Volevo iniziare l'astrofotografia.

Supponiamo che io voglia fotografare i pianeti quando sono i più vicini al pianeta terra, quale pianeta sembrerebbe il più grande pensiero di un teleobiettivo? Alcuni pianeti sono più piccoli ma più vicini al pianeta terra (Marte), alcuni sono più lontani ma molto più grandi (come Giove), quindi non so quale pianeta sia il più facile da fotografare. So che un obiettivo da 800 mm con una fotocamera APS-C è sufficiente per vedere alcuni piccoli dettagli di Giove, ma per quanto riguarda gli altri pianeti?

Poiché la distanza dalla Terra a ciascuno degli altri pianeti varia a causa della meccanica orbitale, la dimensione di ciascun pianeta vista dalla Terra può variare in modo significativo. Quale pianeta è il più grande e l'ordine delle dimensioni relative cambia frequentemente.

Ad esempio, in questo momento a partire dal 1 aprile 2018, le seguenti sono le dimensioni angolari dei pianeti visti dalla Terra:

• Giove - 42.69 "(secondi d'arco)
• Saturno - 16.68 "
• Mercurio - 11.27 "
• Venere - 10.59 "
• Marte - 8.49
• Urano - 3.38 "
• Nettuno - 3.21

Venere passerà per Mercurio di dimensioni il 12 aprile 2018.
Marte passerà per Mercurio di dimensioni il 19 aprile 2018.
Marte crescerà più grande di Venere il 7 maggio 2018.
Marte crescerà più grande di Saturno il 18 giugno 2018.
Venere supera Saturno in termini di dimensioni il 20 luglio 2018.
Venere sarà di nuovo più grande di Marte il 15 agosto 2018.
Venere crescerà più grande di Giove il 12 settembre 2018.
Marte si ridurrà a più piccolo di Saturno il 26 settembre 2018.
Venere raggiungerà il picco in dimensioni angolari a 1'1.33 "(un arcminuto e 1,33 secondi d'arco) il 27 ottobre 2018.

Entro il 27 ottobre 2018 (meno di sette mesi da oggi), l'elenco apparirà così:

• Venere - 1'1.33 "
• Giove - 31.44 "
• Saturno - 15.79 "
• Marte - 12.28 "
• Mercurio - 5.70 "
• Urano - 3,73 "
• Nettuno - 2,33 "

A metà dicembre 2018 Venere sarà di nuovo più piccola di Giove.

Alla fine di luglio 2019 l'ordine di beccata sarà simile al seguente:

• Giove - 42.68 "
• Saturno - 18.25 "
• Mercurio - 9.68 "
• Venere - 9.66 "
• Urano - 3.56 "
• Marte - 3.53 "
• Nettuno - 2,34 "

Quando è più vicino alla Terra, Venere ha la più grande dimensione angolare di uno qualsiasi dei pianeti visto dalla Terra. Al massimo, Venere è larga 0,01658 gradi. Questo è molto vicino a esattamente un arcminuto, che è 1/60 di grado. Venere è più grande di Giove solo per alcune settimane (circa 13-14 settimane da metà settembre a metà dicembre del 2018) una volta all'anno e mezzo circa. Il resto del tempo Giove è più grande degli altri pianeti.

Sfortunatamente, quando Venere è la più vicina alla Terra e alla sua dimensione angolare più grande, questo significa che Venere è anche quasi direttamente tra la Terra e il Sole e la maggior parte del lato di Venere di fronte alla Terra è scura mentre il sole luminoso è quasi direttamente dietro di essa . In occasioni molto rare, Venere e l'orbita terrestre si allineano perfettamente e Venere passa direttamente di fronte al Sole visto dalla Terra. Chiamiamo questo evento un transito . L'ultimo transito di Venere è avvenuto il 5 giugno 2012. Il prossimo non sarà fino a dicembre dell'anno 2117 seguito da un altro nel dicembre 2125. Si verificano in coppia a circa 8 anni di distanza, quindi c'è un divario che si alterna tra 121,5 anni e 105,5 anni prima che si verifichi la coppia successiva.

_{Il grande punto vicino in alto a destra è Venere. I punti più piccoli nel mezzo sono macchie solari. Ci sono alcune nuvole sottili nella parte inferiore del disco solare.}

Poiché Venere e Terra sono entrambi pianeti interni, la loro distanza relativa varia notevolmente. Durante la congiunzione sono distanti solo 41,4 milioni di chilometri. All'opposizione (quando Venere è direttamente dall'altra parte del Sole rispetto alla Terra), sono distanti 257.757 milioni di chilometri. A quella distanza, Venere è leggermente inferiore a 10 secondi d'arco (.16 arcminuti o 0,00278 gradi di larghezza).

Giove varia da circa 32 secondi d'arco in opposizione a 49 secondi d'arco (0,817 minuti d'arco o 0,0136 gradi) alla congiunzione. Il più delle volte Giove è più grande di 40 secondi d'arco. Poiché Giove è un pianeta esterno ed è cinque volte più lontano dal Sole rispetto alla Terra, la distanza tra Terra e Giove è molto meno variabile rispetto al caso degli altri pianeti interni. Significa anche che quando Giove e la Terra sono più vicini, il sole è di 180 ° sull'altro lato della Terra e quasi tutta la parte di Giove vista dalla Terra è illuminata dalla luce del sole e Giove è anche al suo massimo splendore quando è al suo massimo.

_{Giove come osservato il 21 gennaio 2013. All'epoca era largo circa 44 secondi d'arco. Canon 7D + Kenko 2X Teleplus Pro 300 DGX + EF 70-200mm f / 2.8 L IS II. L'immagine è una coltura al 100%.}

Marte varia da circa 25 secondi d'arco (0,00694 gradi) in congiunzione a 3,5 secondi d'arco (meno di 0,001 gradi) all'opposizione. Questo a volte significa che Marte è più piccolo di Urano in opposizione. Poiché l'orbita di Marte è al di fuori dell'orbita terrestre, è quasi completamente illuminata vista dalla Terra quando è più grande e nascosta dietro o molto vicino al Sole quando è più piccola.

Saturno ha una media di circa 16-20 secondi d'arco (esclusa la dimensione angolare più ampia del sistema ad anello di Saturno) visto dalla Terra. Poiché la sua orbita è quasi doppia rispetto a quella di Giove, la variazione di dimensioni tra congiunzione e opposizione è persino inferiore a quella di Giove.

Gli altri pianeti sono molto più piccoli delle dimensioni medie di quelle sopra elencate in termini di dimensioni angolari viste dalla Terra. Mercurio (massimo di circa 10 secondi d'arco) e Urano (massimo di poco più di 3,5 secondi d'arco) può essere più grande di Marte nei momenti in cui Marte è più distante (poco meno di 3,5 secondi d'arco). Giove non scende mai al di sotto del secondo posto, mentre Venere può variare ovunque dal più grande al quinto più grande (anche se cade oltre il quarto più grande in rare occasioni in cui sia Mercurio che Marte sono più grandi di Venere allo stesso tempo). Marte può essere ovunque dal secondo al settimo più grande. Notare che i pianeti più variabili sono quelli le cui orbite sono più vicine all'orbita terrestre e che i pianeti meno variabili sono quelli con orbite molto più grandi dell'orbita terrestre.

Al contrario, il Sole e la Luna sono entrambi di circa 0,5 gradi, oppure 30 minuti d'arco o 1.800 secondi d'arco visti dalla superficie della Terra. Cioè è 30 volte la larghezza di Venere nel punto più vicino (e meno illuminato in percentuale) e 36 volte più ampia di Giove nel punto più vicino e più luminoso.

_{Giove a sinistra e la luna a destra. Nota le dimensioni comparative. Più tardi la sera, quando questa immagine è stata scattata il 21 gennaio 2013, sono passati meno di un grado l'uno dall'altro. All'epoca Giove aveva una larghezza di circa 44 secondi d'arco.}

Naturalmente se uno è in piedi su un pezzo piatto della Terra, ha una dimensione angolare di 180 gradi (10.800 arcminuti o 648.000 secondi d'arco) che è 360 volte più del Sole e della Luna!

Normalmente Giove è facilmente il più grande visto dalla Terra, ma a seconda delle orbite, a volte potrebbe essere Venere (la prossima volta a settembre e poi la prossima nel 2020).

Questo sito risponderà ai dettagli relativi alla data esatta: https://www.timeanddate.com/astronomy/planets/distance

Sebbene la dimensione angolare di Venere nel cielo terrestre sia più grande di qualsiasi altro pianeta, perché Venere è un pianeta inferiore, la dimensione angolare più grande accade solo quando Venere nella direzione del Sole. Giove ha la dimensione angolare successiva più grande e si verifica quando Giove è in opposizione, quindi è anche nel suo stato più ben illuminato (per un osservatore sulla Terra). Inoltre, la dimensione angolare di Venere varia di un ordine di grandezza in quanto esso e la Terra orbitano attorno al Sole, mentre molto più lontano Giove ha una variazione più sottile dal diametro più grande a quello più piccolo. Ciò è molto evidente in telescopi e macchine fotografiche.

Nota che Giove ha caratteristiche molto grandi (bande, Great Red Spot ) che mancano a Venere, quindi se sei interessato a vedere i dettagli invece di un cerchio vuoto, allora Giove può fornirli. Venere, tuttavia, mostrerà una mezzaluna simile alle fasi lunari, mentre Giove no.

Nota anche che Giove ha quattro lune molto grandi , e queste sono molto facili da fotografare. Quindi, sebbene tu possa o meno essere in grado di risolvere le bande o Great Red Spot su Giove, molto probabilmente sarai in grado di fotografare le lune e vedere come cambia la loro posizione da notte a notte. Non è nemmeno necessario che Giove sia in opposizione per fotografarli, sono chiaramente visibili in tutta l'orbita di Giove.

Ad esempio, ecco una foto di Giove realizzata con immagini impilate prese attraverso una webcam Logitech collegata a un telescopio:

Fonte immagine Include altre immagini di Giove scattate attraverso le comuni fotocamere DSLR di Nikon e Canon.

Risposta breve: Venere sottende l'angolo più grande, seguito da Giove.

Risposta di lunghezza intermedia: Randall Munroe fornisce la seguente visualizzazione utile (estratta da una visualizzazione più ampia su https://xkcd.com/1276/ ):

Risposta lunga: c'è qualche variazione dovuta alle posizioni relative nelle orbite. Vedi la risposta di Wayne per un'animazione che mostra come le dimensioni relative cambiano nel tempo.

Non comprare ancora quel 800mm f / 5.6

L'astrofotografia con una DSLR viene in genere eseguita:

• con un obiettivo grandangolare veloce per evitare scie di stelle .
• o montato su un telescopio con un adattatore.

Il primo metodo è eccezionale per catturare grandi strutture nel cielo (ad esempio la Via Lattea, la Galassia di Andromeda, i cluster o le nebulose ...)

Il secondo può essere usato per i pianeti.

Un 800mm in realtà non è così lungo per un telescopio, e l'apertura corrispondente in f / 5.6 è di circa 145mm, che non è neanche molto grande. 800mm f / 5.6 è enorme, costoso e sarebbe difficile da usare per l'astrofotografia.

Goditi prima un po 'di astronomia visiva

Dalla tua domanda, capisco che non hai molta esperienza guardando i pianeti. L'astronomia visiva potrebbe darti l'esperienza necessaria per ottenere buone immagini.

L'astrofotografia è difficile e richiede molti soldi, esperienza e pazienza. Devi sapere dove puntare, a che ora e in quali condizioni di cielo.

Ci sono telescopi amatoriali eccellenti e convenienti per $ 250 (ad esempio questo piccolo dobsonian , un 900mm f / 8). Molti adattatori per astrofotografia costano molto di più. Puoi vedere ogni pianeta con esso, la divisione Cassini su anelli di Saturno , la grande macchia rossa su Giove, nonché le lune gioviane o la ISS . Con cieli decenti, puoi vedere meravigliosi oggetti del cielo profondo (ad esempio la galassia di Andromeda, la nebulosa di Orione, il doppio ammasso ...).

Per cambiare l'ingrandimento, hai semplicemente bisogno di un altro oculare, che è molto più economico degli obiettivi DSLR.

Passa all'astrofotografia.

È anche possibile utilizzare una webcam o una DSLR per scattare foto tramite il telescopio. Ecco un esempio di Giove con le grandi macchie rosse, 2 passaggi di luna e Io:

È stato preso come una singola esposizione con un Fuji X100s attraverso un dobsonian da $ 600 (1250mm f / 5). 1 / 50s, f / 4, ISO 1600. Ho dovuto:

• tracciare manualmente il telescopio
• mettere a fuoco manualmente l'oculare (6,7 mm)
• tenere la fotocamera per puntare attraverso l'oculare
• mettere a fuoco la fotocamera
• rilasciare l'otturatore.

Alcuni astrofotografi dilettanti riescono a scattare foto incredibili dei pianeti. Ecco alcuni esempi .

Proprio come non esiste una "migliore" fotocamera o un "migliore" obiettivo ... non esiste un "migliore" telescopio: esistono semplicemente dei telescopi più adatti a determinati compiti rispetto ad altri.

Mentre puoi certamente collegare una fotocamera, puntare un telescopio verso un pianeta e catturare un'immagine, la qualità di quell'immagine dipenderà da molti altri fattori (alcuni dei quali sono al di fuori del tuo controllo).

Condizioni atmosferiche

A causa della piccolissima dimensione apparente di un altro pianeta vista dalla Terra, la qualità dell'immagine è molto sensibile alla stabilità atmosferica qui sulla Terra. Gli astronomi si riferiscono a questo come a "condizioni visive". L'analogia che preferisco usare è immaginare una moneta appoggiata sul fondo di una pozza di acqua limpida. Se l'acqua è ancora puoi vedere la moneta. Se qualcuno inizia a creare onde (piccole o grandi onde) la vista della moneta inizierà a distorcere e vacillare. Lo stesso problema si verifica con la nostra atmosfera durante la visualizzazione dei pianeti.

Per ottenere un'atmosfera stabile, devi assicurarti di non trovarti a un paio di centinaia di miglia dal flusso del jet, da un fronte caldo o da un fronte freddo. Volete anche essere situati in un punto in cui la geografia è piatta (e preferibilmente acqua) per consentire un flusso d'aria laminare regolare. La terra calda creerà terme ... quindi terra fresca (in cima alle montagne) o guardare l'acqua fresca sarà utile. Anche le superfici ottiche del telescopio dovrebbero avere il tempo di adattarsi alle temperature ambiente. Altrimenti l'immagine non sarà stabile ... oscillerà e distorcerà la qualità dell'immagine.

Teorema del campionamento

C'è anche una questione di ingrandimento e c'è un po 'di scienza in questo ... basato sul teorema del campionamento di Nyquist-Shannon.

Un telescopio sarà limitato nella sua capacità di risoluzione in base alla dimensione dell'apertura. Il sensore della fotocamera ha pixel e anche questi hanno una dimensione. La versione breve del teorema del campionamento è che il sensore deve avere il doppio della risoluzione della massima potenza di risoluzione che il telescopio può offrire. Un altro modo di pensarci è che in base alla natura ondulatoria della luce, un "punto" di luce in realtà si concentra su qualcosa chiamato Airy Disk. La dimensione dei pixel del sensore della fotocamera deve essere pari a 1/2 del diametro di Airy Disk. Utilizzereste una qualche forma di ingrandimento dell'immagine (come la proiezione dell'oculare o la lente di barlow (preferibilmente un barlow tele-centrico) per raggiungere la scala dell'immagine desiderata.

Questo teorema di campionamento ti aiuta a sfruttare al meglio i dati che il tuo ambito è in grado di acquisire senza sottocampionamento (perdita di informazioni) o sovracampionamento (spreco di pixel che non sono effettivamente in grado di risolvere ulteriori dettagli).

Esempio

Prenderò come esempio una combinazione di fotocamera e telescopio.

ZWO ASI290MC è una popolare fotocamera per imaging planetaria. Ha pixel da 2,9 µm.

La formula è:

f / D ≥ 3,44 xp

Dove:

f = lunghezza focale dello strumento (in mm)

D = Diametro dello strumento (anche in mm per mantenere le unità uguali)

p = pixel pitch in µm.

Fondamentalmente f / D è il rapporto focale del telescopio - se questo è un modo più semplice di pensarci. Questa formula afferma che il rapporto focale del tuo strumento deve essere maggiore o uguale al passo dei pixel del sensore della fotocamera (misurato in micron) moltiplicato per la costante 3,44.

Se si collegano i numeri per il telescopio 14 "f / 10 utilizzando la fotocamera con pixel da 2,9 µm, si ottiene:

3556/356 ≥ 3,44 x 2,9

Il che si riduce a:

10 ≥ 9.976

Ok, quindi funziona perché 10 è maggiore o uguale a 9.976. Quindi questa probabilmente sarebbe una combinazione ok.

Si scopre che la mia vera videocamera non ha pixel da 2,9 µm ... ha pixel da 5,86 µm. Quando inserisco quei numeri

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

Non va bene ... questo significa che devo ingrandire la scala dell'immagine sul telescopio. Se avessi usato un 2x barlow qui, raddoppiasse la lunghezza focale e il rapporto focale ... portandolo a 20 ≥ 20.158. Se non mi preoccupo troppo del ".158", allora questo funziona. Ma ricorda che il simbolo tra i lati sinistro e destro è ≥ ... il che significa che potrei andare più in alto. Se dovessi usare un barlow 2.5x, aumenterebbe il rapporto focale di f / 25 e da 25 ≥ 20.158 questa è ancora una combinazione valida.

Se si utilizza una fotocamera APS-C (supponiamo di utilizzare uno dei tanti modelli Canon con il sensore da 18 MP ... come T2i, T3i, 60D 7D, ecc. Ecc.), La dimensione dei pixel è di 4,3 µm.

Supponiamo di utilizzare un ambito più piccolo come un SCT da 6 ". È un'apertura di 150 mm e una lunghezza focale di 1500 mm (f / 10)

1500/150 ≥ 3,44 x 4,3

Questo funziona

10 ≥ 14.792

Non è abbastanza ... otterresti risultati migliori usando un barlow 1,5x o più forte.

Lucky Imaging (utilizzando i frame video)

MA ... prima di esaurire e acquistare obiettivi di barlow (e idealmente ... barlow telescopici come TeleVue PowerMate) è probabilmente meglio prendere in considerazione una fotocamera diversa ed evitare di utilizzare una fotocamera tradizionale con sensore APS-C.

Il pianeta è minuscolo. Occuperà solo un punto molto piccolo al centro della fotocamera. Quindi la maggior parte delle dimensioni del sensore è sprecata.

Ma soprattutto ... ottenere le condizioni atmosferiche ideali è un po 'come vincere alla lotteria. Non è che non accada mai ... ma sicuramente non succede molto spesso. A seconda di dove vivi, potrebbe essere estremamente raro. Naturalmente se ti capita di essere alto nel deserto di Atacama ... questo potrebbe essere il tuo clima quotidiano.

La maggior parte degli imager planetari non afferra singole immagini. Invece prendono circa 30 secondi di fotogrammi video. In realtà non usano tutti i frame ... prendono solo una piccola percentuale dei frame migliori e questi vengono usati per impilare. La tecnica viene talvolta definita "imaging fortunato" perché si finisce per rifiutare la maggior parte dei dati errati ... ma per momenti frazionari si ottengono un paio di fotogrammi chiari.

Le DSLR in grado di registrare video in genere utilizzano una tecnica video compressa con perdita di dati. Non va bene quando vuoi solo alcuni buoni frame. Sono necessari frame completi senza perdita di dati (preferibilmente dati video RAW ... come il formato .SER). Per far funzionare tutto ciò, vorresti una fotocamera con un frame rate video abbastanza veloce. Le telecamere che possono fare video tramite un otturatore elettronico globale sono l'ideale ... ma anche un po 'più costose.

Prima di continuare ... una nota importante: userò specifici modelli di fotocamera come esempi. La ZWO ASI290MC è una fotocamera molto popolare per l'immagine planetaria al momento della stesura di questo articolo . È probabile che l'anno prossimo o l'anno successivo ... sarà qualcos'altro. Si prega di non togliere il messaggio che è necessario acquistare marca / modello della fotocamera _____. Invece, togli le idee su come elaborare le caratteristiche importanti che rendono una fotocamera più adatta all'imaging planetario.

ASI120MC-S è una fotocamera economica e in grado di catturare fotogrammi a 60 fps. Ha una dimensione in pixel di 3,75 µm. 3,44 x 3,75 = 12,9 ... quindi si vorrebbe un oscilloscopio con un rapporto focale uguale o migliore di f / 13.

Questo è ciò che rende ASI290MC una buona scelta ... ha una velocità di acquisizione di 170 fps (supponendo che il bus USB e la memoria sul computer possano tenere il passo) e un piccolo pixel pitch di soli 2,9 µm (3,44 x 2,9 = 9,976 così funziona bene af / 10)

in lavorazione

Dopo aver catturato i fotogrammi (e per Giove si desidera mantenerli fino a circa 30 secondi di fotogrammi) è necessario elaborare i fotogrammi. I frame vengono in genere "impilati" utilizzando software come AutoStakkert. L'output di questo viene in genere portato in un software in grado di migliorare l'immagine tramite wavelet come Registax (a proposito, AutoStakkert e Registax sono entrambe applicazioni gratuite. Esistono anche app commerciali che possono fare altrettanto).

Questo va oltre lo scopo della risposta. Esistono numerosi tutorial su come elaborare i dati (e questo diventa un po 'soggettivo, il che non è proprio lo scopo di Stack Exchange.)