6.17' διάβασμα
...μια αφορμή για σκέψεις των μυστικών του ουρανού
Α. Αραβαντινός
Αφυπηρετήσας Καθ. Φυσικής, Παν. Δυτικής Αττικής (ΠαΔΑ)
Τμήμα Φωτογραφίας & Οπτικοακουστικών Τεχνών
Αστροφωτογράφιση θεωρείται γενικά η τεχνική της φωτογράφισης ουράνιων αντικειμένων από την επιφάνεια της γης ή ακόμη και από τα σύγχρονα δορυφορικά τηλεσκόπια όπως το Hubble Space Telescope (HST) ή το James Webb Space Telescope (JWST). Το κείμενο αυτό αναφέρεται αποκλειστικά σε φωτογραφήσεις από την επιφάνεια της γης. Η φωτογράφιση αυτή μπορεί να έχει ως αντικείμενα την σελήνη, τον ήλιο, τους πλανήτες, τα νεφελώματα ή ακόμη και σχετικά γειτονικούς γαλαξίες οι οποίοι όμως βρίσκονται σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις. Μάλιστα, οι δυο τελευταίες περιπτώσεις ανήκουν κυρίως στην ειδική κατηγορία της αστροφωτογράφισης που ονομάζεται χαρακτηριστικά : Φωτογράφιση Βαθέως Ουρανού ή Deep Sky Photography (DSP).
Η
Φωτογράφιση Βαθέως Ουρανού συνήθως
απεικονίζει περιοχές του ουράνιου θόλου
πολύ πέρα από το ηλιακό μας σύστημα.
Εκεί υπάρχουν κυρίως αστέρια σε πάρα
πολύ μακρινές αποστάσεις όπου δηλώνουν
την διαχρονική παρουσία τους στους
γήινους παρατηρητές σαν μικροσκοπικά,
φωτεινά ίχνη.
Τα αστέρια (που μπορούν να απεικονιστούν ή και όχι) είναι πάρα πολλά σε πλήθος και απέχουν τεράστιες αποστάσεις μεταξύ τους όμως είναι «γωνιακά πολύ κοντά» σε οποιαδήποτε μάλιστα πιθανή διεύθυνση γήινης παρατήρησης. Αυτό σημαίνει ότι αστέρια που βρίσκονται γωνιακά πολύ κοντά, δηλαδή ουσιαστικά βρίσκονται πάνω στην ίδια διεύθυνση παρατήρησης, έχουν κοινό απεικονιστικό ίχνος όχι μόνο στον αμφιβληστροειδή του παρατηρητή – φωτογράφου αλλά αντίστοιχα και στον εκάστοτε αισθητήρα της φωτογραφικής του μηχανής. Βέβαια η παρατήρηση μέσω τηλεσκοπίου της ίδιας ακριβώς περιοχής του ουρανού αλλάζει τα δεδομένα. Τώρα τα αστρικά ίχνη που εμφανίζονται είναι πολύ περισσότερα από πριν. Η αύξηση αυτή οφείλεται διότι εν προκειμένω η φωτεινή ροή που καταλήγει στον παρατηρητή είναι πολύ μεγαλύτερη και έτσι γίνονται εμφανή και αστέρια που πριν ήταν αδύνατον να δηλώσουν την εκεί παρουσία τους.
Στη συνέχεια παρουσιάζονται μερικά στοιχεία, υπό μορφή σύντομων απαντήσεων σε ερωτήσεις (έντονα στοιχεία γραφής), που αφορούν τα αστέρια προκειμένου να τα «γνωρίσουμε» καλλίτερα στο μέτρο που αυτά φαίνεται να κυριαρχούν στην κατηγορία της Φωτογράφισης του Βαθέως Ουρανού.
Ποιο είναι το πλήθος των αστεριών που μπορεί να παρατηρήσει κάποιος κάτοικος της γης ένα ανέφελο καλοκαιρινό βράδυ ; Υπάρχει διαφορά σε ποιο ημισφαίριο της γης γίνεται αυτή η παρατήρηση ;
Τα άστρα που μπορεί να δει με γυμνό οφθαλμό – μέχρι και 6ου βαθμού λαμπρότητας – ο γήινος παρατηρητής δεν είναι ούτε άπειρα αλλά ούτε έχουν και τυχαία κατανομή στον ουρανό. Ένας παρατηρητής στο βόρειο ημισφαίριο της γης βλέπει περίπου 3000 άστρα ενώ αντίστοιχα άλλα 2000 περίπου διαφορετικά από τα προηγούμενα άστρα μπορεί να δει από το νότιο ημισφαίριο της γης. Έτσι με γυμνό οφθαλμό και στα δυο γήινα ημισφαίρια μπορούμε αθροιστικά να δούμε περί τα 5000 διαφορετικά άστρα από 1ου έως και 6ου βαθμού λαμπρότητας.
Έχουν τα αστέρια σταθερή θέση στο ουράνιο στερέωμα ή όχι ;
Αν και τα αστέρια αποδεικνύεται ότι κινούνται στο διάστημα με πολύ μεγάλες ταχύτητες αυτή η κίνηση φαίνεται πάρα πολύ αργή από την γη λόγω της τεράστιας απόστασης που μας χωρίζει από αυτά. Έτσι, η θέση των αστεριών θεωρείται πρακτικά σταθερή στον ουράνιο θόλο. Αστρονομικοί χάρτες που δημιουργήθηκαν αρκετούς αιώνες πριν και έχουν διασωθεί μέχρι και σήμερα σημειώνουν τις θέσεις αυτές επιβεβαιώνοντας τον προηγούμενο ισχυρισμό. Βέβαια σε χρονικές κλίμακες χιλιάδων ή και εκατομμυρίων ετών οι σχετικές θέσεις των άστρων αλλάζουν.
Ποια απόσταση «χωρίζει» την γη από τα αστέρια ;
Οι αποστάσεις γης – αστεριών είναι ασύλληπτα μεγάλες και έχουν επίσης πολύ μεγάλες «χωροταξικές διακυμάνσεις» μεταξύ τους. Για παράδειγμα ο Ήλιος απέχει από την γη 150 εκατομμύρια Km, ο Εγγύτατος του Κενταύρου 4.24 έτη φωτός, ο Σείριος 8.6 έτη φωτός, ο Βέγας 25 έτη φωτός κλπ. Θα πρέπει εδώ να σημειωθεί ότι ένα έτος φωτός είναι περίπου 9.46 τρισεκατομμύρια Km. Πρόκειται δηλαδή για την απόσταση που διανύει το φως κατά την διάρκεια ενός ημερολογιακού έτους.
Έχουν χρώμα τα αστέρια ; Εάν ναι γιατί ο γήινος παρατηρητής τα αντιλαμβάνεται σχεδόν πάντα ως λευκά ;
Τα αστέρια έχουν χρώμα το οποίο μάλιστα καθορίζεται κυρίως ατό την επιφανειακή θερμοκρασία τους. Έχει αποδειχθεί ότι η λαμπρότητα των αστεριών, δηλαδή η φωτεινή ενέργεια που εκπέμπουν στην μονάδα του χρόνου, είναι ανάλογη της μάζας τους. Έτσι τα μεγαλύτερα αστέρια παρουσιάζουν και τις μεγαλύτερες επιφανειακές θερμοκρασίες. Τα μικρότερα αστέρια φαίνονται κόκκινα, τα μεγαλύτερα έχουν χρώμα κιτρινωπό και τα ακόμη μεγαλύτερα εμφανίζουν χρωματισμό προς το κυανό. Τώρα ο γήινος παρατηρητής τα αντιλαμβάνεται όλα ως λευκά διότι η ένταση του φωτός που προσπίπτει στον οφθαλμό μας από αυτά προκειμένου να τα δούμε είναι πολύ χαμηλή. Τις χαμηλές φωτεινές εντάσεις τις αντιλαμβανόμαστε με τα ραβδία ενώ η όραση στο λαμπρό φως γνωρίζουμε ότι οφείλεται στα κωνία. Το φως των άστρων έρχεται από πολύ μακριά και έτσι είναι πολύ αδύναμο για να διεγείρει τους ευαίσθητους στο χρώμα απαιτητικούς φωτοϋποδοχείς των κωνίων του ανθρώπινου αμφιβληστροειδή. Έτσι λοιπόν τα αντιλαμβανόμαστε μέσω των ραβδίων με αποτέλεσμα να φαίνονται σχεδόν λευκά.
Η τεχνική της Φωτογράφισης Βαθέως Ουρανού (DSP) παρουσιάζει συγκεκριμένες ιδιαιτερότητες με κάποια πρακτικά σχόλια που αξίζει να αναφερθούν.
Τα φωτογραφικά είδωλα των μακρινών αστεριών είναι σχεδόν σημειακά και έτσι παραμένουν ουσιαστικά ανεπηρέαστα από την εστιακή απόσταση του χρησιμοποιούμενου φακού. Εν προκειμένω δηλαδή δεν ισχύει το γεγονός όπου ένας φωτογραφικός φακός μεγαλύτερης εστιακής απόστασης από κάποιον άλλο δημιουργεί και μεγαλύτερο είδωλο στον αισθητήρα της μηχανής. Το προηγούμενο γεγονός αφορά περιπτώσεις ουράνιων αντικειμένων με διάσταση όπως π.χ. ο ήλιος, η σελήνη ή και οι διάφοροι πλανήτες.
Για παράδειγμα το μέγεθος D του ειδώλου της σελήνης φωτογραφημένη από μηχανή 35mm μέσω φακού εστιακής απόστασης F δίνεται από την εμπειρική σχέση : D = F/115. Δηλαδή ο φακός των 50mm δημιουργεί είδωλο 0.4mm ενώ ένας τηλεφακός των 1000mm δημιουργεί είδωλο με διαστάσεις 8.7mm. Η υπολογιστική σχέση για τα αντίστοιχα είδωλα των πλανητών είναι D=(αF) / 206265 όπου τώρα α είναι η φαινομένη διάμετρος του πλανήτη από την γη (σε ‘’ της μοίρας). Για παράδειγμα φακός 1000mm δίνει τα εξής αντιπροσωπευτικά μεγέθη για τα είδωλα των πλανητών : Αφροδίτη 0.32mm, Άρης 0.12mm και Δίας 0.24mm.
Η γη περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό της κάνοντας μια πλήρη περιστροφή 360ο σε 24 ώρες. Είναι λογικό λοιπόν ότι σε μια συνεχή έκθεση με διάρκεια π.χ. μιας ώρας κάθε αστέρι δημιουργεί στον αισθητήρα της ακίνητης, σταθερά προσανατολισμένης φωτογραφικής μηχανής, ένα φωτεινό ίχνος (τμήμα κυκλικής τροχιάς) που αντιστοιχεί σε «επίκεντρη» γωνία 15ο (πρόκειται για τα αστρικά ίχνη ή star trails). Το κοινό κέντρο όλων αυτών των κυκλικών ιχνών είναι η χαρακτηριστική θέση του πολικού αστέρα στον ουράνιο θόλο (η αναφορά εδώ γίνεται για το βόρειο ημισφαίριο της γης).
Τώρα, πρακτικά για ικανοποιητικές φωτογραφήσεις αστεριών η μέγιστη διάρκεια T έκθεσης (σε sec) δίνεται από την σχέση : Τ < 700/εστιακή απόσταση φακού (σε mm). Για παράδειγμα με «κανονικό» φακό 50mm ο μέγιστος χρόνος έκθεσης υπολογίζεται σε 14sec ενώ με ένα τηλεφακό των 1000mm η αντίστοιχη τιμή του μέγιστου χρόνου είναι μόλις 0.7sec.
Σε σχέση με τα χρώματα και τις αποχρώσεις που εμφανίζονται στις φωτογραφίες του βαθέως ουρανού οφείλονται κυρίως στις αποδιεγέρσεις των ατόμων που βρίσκονται συγκεντρωμένα σε περιοχές του διαστήματος. Η διέγερση αυτών των ατόμων πραγματοποιείται συνήθως λόγω της υπάρχουσας υπεριώδους ακτινοβολίας από κοντινά ή και πιο απομακρυσμένα αστέρια. Συγκεκριμένα η περιοχή με μπλέ (ή ματζέντα) χρώμα δηλώνει παρουσία οξυγόνου που με την αποδιέγερσή του δημιουργεί φως στα 370nm, περιοχή με πράσινη ακτινοβολία σημαίνει παρουσία ιονισμένου υδρογόνου που και αυτό με την σειρά του καθώς αποδιεγείρεται εκπέμπει στα 486nm. Τέλος οι περιοχές με την κόκκινη απόχρωση αποδίδονται στα 670nm που οφείλονται στις αποδιεγέρσεις κυρίως των ατόμων του θείου.
Η φωτογράφιση βαθέως ουρανού αποτελεί την ιδιαίτερη περίπτωση όπου αντιμετωπίζονται πραγματικές σημειακές πηγές που δύσκολα μπορούν να δημιουργηθούν στα ερευνητικά εργαστήρια. Βέβαια η κάθε μια σημειακή πηγή (φωτεινό αστέρι) δημιουργεί ένα πραγματικό είδωλο στον αισθητήρα που δυστυχώς όμως δεν είναι ακριβώς σημείο. Στην ουσία πρόκειται για ένα μικροσκοπικό φωτεινό δίσκο με δεδομένη διάσταση που οφείλεται σε τρεις κυρίως παράγοντες που λειτουργούν από κοινού : περιστροφή της γης, οπτική διαταραχή από την υπάρχουσα γήινη ατμόσφαιρα και τέλος το πανταχού παρόν οπτικό φαινόμενο της περίθλασης. Στόχος της αστροφωτογραφίας ήταν και είναι να προσπαθεί να περιορίσει την διάσταση του κυκλικού αυτού ανεπιθύμητου ίχνους όσο το δυνατόν περισσότερο. Θα ήταν ιδανικά καλό το ίχνος αυτό να είναι τουλάχιστον συγκρίσιμο με την διάσταση της στοιχειώδους φωτοευαίσθητης μονάδας στον ψηφιακό αισθητήρα καταγραφής π.χ. η διάσταση ενός pixel.
Στην εικόνα που ακολουθεί παρουσιάζονται συγκεντρωμένες τέσσερεις ασπρόμαυρες φωτογραφίες του γαλαξία της Ανδρομέδας (Μ31) που δείχνουν πως αυξάνεται βαθμιαία ο αριθμός των ορατών λεπτομερειών καθώς αυξάνεται η προσπίπτουσα φωτεινή ροή για την ανεξάρτητη δημιουργία της κάθε μιας. Για παράδειγμα οι σπειροειδείς βραχίονες του συγκεκριμένου γαλαξία που φαίνεται να αναδεικνύονται στην κάτω δεξιά φωτογραφία.
Συμπερασματικά λοιπόν η αστροφωτογράφιση θεωρείται εκείνη η απεικονιστική τεχνική που συνδυάζει αρμονικά την φωτογραφία με την παρατηρησιακή αστρονομία. Πρακτικά μιλώντας ιδανική αστροφωτογραφία είναι αυτή που μπορεί να δημιουργεί μεγάλο είδωλο σε ψηφιακό αισθητήρα μικρών pixels με την μικρότερη δυνατή έκθεση.
Τέλος η αστροφωτογράφιση αν και απαιτεί ιδιαίτερο κόπο και τεράστια επιμονή χαρίζει μεγάλες συγκινήσεις από το μυστήριο και την γοητεία που κρύβει η ομορφιά του ουρανού ενώ ταυτόχρονα διδάσκει μοναδικά την τέχνη της παρατήρησης.
Βιβλιογραφία - Διαδίκτυο :
Αστροφωτογραφία H. J. P. Arnold
Astrophotography for the Amateur, M. Covington
Astronomy Today, 5th ed., Chaisson et al.
Night and Low – Light Photography a complete Guide, Bob Gibbons et al.
επιμέλεια: Κάππα Λάμδα
© Θ. Αραβαντινός
© periopton
Απαγορεύεται από το δίκαιο της Πνευμ. Ιδιοκτησίας
η καθ' οιονδήποτε τρόπο χρήση/αναπαραγωγή/ιδιοποίηση
του παρόντος άρθρου (ολόκληρου ή αποσπασμάτων)
