CURSO DE MONITOR DE ACTIVIDADES ASTRONOMICAS UPCT-ASAC

INTRODUCCIÓN A LA ASTROFOTOGRAFIA Luis Carlos García Conesa

La fotografía astronómica representa para muchos aficionados la culminación de un proceso minucioso de preparación localización, registro y tratamiento, que conlleva la inmensa recompensa de poder contemplar el fruto de ese trabajo con unos resultados que mejoran notablemente la resolución del objeto contemplado.

Desde luego la contemplación astronómica visual produce al aficionado sensaciones insuperables, pero si a ellas le añadimos la recompensa de la captación del objeto para su contemplación intemporal, con mucha más resolución de cómo lo hemos observado en visual, la satisfacción se multiplica.La astrofotografía por parte de los aficionados a nuestra ciencia ha transcurrido paralela a los avances técnicos que se han producido en los últimos años, de unos cuantos amateurs que con mucha voluntad, intentaban, con medios rudimentarios, captar imágenes celestes, a los muchos aficionados que en la actualidad con la utilizan técnicas y recursos relativamente accesibles consiguen resultados espectaculares. Fotografiar el cielo nocturno ha sido una de las especialidades astronómicas que ha sufrido, en muy poco tiempo, un avance tan espectacular, que en apenas veinte años se ha pasado de realizar fotografías relativamente modestas en emulsiones químicas a espectaculares imágenes digitales que en el ámbito amateur, rivalizan con las de los mejores observatorios del siglo pasado.Esa mejoría de calidad ha venido, sobre todo, de la mano en los avances tanto de las cámaras como de los procesos de seguimiento de los objetos celestes. Pero además de los medios técnicos y mecánicos, los procedimientos informáticos han logrado crear imágenes verdaderamente increíbles para los medios y las condiciones en que han sido tomadas.

Como disciplina que agrupa la fotografía y la astronomía, para adentrarnos en esta rama es imprescindible un mínimo conocimiento tanto del ámbito de la fotográfica como de nuestros cielos y objetos celestes.

CONCEPTOS BASICOS

Antes de adentrarse en este apasionante mundo de la fotografía celeste, debemos manejar algunos conceptos fotográficos que son esenciales en la toma y el procesado fotográfico estelar:

PIXEL es el elemento de imagen, es la menor unidad homogénea en color que forma parte de una imagen digital.

FRAME, es un fotograma, cuadro o imagen individual dentro de una sucesión de imagen que compone una película.

ISO – ASA – DIN (escala internacional, americana y alemana). Nos indica el índice de exposición o sensibilidad de una película. Está referida a la velocidad con que la película o el chip digital, reaccionan a la luz.A mayor ISO mayor absorción de luz por unidad de tiempo con la siguiente relación numéricaESCALA ISO 100- 200-400-800-1600-3200-6400

TIEMPO DE EXPOSICIÓN: Es inversamente proporcional al ISO de la cámara, a mayor tiempo de exposición menor ISO para los mismos resultados (teóricamente). Aunque esto es relativo en cuanto al resultado en astrofotografía, tanto si aumentamos el tiempo de exposición como si aumentamos el ISO surgen dificultades.

CONCEPTO DE RUIDOA medida que subes el ISO crecerá el ruido que recoja tu fotografía. Es fácil entender el concepto de ruido si pensamos en términos de sonido. Imagina que tienes un equipo de música al que no le está entrando señal de algún tipo. Aunque no se reproduce absolutamente nada en él, subimos el volumen del amplificador. Percibimos un ruido molesto, ¿verdad? Lo mismo ocurre cuando amplificamos la entrada de luz en nuestra cámara subiendo el ISO.

RELACIÓN ENTRE ISO Y RUIDOEl ISO tiene relación directa con el ruido de una imagen. Si subes el ISO a niveles altos se notarán granos gordos en tu imagen. Que a un determinado nivel de ISO se note más o menos el ruido depende de la calidad del sensor. Normalmente, en las cámaras de alta gama y profesionales, a niveles de ISO altos, pese a ser perceptibles, se notan menos que en las cámaras para aficionados.

Un mayor índice ISO representa por lo general una menor calidad de imagen, y en astrofoto se nota mucho más.

TIEMPO DE EXPOSICION, es el tiempo que la luz está alcanzando el sensor digital (o la película). Para los objetos celeste se necesitan, generalmente (excepto luna, sol o planetas brillantes), largos tiempos de exposición.Durante la toma se mantiene abierto el obturador de la cámara en una escala que va de milisegundos hasta minutos.En astrofotografía suelen hacerse exposiciones hasta de horas.

Trepidación y movimiento

La trepidación es el efecto que se produce cuando una foto sale movida por un tiempo de exposición demasiado largo o por no controlar el movimiento de la cámara.

Al hacer una foto debemos tener en cuenta el movimiento de los objetos para decidir entre un tiempo de exposición u otro

En fotografía astronómica la compensación del movimiento de la tierra, es algo básico. Si no lo hacemos, las estrellas aparecerían como trazos en las tomas, siendo ya apreciable con unos pocos segundos de exposición. Este efecto se multiplica en función de los aumentos de que esté dotado nuestro objetivo.

Para contrarrestar dicho movimiento se utilizan diferentes monturas dotadas de movimiento sideral que mantiene a nuestro objeto en todo momento el centro de la toma. Para exposiciones largas y/o con ciertos aumentos, se necesita un seguimiento muy preciso, que se consigue con una puesta en estación (alineamiento polar) minuciosa, siendo aconsejable la utilización de un programa de seguimiento informatizado centrado en una estrella, y conectado a la montura, que manda continuamente correcciones a esta para mantener centrado el objeto (este sistema es actualmente de muy común utilización por los aficionados más avanzados, con resultados espectaculares)

OBTENCION DE TOMAS, APILADO Y PROCESADO.

Para la obtención de la fotografía, existen procedimientos más complejos que una simple exposición individual y que conjugan el apilado de varias tomas, con ello mejoramos la calidad de la imagen final de forma espectacular. Para ello en fotografía astronómica digital se suelen tomar:

Light frame:Es la toma de la fotografía normal. Generalmente se utilizan varias tomas de exposiciones más cortas. Si un objeto necesita una exposición de media hora, se pueden hacer varios (30) light frames de 1 minuto. Esto conlleva importantes ventajas: mayor facilidad en el seguimiento, posibilidad de excluir tomas malogradas sin arruinar todo el trabajo…

Dark frame:

Cuando el sensor se expone para captar la imagen, aparte de colectar los fotones de luz del objeto a fotografiar, algunos pixeles del sensor se "saturan" por un efecto termoeléctrico, apareciendo como "puntitos" rojos, azules o verdes. Se llaman "hot pixels". El efecto se agrava cuando aumentamos la exposición y-o estamos en una zona con temperatura moderada-alta. Para minimizar el efecto, es conveniente usar la cámara en ambientes fríos. Hay soluciones mas complejas que enfrían el sensor de la cámara, pero para exposiciones de 15 segundos no debemos preocuparnos mucho. El dark frame se saca en el transcurso y apenas terminamos de fotografiar el objeto ya que los hot pixels varían con la temperatura. Para sacar un dark frame simplemente se saca una foto con el telescopio tapado y usando las mismas configuraciones de exposición, ISO, etc. Lo que hace el programa de apilado es comparar el dark frame con la imagen normal y eliminar los hot pixels.

Flat frame (o flat field):

Es inevitable que la óptica no tenga suciedad, polvo, en todas partes. La cámara captura junto a la imagen, las partículas en la óptica. Éstas disminuyen el brillo y contraste del área donde se encuentren. También elimina el viñeteo, que son los bordes oscuros en las imágenes. El flat frame se saca apuntando el telescopio a un objeto luminoso como una pared blanca iluminada, las nubes, o también podemos tirarle encima al telescopio una tela blanca e iluminamos con una linterna. Sacamos una foto en donde la imagen no se queme, variamos la exposición al punto en donde se noten las pequeñas partículas en la imagen. El programa luego lo que hace es comparar el flat con la imagen y le sube el brillo a las áreas afectadas. En muchos casos no es necesario sacar flats pero si lo

hacemos, podemos sacar unos 15 o 20.

Offset frame (o bias):

El bias frame se utiliza para eliminar el ruido eléctrico cuando se lee los datos del sensor. Cada vez que se leen los datos del sensor, se filtra en la imagen una muy pequeña cantidad de ruido. El programa de apilado hace lo mismo que con un flat frame, compara y realza el área afectada. Generalmente no se usan offset frames ya que el ruido de lectura del sensor suele ser aleatorio. Se saca con el telescopio tapado y la exposición más rápida e ISO más baja que permita la cámara. Unos 20 o 25 frames pueden ser suficientes.

Una vez que tengamos las tomas, utilizamos un programa de APILADO, que implica sumar todas las tomas individuales, de la misma forma que haremos con los todos frames de un vídeo, lo que nos dará una imagen resultante de mucha mayor calidad, que posteriormente procesaremos con los parámetros que consideremos necesarios.

Lógicamente este es el proceso idóneo para la obtención imágenes de calidad contrastada, aunque al principio pueda parecer laborioso con la práctica se hace relativamente sencillo, paralelamente debemos de aprender a manejar los programas informáticos de apilado y procesado. No obstante para iniciarnos y adentrarnos en este mundo es suficiente con tomas individuales, manejando los tiempos de exposición en función de los objetos y del aumento empleado, el seguimiento de los mismos (en caso necesario) y algunos retoques finales con cualquier programa fotográfico, si hiciera falta. Posteriormente hablaremos de las fotografías de gran campo sobre trípode, de sencilla factura y resultados sorprendentes.

EL OBJETIVO

El objetivo es el elemento óptico de la cámara que nos producirá los aumentos necesarios en las tomas astronómicas, dicho objetivo puede ser el propio de la cámara, utilizado para fotografías de gran campo (grandes zonas celestes) e incluso un telescopio adaptado al cuerpo de la cámara, lo que nos proporcionará mayores aumentos (y dificultades añadidas).Aunque muchas aberraciones ópticas se pueden combatir con programas informáticos, es aconsejable una buena calidad óptica de los objetivos, por ello es necesario decantarse por objetivos APOCROMATICOS, con objeto de minimizar las aberraciones cromáticas, así como filtros correctores para

combatir las aberraciones esféricas y correctores de campo paraqué las estrellas salgan puntuales en los bordes de la toma.

LA CAMARA

La cámara fotográfica es la base fundamental para la captación de las imágenes astronómicas, y ni que decir tiene, que partimos de la premisa de un buen conocimiento del equipo de que dispongamos, ya que la fotografía astronómica exige, en la mayoría de las ocasiones, sacar todo el partido de la cámara (y del telescopio).

Los tipos de cámara: Cámaras Reflex,-objetivo intercambiable- las mas polivalentes, podemos jugar con ellas en un gran rango de focales, incluso utilizar como objetivo el tubo de nuestro telescopio. Son ideales para la fotografía de gran campo, e incluso podemos iniciarnos en la toma de fotos sin seguimiento celeste. Han evolucionado desde las antiguas de película química a las actuales con chip digital. En la actualidad se está produciendo una verdadera revolución en los chips CCD, CMOS mucho más sensibles y con una buena contención del ruido.

Con las Cámaras Compactas, con objetivo fijo y generalmente menos luminoso – mucho menos polivalentes que las réflex-, también nos pueden deparar interesantes imágenes astronómicas de gran campo y con proyección ocular desde nuestro telescopio. Son una buena opción para iniciarse en la astrofotografía a un coste muy contenido.

La irrupción de las webcams desde hace unos pocos años, ha revolucionado el mundo de la astronomía amateur de la mano de los solfwer astronómicos. Se acoplan al telescopio, con o sin ocular, y su funcionamiento consiste en tomar un video de varios segundos e incluso minutos, de un objeto relativamente brillante (generalmente planetas, luna o sol), procesarlos a través de un programa informático, seleccionando las mejores imágenes en que se compone el video, para “apilarlas” (sumarlas) y formar una imagen muy mejorada del objeto. El procedimiento se basa en descartar los “frames” (fotogramas) más afectados por el “seeing atmosférico” (turbulencias), quedándonos con aquellos que más se acerquen al fotograma de referencia que previamente nosotros o el programa ha seleccionado como el mejor. Hay programas gratuitos y muy recomendables como el Registax en sus distintas versiones (va por la 6), este programa lleva además un procedimiento de tratamiento de imágenes que a través de waveles (forzado de imagen), revela detalles que apenas se aprecian en la fotografía inicial.

En función de la sensibilidad de la cámara y del control del tiempo de exposición de los frames, pueden deparar imágenes de objetos más débiles, y son aprovechables para realizar seguimiento informatizado de los objetos.

Las CCD, o cámara digitales específicamente diseñadas para astrofotografía constituyen un paso más, con sensor de alta sensibilidad, y dotadas de refrigeración para enfriar el sensor y aumentar el tiempo de exposición para tomas de larga duración. Con ellas podemos obtener espectaculares imágenes de objetos muy débiles, si bien requieren de un seguimiento muy preciso.

TECNICAS DE CAPTURA DE FOTOGRAFIAS ASTRONOMICAS

-Cámara sobre trípode

Después de esta breve exposición de algunos conceptos y equipos fotográficos, es aconsejable para iniciamos en el manejo de la cámara y de algunos conceptos anteriores realizar nuestras primeras fotografías únicamente con una cámara sobre un trípode estable. Nos sorprenderemos de las posibilidades de este sencillo equipo con objetivo de gran angular y tiempos de exposición relativamente cortos. La fotografía de gran campo, nos permite obtener excelentes imágenes de constelaciones completas con sus elementos más significativos, son ideales para la captura de fenómenos celestes como auroras boreales, y objetos extensos y brillantes como determinados cometas.

Para ello, necesitaremos una cámara con objetivo de 35 a 70 mm (incluso hasta 250 mm con objetos brillantes), un trípode estable y un disparador para no producir vibraciones (aunque de este último se puede prescindir en algunos casos al utilizar temporizador).Los tiempos de máximos exposición para qué no se produzca un efecto muy visible de trazos estelares, oscila entre los 2/3 a 30 segundos como máximo, variando en función de la sensibilidad y de la focal del objetivo.En función de los objetos podemos realizar varias tomas con diferentes tiempos de exposición y escoger las que hubiesen resultado más adecuadas.

-Cámara en paralelo al telescopio (piggy back)

Requiere un telescopio con una montura que pueda realizar el seguimiento estelar, la cámara se adapta en paralelo al tubo, que sirve de guía, con ello obtenemos tiempos de exposición mucho más amplios, con lo que mejoramos localidad de la imagen. Si fotografiamos con una réflex podemos intercambiar objetivos con mayores focales.

-Cámara en afocal

Se basa en la captura de la imagen que obtenemos a través del ocular del telescopio, se pueden utilizar cámaras tanto compactas como réflex con su objetivo. Ni que decir tiene que la precisión del seguimiento aquí debe de ser máxima, ya que el movimiento estelar se hace muy evidente a mayores aumentos.

-Cámara en proyección ocular

Como la anterior, también obtenemos la imagen a través del ocular del telescopio, pero en este caso la cámara se utiliza sin su objetivo, por lo que en este caso, sólo valen lar réflex, además de las webcams y CCDs. Es seguimiento aquí también es crítico.

-Cámara a foco primario

Utilizando el tubo del telescopio como objetivo, sin ocular, con lo que el aumento es el que produce la distancia focal (longitud) del tubo, en relación con el tamaño del sensor de la cámara.En estos casos, al igual que en afocal y en proyección ocular se requiere, para una mayor precisión, un tubo en paralelo al telescopio para hacer el seguimiento y las correcciones.

FOTOGRAFIA PLANETARIA

En la actualidad los aficionados a la astrofotografía tenemos un enorme campo de prácticas con la fotografía planetaria. La relativa luminosidad de los objetos celestes a fotografiar y el menor impacto de la contaminación lumínica, posibilitan que sea relativamente sencillo adentrarnos en este mundo. La única dificultad, radica en el pequeño tamaño de los planetas, que con la excepción del sol y la luna, requieren grandes aumentos para fotografiar con cierta claridad sus discos; y ya sabemos que con grandes aumentos más estragos causa el mal seeing atmosférico.Gracias a la técnica de la toma de imágenes en video y al posterior apilado de las mismas, podemos minimizar los efectos negativos atmosféricos y obtener imágenes espectaculares, comparables (e incluso mejores) a las reservadas a los grandes observatorios de principios del siglo pasado.Y las webcams han tenido un papel fundamental en el acceso a la fotografía planetaria por parte de miles de aficionados.

Fotografía de Jupiter (45” de diámetro), tomada F20 (4 metros) a 800 aumentos con C8 cg5 GT cámara Celestron Neximage el 08/01/2012, video 58 segundos procesado con REGISTAX

Fotografía de Marte (12” de diámetro), tomada a F20 (4 metros) a 800 aumentos C8 cg5 GT y Celestron Neximage. Oposición de 2012

Fotografía de Saturno (27” de diámetro) tomada a F25 (5 metros), 1000 aumentos, C8 cg5 GT y cámara DBK21au618 el 01-05-13. Video de 80 segundos y procesado con REGISTAX 6

Cráter Copérnico, 06/12/11, el mismo quipo anterior con cámara Neximage.

EJEMPLOS DE TOMAS FOTOGRAFICAS CIELO PROFUNDO

Actualmente hay solfwares que permiten mejorar las fotografías de una forma increíble, no obstante bajo mi punto de vista debemos tender a presentar las fotografías lo menos elaboradas posibles, ya que enmascararíamos la realidad de la toma y nos acercaríamos mas al diseño artístico que al científico. No obstante, hay algunos programas muy interesantes de los que se obtienen unos resultados muy aceptables para los “astrofotógrafos urbanos”, y que de otra manera sería muy difícil dedicarnos a la fotografía del cielo profundo. Uno de ellos es FITSWORK, para combatir la contaminación lumínica. Ejemplo.

M81-82, Recorte de una sola toma de 40 segundos, 250mm de focal, sin seguimiento informatizado. CANON 550 objetivo 70-300 en paralelo C8 con montura ecuatorial cg5 GT. Desde la terrada de mi domicilio, seeing 5-6, con contaminación lumínica importante.

La misma fotografía procesada con FITSWORK