и занимаюсь, — съемка объектов глубокого космоса (deepsky), где, конечно, также нужен телескоп.
Съемка глубокого космоса. Дмитрий Ермолаев / vk.com/id818388946
Специальный фотоаппарат
— Если есть телескоп, значит, фотоаппарат подойдет любой? Или все равно нужен специальный?
— Обычный зеркальный фотоаппарат использовать можно – это применимый, хотя и не самый удачный вариант. Дело в том, что любая матрица, фиксирующая свет, имеет шум. Шум этот вызван квантовыми флуктуациями, и его невозможно устранить полностью. Можно только уменьшить, снизив температуру матрицы.
Именно поэтому, продвинутые астрокамеры имеют систему охлаждения, снижающую температуру матрицы на несколько десятков градусов. Вы можете фотографировать в теплую летнюю ночь, а матрица в такой камере будет охлаждаться до минусовых температур.
К тому же, обычный фотоаппарат перед матрицей имеет специальный фильтр, который удаляет близкую к инфракрасному спектру часть света. В астрофото же есть множество объектов, состоящих из водорода (водородные туманности). Атомы водорода возбуждаются светом соседних звезд и затем излучают на строго фиксированной частоте. Частота близка к инфракрасному диапазону и отсекается фильтром обычного фотоаппарата. В астрокамерах такого фильтра нет, и они регистрируют на такое излучение гораздо эффективнее.
Съемка глубокого космоса. Дмитрий Ермолаев / vk.com/id818388946
Точность превыше всего
— Что еще нужно из аппаратуры? С какими сложностями можно столкнуться при ее установке?
— Если бы телескоп был направлен на неподвижный объект, то можно было бы его жестко закрепить и снимать хоть часами. Но телескоп должен во время съемки поворачиваться за объектом – Земля ведь вращается. Иначе вместо четкого изображения получатся смазанные дуги. Для слежения за светилами используют так называемые монтировки.
Монтировка телескопа — поворотная опора приборов для наблюдения за небесными объектами. Монтировка позволяет наводить телескоп на нужный объект, а при длительном наблюдении или фотографировании — компенсировать суточное вращение Земли.
Телескоп с диаметром 200 мм имеет разрешение примерно в 0,7 угловые секунды – при таких условиях две звезды не сольются в одно пятно. Чтобы использовать все возможности телескопа, монтировка должна поворачивать десятикилограммовый аппарат минимум с той же точностью — в 0,7 угловых секунд.
Чтобы лучше представить это значение, нужно взять школьный транспортир и отмерить угол в один градус, а затем разделить его на 5 тыс. частей. Никакая механика не способна так плавно и аккуратно поворачивать телескоп. Для этого используется еще одна техническая хитрость — на основной телескоп ставится второй поменьше. Сигнал с его камеры поступает на компьютер, который рассчитывает смещение звезд в кадре. И, рассчитав это смещение (ошибку ведения), компьютер посылает на монтировку корректирующие сигналы, чтобы ускорить или замедлить ее вращение. Хорошим результатом является ошибка ведения вдвое меньшая разрешающей способности телескопа. В нашем примере это около 0,3 угловых секунды.
Дополнительный комплект для астрофото. Дмитрий Ермолаев / vk.com/id818388946
Темнота – друг астрофотографа
— Вы сказали, что для некоторых направлений астрофото не обязательно выезжать из города. Но лучшие кадры получаются подальше от населенных пунктов?
— Конечно, для качественной съемки нужно найти место, где засветка будет минимальной. Жители больших городов почти не видят ночью звезд. Уличные фонари создают над населенными пунктами световые купола, на фоне которых меркнут даже яркие небесные объекты, кроме Луны и некоторых планет. Поэтому необходимо отъехать от населенных пунктов как можно дальше, если собираешься снимать глубокий космос.
Чтобы найти подходящее место, с минимумом засветки, есть специальные сервисы, например https://www.lightpollutionmap.info. Кстати, знаете, какого цвета ночное небо? Большинство скажут, что темно синее. Это не так. Синее небо днем, когда в нем рассеивается солнечный свет (релеевское рассеивание). Ночью небо зеленое. Посмотрите, какого цвета полярные сияния. Они зеленые оттого, что возбужденные молекулы кислорода излучают именно этот свет. Это видно и на обычных ночных снимках — фоновое зеленое свечение заполняет весь кадр. И это тоже «паразитный» шум, с которым нужно бороться при последующей обработке.
Съемка глубокого космоса. Дмитрий Ермолаев / vk.com/id818388946
Не эстетика, а необходимость
— Вы уже говорили, что обработка фото занимает немало времени. Неужели завораживающие кадры получаются только благодаря фильтрам, а в реальности все не так?
— В астрофото обработка — это не эстетика, а необходимость. Звезды и отражательные туманности излучают свет почти во всех диапазонах спектра. Но есть эмиссионные туманности, свет от которых имеет очень узкий диапазон. Есть три химических элемента, излучение которых составляет большую часть эмиссионных туманностей — водород, кислород, сера.
Допустим, вы решили запечатлеть какую-нибудь водородную эмиссионную туманность. Хотелось бы иметь кадры со светом именно от водорода, а свет от других объектов «приглушить». В таких случаях используются специальные узкополосные фильтры. Можно сделать серию кадров с «водородным фильтром», затем с «кислородным фильтром» и с «серным фильтром». Затем кадры объединяются так, чтобы получить цветное изображение. Так, кстати, фотографирует знаменитый телескоп имени Хаббла и многие другие большие телескопы.
Съемка глубокого космоса. Дмитрий Ермолаев / vk.com/id818388946
Почти миллион рублей за хобби
— Сколько фотографий выходит за одну съемку и как много это занимает времени?
— Кадров вынужденно приходится делать много, но фотографий получается далеко не столько же. Потому что каждый кадр, даже с самой хорошей астрокамерой, будет содержать шум. На фоне темного неба его хорошо видно. Чтобы уменьшить помехи, нужно сделать много кадров и обработать их специальным образом для получения итогового изображения — чем больше снимков, тем меньше шум. Иногда их количество превышает сотни или даже тысячи.
Иногда съемка одного объекта занимает десятки часов. Нужно уехать далеко от населенных пунктов, в глушь. При этом на небе не должно быть Луны, погода нужна ясная и безветренная. И провести за съемкой придется бессонную ночь, а может даже и не одну. Не самое простое занятие, но интересное
— Астрофото приносит доход или это скорее увлечение для души? А что насчет затрат?
— Это просто хобби. Причем хобби, действительно требующее серьезных вложений. Например, хороший фильтр стоит больше 20 тыс. рублей. У меня их семь. Хорошая астрокамера — около 120, телескоп — порядка 80, монтировка — 150-200, компьютер для управления и колесо для фильтров – и то, и другое около 40, корректор комы — около 20 тыс. рублей. Еще обычный фотоаппарат, набор объективов и много других мелочей, которые даже не буду считать. В сумме ближе к миллиону. Но зачем еще нужны деньги, если их не тратить?
Кроме космоса, Дмитрий снимает и пейзажи:
«Человек — это пепел звезд»
— Близкие относятся с пониманием?
— Да, к счастью. Моя семья меня не ограничивает и поддерживает в подобных увлечениях.
— За последние 30 лет астрономию то возвращали, то убирали из перечня обязательных предметов. Сейчас, например, ее снова нет. Нужна ли сегодняшним школьникам астрономия или хватает курса, который преподают в рамках физики?
— Астрономия — важная часть картины мира. Это фундаментальные знания. Нет этого предмета — нет понимания откуда и как все появилось. Британский физик Джеймс Джинс как-то сказал замечательную фразу: «Человек — это пепел звезд». Химический состав нашего тела очень четко отражает химический состав окружающей нас Вселенной. 95% золота в женских украшениях появилось при слиянии нейтронных звезд. 10% шума на телевизионном кадре с помехами — реликтовое излучение.
Спутники GPS ориентируются в пространстве по далеким квазарам. Мы зависим от электроники, а на нее оказывают влияние солнечные вспышки. Есть примеры, когда бортовая электроника самолетов давала сбои из-за попавших в неё высокоэнергетических частиц, прилетевших из космоса. Очень странно ограничивать школьников от знаний, составляющих основу современной картины мира.