Chciałem rozpocząć astrofotografię.

Załóżmy, że chcę robić zdjęcia planet, które znajdują się najbliżej planety Ziemia, która planeta wyglądałaby najmocniej jak teleobiektyw? Niektóre planety są mniejsze, ale bliższe planecie Ziemia (Mars), niektóre są bardziej odległe, ale znacznie większe (jak Jowisz), więc nie wiem, która planeta jest najłatwiejsza do zrobienia zdjęcia. Wiem, że obiektyw 800 mm z kamerą APS-C wystarczy, aby zobaczyć drobne szczegóły Jowisza, ale co z innymi planetami?

Ponieważ odległość od Ziemi do każdej innej planety różni się w zależności od mechaniki orbity, wielkość każdej planety widziana z Ziemi może się znacznie różnić. Która planeta jest największa, a kolejność względnych rozmiarów często się zmienia.

Na przykład, teraz od 1 kwietnia 2018 r. Następujące rozmiary kątowe planet są widziane z Ziemi:

• Jowisz - 42,69 "(arcseconds)
• Saturn - 16,68 "
• Rtęć - 11,27 "
• Wenus - 10,59 "
• Mars - 8,49
• Uran - 3,38 "
• Neptun - 3,21

Wenus przejdzie Merkury pod względem wielkości w dniu 12 kwietnia 2018 r
Mars Merkury przejdzie w rozmiarze 19 kwietnia 2018.
Mars wzrośnie większa niż Wenus w dniu 7 maja 2018 r
Mars wzrośnie większa niż Saturna w dniu 18 czerwca 2018 r
Wenus wyprzedzą Saturna pod względem wielkości 20 lipca 2018 r.
Wenus ponownie będzie większa niż Mars 15 sierpnia 2018 r.
Wenus wzrośnie większa niż Jowisz 12 września 2018 r.
Mars zmniejszy się do mniejszego niż Saturn 26 września 2018 r.
Wenus osiągnie maksymalny rozmiar kątowy w odległości 1'1,33 "(jedna minuta łuku i 1,33 sekundy łuku) 27 października 2018 r.

Do 27 października 2018 r. (Za mniej niż siedem miesięcy) lista będzie wyglądać następująco:

• Wenus - 1'1.33 "
• Jowisz - 31,44 "
• Saturn - 15,79 "
• Mars - 12,28 "
• Rtęć - 5,70 "
• Uran - 3,73 "
• Neptun - 2,33 "

Do połowy grudnia 2018 r. Wenus będzie znów mniejsza od Jowisza.

Pod koniec lipca 2019 r. Kolejność dziobania będzie wyglądać następująco:

• Jowisz - 42,68 "
• Saturn - 18,25 "
• Rtęć - 9,68 "
• Wenus - 9,66 "
• Uran - 3,56 "
• Mars - 3,53 "
• Neptun - 2,34 "

Kiedy znajduje się najbliżej Ziemi, Wenus ma największy rozmiar kątowy spośród wszystkich planet widzianych z Ziemi. Maksymalnie Wenus ma szerokość 0,01658 stopni. Jest to bardzo blisko dokładnie jednej minuty łukowej, czyli 1/60 stopnia. Wenus jest większa od Jowisza tylko przez kilka tygodni (około 13-14 tygodni od połowy września do połowy grudnia 2018 r.) Raz na półtora roku. Przez resztę czasu Jowisz jest większy niż inne planety.

Niestety, gdy Wenus znajduje się najbliżej Ziemi i ma największy rozmiar kątowy, oznacza to, że Wenus znajduje się prawie bezpośrednio między Ziemią a Słońcem, a większość strony Wenus zwróconej w stronę Ziemi jest ciemna, podczas gdy jasne słońce znajduje się prawie bezpośrednio za nią . W bardzo rzadkich przypadkach Wenus i orbita Ziemi wyrównują się dokładnie, a Wenus przechodzi bezpośrednio przed Słońcem, patrząc z Ziemi. Nazywamy to wydarzenie tranzytem . Ostatni tranzyt Wenus miał miejsce 5 czerwca 2012 r. Kolejny nastąpi dopiero w grudniu 2117 r., A następnie w grudniu 2125 r. Występują w parach w odstępie około 8 lat, a następnie występuje przerwa, która zmienia się między 121,5 lat i 105,5 lat przed pojawieniem się następnej pary.

_{Duża kropka w prawym górnym rogu to Wenus. Mniejsze kropki na środku to plamy słoneczne. Na dnie dysku słonecznego znajdują się cienkie chmury.}

Ponieważ Wenus i Ziemia są planetami wewnętrznymi, ich względna odległość jest bardzo różna. Podczas połączenia dzieli ich zaledwie 41,4 miliona kilometrów. W przeciwieństwie (gdy Wenus znajduje się bezpośrednio po drugiej stronie Słońca od Ziemi), dzieli je 257,757 milionów kilometrów. W tej odległości Wenus jest nieco mniejsza niż 10 sekund łukowych (0,16 minuty łukowej lub 0,00278 stopnia szerokości).

Jowisz waha się od około 32 sekund łukowych w przeciwieństwie do 49 sekund łukowych (0,817 minut łukowych lub 0,0136 stopni) w połączeniu. Przez większość czasu Jowisz jest dłuższy niż 40 sekund łukowych. Ponieważ Jowisz jest planetą zewnętrzną i znajduje się pięć razy dalej od Słońca niż Ziemia, odległość między Ziemią a Jowiszem jest znacznie mniej zmienna niż w przypadku innych planet wewnętrznych. Oznacza to również, że gdy Jowisz i Ziemia są najbliżej, słońce znajduje się 180 ° po drugiej stronie Ziemi i prawie cała część Jowisza widziana z Ziemi jest oświetlona światłem słonecznym, a Jowisz jest również najjaśniejszy, gdy jest największy.

_{Jowisz obserwowany 21 stycznia 2013 r. Miał wówczas szerokość około 44 sekund łukowych. Canon 7D + Kenko 2X Teleplus Pro 300 DGX + EF 70-200mm f / 2.8 L IS II. Obraz jest w 100% kadrowany.}

Mars zmienia się od około 25 sekund łukowych (0,00694 stopnia) w połączeniu do 3,5 sekund łukowych (mniej niż 0,001 stopnia) w opozycji. Czasami oznacza to, że Mars jest mniejszy niż Uran w opozycji. Ponieważ orbita Marsa znajduje się poza orbitą Ziemi, jest prawie całkowicie oświetlona, ​​jak widać z Ziemi, gdy jest największa i ukryta za lub bardzo blisko Słońca, gdy jest najmniejsza.

Średnie wartości Saturna wynoszą około 16-20 sekund łukowych (nie uwzględniając szerszego rozmiaru kątowego układu pierścieniowego Saturna) widzianego z Ziemi. Ponieważ jego orbita jest prawie dwa razy większa niż Jowisza, różnica wielkości między koniunkcją a opozycją jest nawet mniejsza niż Jowisza.

Pozostałe planety są znacznie mniejsze niż średnie rozmiary tych wymienionych powyżej pod względem wielkości kątowej widzianej z Ziemi. Rtęć (maksymalnie około 10 sekund łukowych) i Uran (maksymalnie nieco ponad 3,5 sekund łukowych) może być większy niż Mars w czasach, gdy Mars jest w największej odległości (nieco poniżej 3,5 sekund łukowych). Jowisz nigdy nie spada poniżej drugiego miejsca, podczas gdy Wenus może zmieniać się w zakresie od największej do piątej największej (choć rzadko spada powyżej czwartej co do wielkości w rzadkich przypadkach, gdy zarówno Merkury, jak i Mars są jednocześnie większe od Wenus). Mars może być od drugiego do siódmego co do wielkości. Zauważ, że najbardziej zmiennymi planetami są te, których orbity znajdują się najbliżej orbity Ziemi, a najmniej zmienne są planety z orbitami znacznie większymi niż orbita ziemska.

Natomiast Słońce i Księżyc mają około 0,5 stopnia, czyli 30 minut łukowych lub 1800 sekund łukowych, patrząc z powierzchni Ziemi. Jest to 30-krotna szerokość Wenus w jej najbliższym (i najmniej procentowym oświetleniu) i 36-krotnie szersza niż Jowisz w jej najbliższym i najjaśniejszym.

_{Jowisz po lewej i księżyc po prawej. Zwróć uwagę na rozmiary porównawcze. Później wieczorem, kiedy to zdjęcie zostało zrobione 21 stycznia 2013 r., Minęły mniej niż jeden stopień od siebie. Jowisz miał wówczas szerokość około 44 sekund łukowych.}

Oczywiście, jeśli ktoś stoi na płaskim kawałku Ziemi, ma rozmiar kątowy 180 stopni (10800 minut łukowych lub 648 000 sekund łukowych), czyli 360 razy więcej niż Słońce i Księżyc!

Zwykle Jowisz jest najłatwiejszy do zobaczenia z Ziemi, ale w zależności od orbit może być czasem Wenus (następnym razem we wrześniu, a następnie w 2020 r.).

Ta strona odpowie na szczegóły dotyczące dokładnej daty: https://www.timeanddate.com/astronomy/planets/distance

Chociaż rozmiar kątowy Wenus na niebie Ziemi jest większy niż jakakolwiek inna planeta, ponieważ Wenus jest planetą niższą , największy rozmiar kątowy występuje tylko wtedy, gdy Wenus jest w kierunku Słońca. Jowisz ma następny największy rozmiar kątowy i pojawia się, gdy Jowisz jest w opozycji, a zatem jest również w najlepiej oświetlonym stanie (dla obserwatora na Ziemi). Ponadto rozmiar kątowy Wenus zmienia się o rząd wielkości, gdy on i Ziemia krążą wokół Słońca, podczas gdy znacznie dalej Jowisz ma bardziej subtelną zmienność od największej do najmniejszej średnicy. Jest to bardzo oczywiste w teleskopach i aparatach.

Zauważ, że Jowisz ma bardzo duże cechy (pasma, Wielka Czerwona Plama ), których brakuje Wenus, więc jeśli chcesz zobaczyć szczegóły w przeciwieństwie do pustego koła, Jowisz może podać ten szczegół. Wenus pokaże jednak półksiężyc podobny do faz Księżyca, podczas gdy Jowisz nie.

Zauważ też, że Jowisz ma cztery bardzo duże księżyce , które można bardzo łatwo sfotografować. Więc chociaż możesz lub nie możesz rozwiązać pasm lub Wielkiej Czerwonej Plamy na Jowiszu, najprawdopodobniej będziesz w stanie sfotografować księżyce i zobaczyć, jak zmienia się ich pozycja z nocy na noc. Nie potrzebujesz nawet Jowisza, aby był w opozycji do ich sfotografowania, są one wyraźnie widoczne na całej orbicie Jowisza.

Na przykład, tutaj jest zdjęcie Jowisza wykonane ze stosami zdjęć wykonanych kamerą internetową Logitech przymocowaną do teleskopu:

Źródło obrazu Obejmuje inne zdjęcia Jowisza zrobione zwykłymi lustrzankami firmy Nikon i Canon.

Krótka odpowiedź: Wenus ma największy kąt, a za nią Jowisz.

Odpowiedź o średniej długości: Randall Munroe zapewnia następującą pomocną wizualizację (wyciągniętą z większej wizualizacji na https://xkcd.com/1276/ ):

Długa odpowiedź: istnieje pewna zmienność ze względu na względne pozycje na orbitach. Zobacz odpowiedź Wayne'a na animację, która pokazuje, jak zmieniają się względne rozmiary w czasie.

Nie kup jeszcze tego 800 mm f / 5.6

Astrofotografię za pomocą lustrzanki cyfrowej zwykle wykonuje się:

• z szybkim, szerokokątnym obiektywem w celu uniknięcia śladów gwiazd .
• lub zamontowany na teleskopie z adapterem.

Pierwsza metoda jest świetna do przechwytywania dużych struktur na niebie (np. Droga mleczna, galaktyka Andromeda, gromady lub mgławice ...)

Drugi może być używany do planet.

800 mm w rzeczywistości nie jest tak długie jak na teleskop, a odpowiednia przysłona dla f / 5.6 wynosi około 145 mm, co też nie jest zbyt duże. 800 mm f / 5.6 jest ogromny, drogi i trudny do użycia w astrofotografii.

Najpierw ciesz się astronomią wizualną

Z twojego pytania wynika, że ​​nie masz dużego doświadczenia w obserwowaniu planet. Astronomia wizualna może dać ci doświadczenie potrzebne do uzyskania dobrych zdjęć.

Astrofotografia jest trudna i wymaga dużo pieniędzy, doświadczenia i cierpliwości. Musisz wiedzieć, gdzie wskazać, o której godzinie i na jakich warunkach nieba.

Istnieją doskonałe, niedrogie teleskopy amatorskie za 250 USD (np. Ten mały dobsonian , 900 mm f / 8). Wiele adapterów do astrofotografii kosztuje znacznie więcej. Widać na nim każdą planetę, podział Cassiniego na pierścieniach Saturna , wielką czerwoną plamę na Jowiszu, a także księżyce Jowisza lub ISS . Przy przyzwoitym niebie możesz zobaczyć wspaniałe obiekty głębokiego nieba (np. Galaktykę Andromedy, Mgławicę Oriona, podwójną gromadę ...).

Aby zmienić powiększenie, potrzebujesz po prostu innego okularu, który jest znacznie tańszy niż obiektywy DSLR.

Przejdź do astrofotografii.

Możesz nawet użyć kamery internetowej lub lustrzanki cyfrowej do robienia zdjęć przez teleskop. Oto przykład Jowisza z wielkimi czerwonymi plamami, 2 przejściami księżyca i Io:

Zrobiono to jako pojedynczą ekspozycję aparatem Fuji X100 poprzez dobsoniana o wartości 600 USD (1250 mm f / 5). 1 / 50s, f / 4, ISO 1600. Musiałem:

• ręcznie śledzić teleskop
• ręcznie ustaw ostrość okularu (6,7 mm)
• przytrzymaj aparat, aby wskazać przez okular
• ustaw ostrość aparatu
• zwolnij migawkę.

Niektórym amatorskim astrofotografom udaje się robić niesamowite zdjęcia planet. Oto kilka przykładów .

Tak jak nie ma „najlepszej” kamery lub „najlepszego” obiektywu… nie ma „najlepszego” teleskopu - istnieją tylko teleskopy lepiej dostosowane do niektórych zadań niż inne.

Chociaż z pewnością możesz podłączyć kamerę, skierować teleskop w stronę planety i zrobić zdjęcie, jakość tego obrazu będzie zależeć od kilku innych czynników (niektóre z nich są poza twoją kontrolą).

Atmosferyczne warunki widzenia

Ze względu na bardzo mały pozorny rozmiar innej planety widzianej z Ziemi, jakość obrazu jest bardzo wrażliwa na stabilność atmosferyczną na Ziemi. Astronomowie nazywają to „widzeniem warunków”. Analogią, którą wolę zastosować, jest wyobrażenie sobie monety spoczywającej na dnie kałuży czystej wody. Jeśli woda jest nadal, możesz zobaczyć monetę. Jeśli ktoś zacznie tworzyć fale (małe fale lub duże fale), widok monety zacznie się zniekształcać i kołysać. Ten sam problem występuje w naszej atmosferze podczas oglądania planet.

Aby uzyskać stabilną atmosferę, upewnij się, że nie znajdujesz się w odległości kilkuset mil od strumienia odrzutowego, frontu ciepłego lub frontu zimnego. Chcesz również znajdować się w miejscu, w którym położenie geograficzne jest płaskie (a najlepiej woda), aby umożliwić płynny laminarny przepływ powietrza. Gorący ląd stworzy termikę ... więc fajna ziemia (wysoko w górach) lub patrzenie na chłodną wodę będzie pomocne. Również powierzchnie optyczne teleskopu powinny mieć czas na dostosowanie się do temperatur otoczenia. W przeciwnym razie obraz nie będzie stabilny ... będzie chwiejne i zniekształci jakość obrazu.

Twierdzenie o pobieraniu próbek

Jest też kwestia powiększenia i jest w tym trochę nauki ... na podstawie twierdzenia Nyquista-Shannona o próbkowaniu.

Teleskop będzie miał ograniczoną moc rozdzielczą na podstawie wielkości przysłony. Czujnik aparatu ma piksele, które również mają rozmiar. Krótka wersja twierdzenia o próbkowaniu polega na tym, że czujnik musi mieć podwójną rozdzielczość maksymalnej mocy rozdzielczej, jaką może zaoferować teleskop. Innym sposobem myślenia o tym jest to, że w oparciu o falową naturę światła „punkt” światła faktycznie skupia się na czymś zwanym zwiewnym dyskiem. Rozmiar piksela czujnika kamery powinien wynosić 1/2 średnicy dysku Airy. Aby uzyskać pożądaną skalę obrazu, można użyć jakiejś formy powiększenia obrazu (takiej jak projekcja okularu lub soczewka Barlowa (najlepiej tele-centryczna barlowa).

To twierdzenie o próbkowaniu pomaga najlepiej wykorzystać dane, które twój zakres jest w stanie przechwycić bez niedostatecznego próbkowania (utraty informacji) lub nadmiernego próbkowania (marnowania pikseli, które w rzeczywistości nie są w stanie rozwiązać więcej szczegółów).

Przykład

Jako przykład wybiorę kombinację kamery i teleskopu.

ZWO ASI290MC to popularna kamera do obrazowania planetarnego. Ma 2,9 µm pikseli.

Formuła jest następująca:

f / D ≥ 3,44 xp

Gdzie:

f = ogniskowa instrumentu (w mm)

D = średnica przyrządu (również w mm, aby utrzymać jednostki bez zmian)

p = skok pikseli w µm.

Zasadniczo f / D to współczynnik ogniskowej teleskopu - jeśli jest to łatwiejszy sposób na myślenie o tym. Ta formuła mówi, że współczynnik ogniskowej twojego instrumentu musi być większy lub równy skokowi pikseli czujnika kamery (mierzonemu w mikronach) pomnożonemu przez stałą 3,44.

Jeśli podłączysz liczby do teleskopu 14 "f / 10 za pomocą aparatu z pikselami 2,9 µm, otrzymasz:

3556/356 ≥ 3,44 x 2,9

Co sprowadza się do:

10 ≥ 9,976

Ok, więc to działa, ponieważ 10 jest większe lub równe 9,976. Prawdopodobnie byłaby to odpowiednia kombinacja.

Okazuje się, że moja rzeczywista kamera obrazowa nie ma 2,9 µm pikseli ... ma 5,86 µm pikseli. Kiedy podłączę te liczby

3556/356 ≥ 3,44 x 5,86 otrzymujemy 10 ≥ 20,158

To nie jest dobre ... oznacza to, że muszę powiększyć skalę obrazu na teleskopie. Gdybym użył tutaj 2x barlowa, to podwaja długość ogniskowej i współczynnik ogniskowej ... zwiększając ją do 20 ≥ 20,158. Jeśli nie martwię się zbytnio o „.158”, to działa. Pamiętaj jednak, że symbol między lewą i prawą stroną to ≥ ... co oznacza, że ​​mógłbym pójść wyżej. Gdybym użył 2,5-krotnego barlowa, to zwiększyłby on współczynnik ogniskowej do f / 25, a od 25 ≥ 20,158 jest to nadal poprawna kombinacja.

Jeśli używasz aparatu APS-C (załóżmy, że używasz jednego z wielu modeli Canon z matrycą 18MP ... takich jak T2i, T3i, 60D 7D itp.), Rozmiar piksela wynosi 4,3 µm.

Załóżmy, że używasz mniejszego lunety, takiego jak 6-calowy SCT. To apertura 150 mm i ogniskowa 1500 mm (f / 10)

1500/150 ≥ 3,44 x 4,3

To działa

10 ≥ 14,792

To nie wystarcza ... uzyskasz lepsze wyniki, stosując 1,5-krotny lub silniejszy barlow.

Lucky Imaging (Korzystanie z ramek wideo)

ALE ... zanim skończysz i kupisz soczewki Barlowa (a najlepiej ... tele-centryczne tamy, takie jak TeleVue PowerMate), prawdopodobnie lepiej jest rozważyć inną kamerę i unikać używania tradycyjnej kamery z matrycą APS-C.

Planeta jest mała. Zajmie tylko bardzo małe miejsce na środku aparatu. Więc większość rozmiaru czujnika jest marnowana.

Ale co więcej ... uzyskanie idealnych warunków atmosferycznych przypomina trochę wygraną na loterii. Nie jest tak, że to się nigdy nie zdarza ... ale na pewno nie zdarza się często. W zależności od miejsca zamieszkania może to być niezwykle rzadkie. Oczywiście, jeśli zdarzy ci się być wysoko na pustyni Atacama ... może to być twoja codzienna pogoda.

Większość planetistów nie chwyta pojedynczych zdjęć. Zamiast tego przechwytują około 30 sekund klatek wideo. W rzeczywistości nie używają wszystkich ramek ... po prostu chwytają niewielki procent najlepszych ramek i są one używane do układania w stos. Technikę tę czasami określa się mianem „szczęśliwego obrazowania”, ponieważ ostatecznie odrzucasz większość złych danych ... ale przez ułamek czasu otrzymujesz kilka wyraźnych ramek.

Lustrzanki cyfrowe, które mogą nagrywać wideo, zwykle korzystają ze skompresowanej techniki wideo, która jest stratna. To nie jest dobre, gdy chcesz tylko kilka dobrych ramek. Potrzebujesz pełnych bezstratnych klatek (najlepiej danych wideo RAW ... takich jak format .SER). Aby to zadziałało, potrzebujesz kamery z dość szybką liczbą klatek na sekundę. Kamery, które mogą nagrywać wideo za pomocą globalnej elektronicznej migawki, są idealne ... ale także nieco droższe.

Zanim przejdę dalej ... ważna uwaga: użyję konkretnych modeli aparatów jako przykładów. ZWO ASI290MC jest bardzo popularną kamerą do wykonywania zdjęć planet w momencie pisania tego tekstu . Jest prawdopodobne, że w przyszłym roku lub następnym ... będzie to coś innego. Proszę nie odbierać wiadomości, że musisz kupić markę / model aparatu _____. Zamiast zabierać pomysły, jak opracować ważne funkcje, dzięki którym aparat lepiej nadaje się do obrazowania planetarnego.

ASI120MC-S jest kamerą budżetową i potrafi rejestrować klatki z prędkością 60 klatek na sekundę. Ma rozmiar piksela 3,75 µm. 3,44 x 3,75 = 12,9 ... więc potrzebujesz lunety o współczynniku ogniskowej równym lub lepszym niż f / 13.

To sprawia, że ​​ASI290MC jest tak dobrym wyborem ... ma szybkość przechwytywania 170 fps (zakładając, że twoja magistrala USB i pamięć na komputerze mogą nadążyć) i mały piksel zaledwie 2,9 µm (3,44 x 2,9 = 9,976, więc działa dobrze na f / 10)

Przetwarzanie

Po przechwyceniu klatek (a dla Jowisza chcesz zmniejszyć liczbę klatek do około 30 sekund) musisz przetworzyć klatki. Ramki są zwykle „ustawiane w stos” za pomocą oprogramowania, takiego jak AutoStakkert. Dane wyjściowe są zwykle dostarczane do oprogramowania, które może poprawić obraz za pomocą falek, takich jak Registax (zarówno btw, AutoStakkert i Registax to aplikacje bezpłatne. Istnieją również aplikacje komercyjne, które mogą to zrobić).

To wykracza poza zakres odpowiedzi. Istnieje wiele samouczków dotyczących przetwarzania danych (a to staje się nieco subiektywne - co nie jest tak naprawdę celem Stack Exchange).