Zdjęcie nieba pełne nieporuszonych gwiazd - jak dobrać parametry ekspozycji

Marzy się wam wykonanie ładnego zdjęcia nieba z punktowymi (nieporuszonymi) obrazami gwiazd własnym aparatem, a nawet smartfonem. Nie jest to trudne, jednak zależnie od wysiłku efekty będą lepsze lub gorsze. Istotne jest miejsce i pora fotografowania, warunki atmosferyczne, zastosowany sprzęt, a nadto czas ekspozycji. To od niego zależy powodzenie całego przedsięwzięcia.

Szczególnie w sytuacji gdy nie mamy specjalnego statywu umożliwiającego śledzenie dobowego ruchu nieba i utrzymania gwiazd stale w tym samym miejscu kadru. Dlatego skupimy się na najczęstszej sytuacji, gdy dysponujemy jedynie zwykłym statywem.

Pomocny będzie w tym przypadku kalkulator maksymalnego czasu naświetlania. Wyznaczy on najdłuższy czas, po którego zastosowaniu gwiazdy na zdjęciu nadal nie rozmyją się w smugi.

U góry czas maksymalnej ekspozycji nie przekroczony, na dole po przekroczeniu tego czasu (symulacja)

Astronomiczny kalkulator czasu naświetlania - zasady

Kalkulator, który proponujemy poniżej uwzględnia położenie obiektu (deklinację), rozmiar sensora, ogniskową i tolerancję, czyli to jak bardzo gwiazdy mogą według nas być rozmyte. Dobór tolerancji zależy od tego jak będziemy potem oglądać zdjęcia. Należy odpowiedzieć sobie na pytania. Czy będziemy wycinać fragmenty powiększone do 100%, analizować najdrobniejsze szczegóły i identyfikować gwiazdy? Czy może zdjęcie z 24 Mpix pomniejszymy do kilku Mpix co spowoduje uśrednienie pikseli i przekształcenie kresek w niewielkie punkty.

Tolerancję podajemy w pikselach. Dla przeciętnej rozdzielczości (16-24 Mpix) i tolerancji 3 pikseli nawet wielokrotne powiększenie zdjęcia nie wpłynie znacząco na kształt gwiazd (będą przypominać ciągle krążki). Wartość 6 pikseli nadal gwarantuje przypominające kółka obrazy gwiazd o ile nie powiększymy znacznie zdjęć. Przy jeszcze mniejszej rozdzielczości sensora i w sytuacji gdy zdjęcia nie będziemy powiększać, nawet 12 pikseli nie powinno znacząco wpłynąć na odbiór obrazu.

Okno kalkulatora - w pola wprowadzamy potrzebne wartości, a na dole odczytujemy maksymalny czas ekspozycji. Obliczenia dla 24 Mpix sensora APS-C i gwiazdozbioru Oriona przy 12 pikselowej tolerancji. Obiektyw 24 mm.

Rozmiar sensora i rozdzielczość to dane, które powinniśmy dobrze znać. Potrzebna jest jeszcze ogniskowa przy, której chcemy fotografować i deklinacja obiektu, który znajduje się w środku kadru, podana w stopniach.

Czym jest deklinacja? To jedna ze współrzędnych równikowych stosowanych w astronomii, która jest analogiem szerokości geograficznej w przypadku ziemskich współrzędnych geograficznych. Z obliczeniem deklinacji najlepiej mają osoby, które mieszkają na biegunie. Tam deklinacja to po prostu wysokość obiektu nad horyzontem. Północny biegun nieba, blisko którego znajduje się Gwiazda Polarna, dla osoby na północnym biegunie znajdzie się dokładnie nad jej głową. Czyli na wysokości 90 stopni nad horyzontem. Taka jest też jego deklinacja.

Deklinacja obiektów na niebie nie zależy od miejsca obserwacji na Ziemi. Dlatego osoby, które mieszkają z dala od bieguna muszą korzystać z tablic współrzędnych lub aplikacji (np. Stellarium) typu planetarium, które podają współrzędne niebieskie dla gwiazdy lub miejsca, które chcemy fotografować.

Deklinację zaznaczonego obiektu odczytamy w narożnym polu

Siatka współrzędnych równikowych w Stellarium (skrót klawiaturowy E)

Jeśli chcemy zatem fotografować okolice gwiazdozbioru Oriona, trzeba wybrać jedną z jego gwiazd, najbliższą centrum pola widzenia, i sprawdzić jaką ma deklinację. Albo wyświetlić siatkę współrzędnych w aplikacji planetarium i odczytać współrzędne.

Wystarczy wartość przybliżona. Należy pamiętać, że im większe pole widzenia (mniejsza ogniskowa obiektywu w mm), tym większy zakres deklinacji obiektów, które znajdą się w kadrze. Efekt będzie taki, że o ile gwiazdy w centrum kadru się nie rozmyją w paski, to te znajdujące się bliżej jednej z krawędzi zdjęcia będą już zauważalnie rozmyte. Zasada jest taka, im bliższa zera deklinacja tym szybciej gwiazdy rozciągną się na zdjęciu.

Zdjęcie z bardzo długim czasem naświetlania. Wszystkie gwiazdy utworzyły smugi, ale ich długość zalezy od odległości od bieguna niebieskiego (znajduje się po prawej stronie kadru tuż pod horyzontem)

Kalkulator i gwiezdne smugi - tutaj też się przyda

Wspomniany kalkulator policzy nam maksymalny czas dla którego obiekty na niebie o danej deklinacji nie rozmyją się w smugi o długości większej niż podana wartość tolerancji w pikselach. Te obliczenia możemy też wykorzystać do zgrubnego (obliczenia dla tolerancji ponad 200 pikseli nie są już dokładne) określenia czasu, przy którym uzyskamy z kolei określonej długości smugi. Jako tolerancję należy podać wartość, która określa ich spodziewaną na zdjęciu długość. Uzyskany w ten sposób maksymalny dopuszczalny czas ekspozycji to czas jaki nalezy ustawić w aparacie.

A co z przysłoną i czułością ISO?

Przysłona i czułość ISO to parametry ekspozycji, które maja wpływ na wyniki fotograficzne. Jednak w przypadku zdjęć nieba, zmiana przysłony nie sprawi, że gwiazdy staną się ostrzejsze, a podniesienie czułości nie pozwoli naświetlać ich jako nieruchomych punktów dłużej niż przy bazowym ISO.

Czas wyliczony wspomnianym kalkulatorem będzie taki sam niezależnie od dobranej czułości jak i wartości przysłony. Po jego upływie, punktowe gwiazdy zaczną rozmywać się w paski.

Oczywiście przysłona ma wpływ na obraz, ale w tych warunkach jej przymykanie będzie jedynie pogarszało jego jakość, nie wpłynie na długość kresek. Najlepiej dobrać przysłonę taką, dla której dany obiektyw działa najlepiej. Jest to zwykle maksymalna lub minimalnie przymknięta przysłona.

Podobnie zmienianie wartości ISO zmieni jedynie naświetlenie tła nieba. Podnosząc ISO znacznie powyżej bazowej wartości, tło nieba szybciej stanie się jasne, ale ponownie kreski, które powstaną od poruszających się gwiazd nie zmienią swojej długości.

Przy fotografowaniu nieba wskazane jest stosowanie jak najniższej wartości ISO, najlepiej bazowej. Jednak gdy chcemy, by na obrazie pojawiły się nie tylko najjaśniejsze gwiazdy, ale też te słabsze i przede wszystkim obiekty głębokiego tła (ang. deep space) to podniesienie ISO będzie konieczne.

Takie fotografie to wynik nie tylko manipulacji ekspozycją, ale tez obróbki w programie graficznym gdzie manipulujemy jasnością słabo i silnie naświetlonych fragmentów nieba

To jak bardzo możemy podnieść czułość (najlepiej nie przekraczać wartości ISO 1600) zależy od stopnia zaświetlenia. Czyli jasności nieba związanej z dodatkowymi źródłami światła w otoczeniu. W całkowitej separacji od świateł miast (a o to w Polsce jest bardzo trudno) i w miesiącach jesienno-zimowych można próbować celować w wysokie wartości ISO, o ile nasz sprzęt zapewni odpowiednią jakość obrazu. W mieście, nawet przy nieznacznie podniesionym ISO, niebo już po kilkusekundowej ekspozycji będzie bardzo jasne.

No i nie zapominajmy o stabilnym statywie

Nasze wszystkie powyższe obliczenia i starania na nic się zdadzą jeśli podczas fotografowania nie zadbamy o stabilny statyw i mocowanie aparatu lub smartfona. Jeśli mamy wątpliwości co do stabilności możemy zastosować dodatkowe dociążenie podwieszając torbę z piaskiem (niektóre statywy mają specjalne haczyki do tego celu).

Poza tym, najlepiej uruchamiać ekspozycję za pomocą wyzwalacza. Najmniejsze nawet drgania wywołane podczas uruchamiania ekspozycji będą wpływać w kolejnych sekundach na obraz. Ważne jest też dokładne zablokowanie ruchy statywu w obu osiach i wybranie stabilnego podłoża na czas fotografowania.

To wszystko oczywiście tylko zalecenia. Od was zależy jak bardzo będziecie się ich trzymać i w jakim stopniu usatysfakcjonują was uzyskane efekty.

Źródło: LonelySpeck (kalkulator), inf. własna