Astrofotografia dla średniozaawansowanych - część I
3. Optyka
 Refraktor ED Sky-Watcher Equinox 80/500 |
Najbardziej właściwym układem optycznym w tym zastosowaniu wydaje się być refraktor. Zazwyczaj jest to dość zwarta konstrukcja, bez nadmiaru zbędnej optyki i co ważne bez obstrukcji centralnej i strat światła związanych z odbiciami na zwierciadłach. Wadą refraktorów jest natomiast aberracja chromatyczna, którą dzięki różnym technologiom udaje się lepiej lub gorzej wyeliminować. Podstawowy tani refraktor o dobrej światłosile można kupić za dość niewielka kwotę, sprzęt o ogniskowej 600 mm i o światłosile f/5 zdobyć można za około 1000 zł. Przyznać trzeba, że w połączeniu z lustrzanką i po zawieszeniu na montażu z prowadzeniem zarejestrujemy takim sprzętem bardzo dużo, dużo więcej niż można dostrzec gołym okiem. Niestety poziom aberracji chromatycznej przy tego rodzaju sprzęcie będzie katastrofalny. Można z tym do pewnego stopnia walczyć stosując filtry ograniczające chromatyzm, niemniej nie ma co oczekiwać cudów. Tego typu sprzęt lepiej zostawić do wizualnych obserwacji komet czy też obiektów mgławicowych. Fotograf za minimum jakościowe powinien uznać sprzęt zbudowany w oparciu o szkło ED. Dość popularne i często spotykane są niewielkie refraktory z dwuelementowymi obiektywami, w których jedna z soczewek wykonana jest ze szkła fluorytowego FPL-51 czy też FPL-53. Przykładem może być model Sky-Watchera ED80. Jest to mały 80 mm refraktor o ogniskowej 600 mm. Lekki, nie sprawia kłopotu montażom paralaktycznym. Daje obraz jasny, ostry i klarowny. Dzięki niewielkim gabarytom i dobrym osiągom stał się w naszym kraju jednym z najpopularniejszych instrumentów astrofotograficznych.
 Refraktor Sky-Watcher 100ED o obiektywie 100 mm i ogniskowej 900 mm |
W serii ED znajdziemy jeszcze 2 modele: 100ED, nieco mniej popularny ze względu na swoją światłosiłę f/9, która do astrofotografii nadaje się trochę słabiej oraz duży 120ED, działający doskonale z większymi montażami paralaktycznymi. Obraz uzyskiwany tego typu sprzętem obarczony jest śladową aberracją chromatyczną (jakkolwiek jednak zauważalną). Do korygowania geometrii pola i wad pozaosiowych, które w pewnym stopniu tu występują, powstały specjalne korektory i flattenery mocowane na końcu wyciągu refraktora. Jakość korekcji samych obiektywów może różnić się w zależności od producenta. Nie jest aż tak bardzo istotne jaki gatunek szkła niskodyspersyjnego znalazł się w obiektywie, liczy się raczej poprawność całego projektu optycznego. Generalnie aberracja jest trudniejsza do wyeliminowania przy bardzo jasnych obiektywach. Im krótszy sprzęt tym większe wyzwanie przed konstruktorami.
 Flattener Tele-Vue TRF-2008 0.8x zaprojektowany został pierwotnie do modelu refraktora Tele-Vue TV85, gdzie redukował ogniskową z 480 do 380 mm zwiększając jednocześnie światłosiłę z f/5.6 do f/5.0. W praktyce flattener ten nadaje się do użytkowania z wszelkimi refraktorami o ogniskowej pomiędzy 400 a 600 mm z wyciągiem 2", przykładowo może być stosowany ze Sky-Watcherem ED80 OTA PRO, Equinoxem 80, ZenithStarem 80 EDII czy też Megrezem 72 APO. Dzięki użyciu tego elementu uzyskujemy płaskie, wolne od zniekształceń, szerokie fotograficzne pole widzenia. |
Dodanie trzeciego dobrze dopasowanego elementu optycznego pozwala na zmniejszenie aberracji do poziomu ledwie zauważalnego. Układ taki nazywamy trypletem. W ten sposób wykonywane są najlepsze astrofotograficzne refraktory firm takich jak William Optics czy też z trochę wyższej półki – np. Officina Stellare i Takahashi.
 Refraktor apochromatyczny (tryplet) William Optics FLT 132 |
Istnieją też teleskopy z obiektywami 4-soczewkowymi (kwadruplety). Przykładem sprzętu doskonałego może być Takahashi FSQ-106. Jest to krótka, znakomicie wykonana konstrukcja z 4-elementowym obiektywem o średnicy 106 mm i ogniskowej 530 mm. Znakomita korekcja pozwala na uzyskanie pola fotograficznego o rozmiarze liniowym 88 mm. W praktyce pozwoli to uzyskać pole widzenia 9.2 stopnia, o ile tylko znajdzie się jakiś przetwornik o tak monstrualnych rozmiarach. Możliwe jest też zredukowanie ogniskowej przy pomocy dedykowanego konwertera dającego światłosiłę f/3.64. Według danych producenta obiektyw skorygowany jest nie tylko w paśmie widzialnym ale też w bliskiej podczerwieni, do długości fali 1000 nm (ma to wielkie znaczenie przy rejestracji obrazu kamerami CCD). Jedyną wadą tego pięknego sprzętu jest cena, w tym wypadku przekraczająca 20 tysięcy złotych.
 Refraktor apochromatyczny (kwadruplet) Takahashi FSQ-106 |
Systemem optycznym chyba najbardziej rozpowszechnionym jest teleskop Newtona. Wykorzystanie tego typu optyki w astrofotografii ma swoich zwolenników i przeciwników. Zalety newtonów są trudne do podważenia. Po pierwsze, stosunek ceny do możliwości jest miażdżący. Światłosilny 150 mm reflektor tego typu kupić można już za kilkaset złotych. Po drugie, teleskopy te nie mają aberracji chromatycznej. Oczywiście są też wady. Główna i zawsze podkreślana wada to koma widoczna przy światłosiłach, które w astrofotografii mogą być interesujące. Współczesna technologia optyczna pozwala walczyć z tym zjawiskiem przy pomocy specjalnych korektorów komy montowanych na wyciągu. Przeciwnicy podkreślają też większe gabaryty i masę, jak też zwracają uwagę na fakt niezbyt optymalnego rozkładu masy w zestawie, gdzie kamera i wyciąg znajdują się prostopadle do tuby optycznej. Mimo wszystko zachęcamy do prób fotografowania z Newtonami. Jest to sprzęt, który dzięki dość dobrej światłosile i raczej umiarkowanej ogniskowej wybacza wiele błędów. Przy fotografowaniu newtonami nie trzeba stosować jakichś szczególnie długich czasów ekspozycji, nawet dziesiątki sekund (bez filtrów) pozwalają na uzyskanie ciekawych efektów. Rozwiązaniem ekonomicznym będzie newton o średnicy 150 mm i ogniskowej 750 mm. Światłosilny, lekki, niedrogi, do zastosowania z prawie każdym montażem (znów zachęcamy do lektury testu tego typu instrumentu opublikowanego na łamach Optyczne.pl). Dla bardziej wymagających stworzono konstrukcje bardziej zaawansowane, zoptymalizowane pod kątem wykonywania zdjęć. Przykładem są teleskopy karbonowe o światłosile f/4 produkowane przez Sky-Watchera w rozmiarach 200 mm, 250 mm i 300 mm. W teleskopach tych zastosowano tubus z włókna węglowego. Nie dla zmniejszenia masy, jak co niektórzy sądzą, ale dla wyeliminowania efektów rozszerzalności temperaturowej. Przy tak dobrej światłosile, minimalne skrócenie tubusa przy spadku temperatury może dać zauważalny spadek ostrości, a tubus karbonowy raczej zbyt dużej rozszerzalności nie wykazuje. Druga rzecz, która rzuca się w oczy na zewnątrz to wyciąg okularowy. Śruba mikrometryczna z przekładnią 1:10 pozwala na precyzyjną regulację ostrości. Sam wyciąg przystosowany jest do większych niż zazwyczaj obciążeń i jest w stanie udźwignąć około 3 kilogramów sprzętu. Wewnątrz też dostrzegamy pewne różnice. Większe niż w typowym Newtonie jest zwierciadło wtórne. Powoduje to pewien spadek jasności obrazu, przy fotografowaniu niezauważalny. Mamy natomiast gwarancję uzyskania maksymalnego możliwego pola widzenia, przy takim zwierciadle winietowanie raczej nie zagraża. W oczy rzuca się też szereg diafragm eliminujących odbicia od wewnętrznych powierzchni tubusa.
 Newtony o świetle f/4 firmy Sky-Watcher przeznaczone do astrofotografii |
Fotografowanie tego typu teleskopem daje wiele radości. Efekt uzyskuje się szybko, na zdjęciach widać naprawdę dużo, choć od strony technicznej do pewnych rzeczy można się oczywiście przyczepić. Charakterystyczne dla zdjęć z teleskopów Newtona są promienie dyfrakcyjne widoczne przy najjaśniejszych gwiazdach. Najczęściej widoczne są cztery prostopadłe linie będące odwzorowaniem układu mocującego zwierciadło wtórne w teleskopie.
 Teleskop Delta Optical-GSO 10" F/8 M-LRC OTA. Teleskop systemu Ritchey-Chretien zaprojektowany przez inżynierów GSO w wersji produkowanej specjalnie dla Delta Optical. Jest to jeden z najtańszych astrografów systemu R-C dostępnych na rynku, w przeciwieństwie do wielu konstrukcji profesjonalnych znajduje się on w zasięgu możliwości przeciętnego miłośnika astronomii. |
Wśród obecnych od niedawna na rynku konstrukcji, w czołówce zastosowań astrofotograficznych znajdują się teleskopy systemu Ritchey-Chretiena (określane skrótowo jako RC). Teleskopy te składają się z dwóch luster hiperbolicznych zamontowanych identycznie jak w teleskopie Cassegraina. W przypadku typowego RC nie mamy w torze optycznym żadnych szklanych korektorów, nie ma też płyty korekcyjnej znanej z teleskopów SCT. Nie ma więc śladów aberracji chromatycznej, a do kamery CCD dociera niezmodyfikowane widmo promieniowania. Odpowiedni dobór kształtów zwierciadeł pozwolił na całkowite wyeliminowanie komy przy zachowaniu umiarkowanej światłosiły. Teleskopy takie produkowane przez Delta Optical i GSO zdobyć można w wersji popularnej już za dość niewielkie pieniądze, przykładowo model o średnicy 15 cm kosztuje nieco ponad 2 tysiące złotych. Ritchey-Chretieny produkowane są też przez firmę Officina Stellare i w tym wypadku są to sprzęty z zupełnie innej półki – wykonane techniką CNC precyzyjne astrografy z elektronicznymi focuserami i regulacją temperatury na zwierciadłach, kosztujące od kilkudziesięciu tysięcy złotych wzwyż.
 Teleskop Officina Stellare RC Pro 360 LT. Za taki instrument trzeba zapłacić ponad 60 tysięcy zł |
Wspomniana firma produkuje też astrografy wielce egzotyczne o niespotykanych parametrach. Veloce 200 i Veloce 300 to prawdziwe kombajny do fotografowania wielkich pól widzenia. Krótkie, o dziwacznych proporcjach, mają ogromne lustra wtórne i światłosiłę f/3. Zgodnie z oznaczeniami teleskopy te posiadają średnice lustra 200 mm i 300 mm i odpowiednio ogniskowe 600 mm i 900 mm. Możliwościami można je porównać do znanych niegdyś profesjonalistom kamer Schmidta. Na pierwszy rzut oka Veloce przypomina krótkiego Maksutowa z wielkim, zajmującym połowę powierzchni płyty zwierciadłem wtórnym. Najbardziej szokującej różnicy nie widać na pierwszy rzut oka. System Riccardi-Honders, w jakim zbudowane są oba urządzenia, oparty jest między innymi o zwierciadło napylone na dolnej powierzchni. Samo szkło zwierciadła jest więc tu elementem czynnym.
 Veloce RH 200 f/3 – jasny astrograf włoskiej firmy Officina Stellare |
Trochę tańszym rozwiązaniem niż teleskopy RC i dedykowane astrografy są wprowadzone na rynek całkiem niedawno układy Dall-Kirkhama dodatkowo skorygowane 2–3 elementowym korektorem umieszczonym w ognisku przed detektorem. W przypadku takiego teleskopu zwierciadło główne jest elipsoidą, a zwierciadło wtórne wycinkiem sfery. To dwie poważne zalety. Po pierwsze, takie powierzchnie są znacznie łatwiejsze do wyszlifowania niż zwierciadła hiperboliczne i paraboliczne. Po drugie, sfera zwierciadła wtórnego nie stwarza żadnych problemów z kolimacją teleskopu. Dobrym przykładem tego typu sprzętu są instrumenty amerykańskiej firmy PlaneWave.
 Teleskop PlaneWave CDK20 o średnicy zwierciadła 508 mm i światłosile f/6.8 |
Inne systemy optyczne dostępne na rynku bywają mniej przydatne do celów astrofotograficznych, choć w pewnych zastosowaniach mogą sprawdzać się znakomicie. Dość niedoceniane są konstrukcje systemu Maksutowa. Faktycznie, są to teleskopy o dość mizernej światłosile, raczej trudne do wykorzystania przy długoczasowej fotografii. Jest to jednak sprzęt zupełnie pozbawiony aberracji chromatycznej, dający obrazy wyjątkowo ostre. Znakomite efekty można tu uzyskać fotografując ciała Układu Słonecznego. Teleskopy takie stworzone są wręcz do obserwacji i fotografowania planet. Ogniskowa największego teleskopu tego typu produkowanego przez Sky-Watchera (MAK180 OTAW) wynosi 2700 mm. Wystarczy wstawić pojedynczą soczewkę Barlowa dobrej klasy, aby zwiększyć ogniskową jeszcze o czynnik 2 lub 3 i uzyskać zadowalające rozmiary tarcz planetarnych.
 Teleskop Maksutowa Sky-Watcher BK MAK180–2" OTAW |
W podobny sposób wykorzystywać warto teleskopy Schmidta-Cassegraina. SCT spotykane są w większych rozmiarach niż Maksutowy, a w warunkach idealnego seeingu (czytaj: np. w Chile) pozwalają na uzyskanie niewiarygodnie szczegółowych obrazów planetarnych. Typowa światłosiła spotykanych na co dzień SCT to f/10. Przy typowych średnicach 20, 28 czy też 35 cm oznacza to dość znaczne ogniskowe, trudne do opanowania na przeciętnym montażu. Schmidt-Cassegrain w typowej konfiguracji, czy też nawet z reduktorem f/6.3, jest sprzętem wymagającym i do artystycznych zdjęć raczej się nie nadaje. Co zrobić jeśli jednak mamy dużego SCT? Okazuje się, że fotografować można z pominięciem połowy układu optycznego teleskopu. Do zrobienia zdjęcia wystarczy światło skupione przez zwierciadło główne, aparat czy też kamerę montujemy natomiast z przodu, przed teleskopem, z miejscu gdzie wcześniej tkwiło zwierciadło wtórne. Oczywiście zwierciadło główne SCT kiepsko nadaje się do fotografowania, konieczne jest więc umieszczenie odpowiedniego korektora, a korektor ten powstał raptem kilka miesięcy temu. Hyperstar to układ 3 soczewek korygujących, montowanych pośrodku płyty korekcyjnej. Na wyjściu Hyperstara zamontować można zwykłą lustrzankę, można też przykręcić kamerę CCD. Producenci kamer (Atik, ALccd) wprowadzili ostatnio kamery w wąskich cylindrycznych obudowach idealnie sprawdzające się w takim właśnie zastosowaniu. Co zyskujemy? Dla posiadaczy SCT przyzwyczajonych do długich ogniskowych i niewielkich pól, system Hyperstar oznacza kompletny przewrót. Światłosiła zmodyfikowanego systemu wynosi f/2. Pole wolne od wad wystarcza do pokrycia przetwornika APS-C. Dla przeciętnego 8-calowego SCT ogniskowa uzyskana z Hyperstarem wyniesie zaledwie 400 mm.
 11-calowy teleskop Celestron EdgeHD z układem Hyperstar oraz kamerą CCD |
Astrofotografia to temat bardzo szeroki. Dobry montaż i dobra optyka znaczy bardzo wiele, ale to tak naprawdę tylko niewielka część współcześnie dostępnego arsenału środków technicznych i metod. O filtrach, kołach filtrowych i innych sztuczkach napiszemy już wkrótce.
Artykuł został przygotowany przy współpracy z firmą Delta Optical.
Sponsorem artykułu jest firma Delta Optical.
Optyczne.pl jest serwisem utrzymującym się dzięki wyświetlaniu reklam. Przychody z reklam pozwalają nam na pokrycie kosztów związanych z utrzymaniem serwerów, opłaceniem osób pracujących w redakcji, a także na zakup sprzętu komputerowego i wyposażenie studio, w którym prowadzimy testy.