Astrofotograferingsguide, del 1. Teori

Att fotografera stjärnhimlen är inte så svårt som man kan tro. Det enda man behöver är en kamera som klarar av långa exponeringstider och ett stadigt stativ. Med detta som grund kan man bygga ut utrustningen i princip hur mycket som helst för att kunna ta bättre och bättre bilder.

Det här är NAK:s egen astrofotograferingsguide, skriven av Håkan Norén. Den är uppdelad på två delar. Den först delen handlar om teorin bakom astrofotografering medan del 2 ger exempel på vad man kan fotografera.

Inledning

Som amatörastronom och nybliven astrofotograf kan du i början nöja dig med att fotografera det du ser på himlen med "obeväpnade" ögon. För det räcker det med att du använder en högkänslig film och sätter en vanlig kamera på ett fotostativ. Svårare är det inte. Du kan på detta sätt fotografera bland annat stjärnbilder, kometer och norrsken. Astronomiska fenomen som till exempel konjunktioner mellan planeter är värda att dokumentera på bild.

För en amatörastronom är ofta skönhetsupplevelsen viktigare än det vetenskapliga värdet. Fotografera därför gärna himlen med en färgfilm, fastän du kan få med mera detaljer med en svartvit film. Det behövs inget teleskop eller superlångt teleobjektiv. Oftast är det bäst att man börjar med ett vanligt normalobjektiv. Med ett sådant kan du fotografera ganska mycket.

När man börjar med att fotografera himlen är det bäst att göra det så enkelt som möjligt. Börja gärna med en kamera på ett fotostativ. Mycket av den teori som tas upp här är "överkurs", som inte är nödvändig för att börja fotografera.

Olika himmelsobjekt

Stjärnorna är så långt borta, i förhållande till sin storlek, att de även i teleskop ser ut som punkter. Vi upplever dock att de ljusstarkare stjärnorna ser större ut. Dels är det en ren synvilla och dels beror det på att man får en viss spridning av ljuset i näthinnan.

Vid fotografering sker även en spridning av ljuset i filmen så att en ljusstark stjärna påverkar filmen inom ett litet område i stället för i en punkt. Därför ser starkare stjärnor större ut på ett fotografi.


Planeterna är visserligen mindre än stjärnorna men de är så mycket närmare att man i teleskop kan studera deras yta. Däremot vid fotografering med vanliga kameraobjektiv är förstoringen för låg för att man skall kunna se några detaljer alls. Genom ljusspridning i filmen kan en ljusstark planet, som Venus och Jupiter, bli en stor ljusfläck på bilden om man har exponerat för mycket. Det finns säkert en del "UFO"-bilder som är fotograferade på detta sätt.

Om man vill fotografera en planet och få en liknande bild som när man tittar i teleskop vid 100-200 gångers förstoring, så måste man använda en effektiv brännvidd som är 5 000-10 000 millimeter. Inga amatörteleskop har så lång brännvidd, men man kan använda ett okular för att förlänga den effektiva brännvidden. Metoden kallas okularprojektion.

Ljusstarka kometer kan fotograferas med en kamera på ett fotostativ. Ett normalobjektiv eller ett kort teleobjektiv är oftast bäst. Månens faser kan fotograferas med ett teleobjektiv. Ett vanligt 135 millimeters objektiv räcker, men helst bör brännvidden vara minst 200 och gärna 400 millimeter.

Månen är lätt att fotografera genom ett teleskop. Även med ett litet teleskop kan man få med en hel del ytdetaljer. Månens storlek på filmen blir lika med optikens brännvidd dividerat med 110. Om brännviden är 900 millimeter blir Månen 8 millimeter på filmen.

Norrsken och meteorer kan fotograferas med ett vanligt normalobjektiv eller ett vidvinkelobjektiv. Meteorer är dock svårfångade. Det är bara de ljusstarkaste som brukar komma med på bilderna.

Gryningsljus och skymningsljus bör normalt undvikas. Dock kan Månen eller en planet gärna fotograferas när det inte är mörkt, för att få med lite av landskapet på bilden. Vid fotografering av ljussvaga objekt bör man undvika allt störande ljus, såsom månsken eller ljus från en närbelägen stad.

Jordrotationen

För att samla in så mycket ljus som möjligt, behövs lång exponeringstid. Dock gör jordrotationen att man bara kan fotografera en begränsad tid innan stjärnor och andra himmelsobjekt blir avbildade som streck, om man har en kamera på ett vanligt fotostativ.

Om man vill använda längre exponeringstider måste kameran sitta på en montering som kompenserar för jordrotationen. Principen är att monteringen har en axel som är parallell med Jordens rotationsaxel ("jordaxeln") och att vridningen är ett varv per dygn västerut (Jorden roterar österut ). Man kan bygga eller köpa en sådan "kameravridare". De är oftast motordrivna, men handvevade varianter fungerar också. Om man har ett teleskop med en motordriven ekvatoriell montering, så kan man fotografera genom teleskopet eller fästa kameran vid sidan av teleskoptuben. Det sistnämnda kallas "piggy-back"-fotografering.

Kameror

För att kameran skall kunna användas för astrofotografering måste vissa krav vara uppfyllda. Avstånd, bländare och exponeringstid måste kunna ställas in manuellt. Det måste finnas långtidsexponering, vilket brukar betecknas med "B" på tidsinställningen. Naturligtvis måste kameran ha ett stativfäste så att den kan sättas på ett fotostativ. Dessutom behövs ett uttag för en mekanisk eller elektrisk trådutlösare, som bör användas för att minska vibrationer.

De flesta av dagens kameror har en elektriskt styrd slutare som drar mycket ström vid långtidsexponering. Vid tider upp till någon minut brukar det inte vara något problem. Däremot vid tider som är en halvtimme eller mer, kan man göra slut på en uppsättning batterier på en enda bild.

Om du använder en kamera med en helt mekanisk slutare så behöver du inte bekymra dig över batterier. Nu när många byter in sina gamla mekaniska kameror och köper moderna helautomatiska kameror, så kan du göra fynd i fotoaffärens hylla för begagnad utrustning.

Helst bör man använda en systemkamera, eftersom man då kan byta mellan objektiv med olika brännvidd. De flesta systemkameror är spegelreflexkameror, där man kan kontrollera skärpan i sökaren. En sådan kamera är nödvändig om man skall fotografera genom ett teleskop. Skärpan kontrolleras då på mattskivan. Man har ingen användning för mikroprismaraster eller snittbild, inte heller autofokus.

När en spegelreflexkameras spegel fälls upp automatiskt omedelbart före exponeringen uppstår vibrationer, som kan ge oskärpa vid användning av lång brännvidd. Därför kan man på vissa bättre kameror manuellt fälla upp spegeln i förväg. Denna funktion är tyvärr ovanlig på nya kameror idag.

Det vanligaste bildstorleken är småbildsformatet 24x36 millimeter. Småbildsfilmen är 35 millimeter bred och har beteckning format 135. Det finns ett stort utbud av olika kameror och filmer för detta format.

Objektiv

För bildformatet 24x36 millimeter är brännvidden 50 millimeter standard för ett normalobjektiv. Dessa är vanligtvis ljusstarka och förhållandevis billiga. Normalobjektivet är det du bör börja med att skaffa.

Nya vidvinkelobjektiv och teleobjektiv blir dyra om man väljer ljusstarka sådana. I en fotohandel kan du dock ofta finna bra begagnade objektiv. Zoomobjektiv är vanligtvis inte lämpade för astrofoto. De brukar vara ljussvagare än objektiv med fast brännvidd och dessutom är skärpan ofta lite sämre.

När man fotograferar med ett vanligt kameraobjektiv ställer man in avståndet på oändlighetssymbolen. Undantaget är långa teleobjektiv som ibland kan fokuseras en liten bit förbi oändlighetsmärket. Anledningen är att skärpeläget förändras lite med temperaturen. Med dessa objektiv måste skärpan kontrolleras i kamerans sökare.

Objektivets ljusstyrka

Bländartalet ett mått på objektivets ljusstyrka. Om man tar brännvidden och dividerar med bländartalet så får man den ljussamlande öppningens diameter. Således gäller att ju lägre bländartalet är desto större är ljusstyrkan. Om bländartalet är 4 brukar det skrivas f/4 och man brukar säga "bländare 4".

Ett 50 millimeters normalobjektiv brukar ha ljusstyrka f/2 eller bättre (lägre värde). Vidvinkelobjektiv och teleobjektiv brukar vara ljussvagare (högre bländartal). Vid vanlig fotografering är bländartalet det bästa måttet på ett objektivs ljusstyrka. Däremot vid fotografering av stjärnor är öppningens diameter och därmed ljussamlande yta ett bättre mått. Därför kan man inte bara jämföra bländartalet på olika objektiv utan man måste ta hänsyn till brännvidden.

Man kan ställa in olika bländartal på objektivet, men för astronomisk fotografering använder man oftast största öppningen (lägsta bländartalet). Om skärpan inte blir tillräckligt bra på full öppning kan man blända ned ett steg. Beteckningen "100 mm f/4" har två olika betydelser. Om det är ett kameraobjektiv är brännvidden 100 millimeter och öppningen är 100/4 = 25 millimeter. Däremot om det är ett teleskop så är öppningen 100 millimeter och brännvidden är 4x100 = 400 millimeter.

Punkter och ytor

Det är öppningens yta som bestämmer hur mycket ljus som samlas in per tidsenhet. Om man jämför normalobjektivet 50 millimeter f/2 och teleobjektivet 200 millimeter f/4, så är öppningens diameter 25 millimeter respektive 50 millimeter. Det betyder att teleobjektivet har fyra gånger större ljussamlande yta. Vid fotografering av stjärnor och andra objekt som avbildas som punkter på filmen, kommer teleobjektivet att samla in fyra gånger mer ljus per punkt och per tidsenhet än normalobjektivet.

När man fotograferar Månen, kometer och andra objekt som avbildas som ytor på filmen, blir situationen helt annorlunda. Teleobjektivet har fyra gånger så lång brännvidd vilket gör att objektet avbildas fyra gånger större linjärt och 16 gånger större till ytan på filmen. Visserligen har teleobjektivet fyra gånger så stor ljussamlande yta, men ljuset sprids ut på 16 gånger så stor yta på filmen. Teleobjektivet insamlar således bara en fjärdedel så mycket ljus per ytenhet på filmen än normalobjektivet. Således gäller att vid fotografering av ytobjekt så är bländartalet det bästa måttet på objektivets ljusstyrka. Om man skall jämföra ljusstyrka så får man kvadrera bländartalen.

Diffust ljus från himlen är också ett ytobjekt, som man kan behöva ta hänsyn till, eftersom det begränsar hur mycket man kan exponera bilden.

Filmer

Negativ film används när man vill kopiera bilderna till fotopapper. Diafilm används när man vill projicera bilderna på en filmduk. Negativa filmer finns för både färg och svartvitt, medan diafilmer numera bara finns i färg.

Vid valet mellan dessa filmtyper finns flera faktorer att ta hänsyn till. Tänk efter vad bilderna skall användas till. Det är väl ofta så att astrobilder mest visas vid astronomiklubbens möten och då kanske det är bäst med diabilder så att alla samtidigt kan se det som man pekar på. Samma sak gäller om man skall visa bilderna för en skolklass.

Negativ film kan ofta registrera mer än diafilm, men när man sedan skall kopiera över bilderna till fotopapper försvinner en del information. De ljussvagare stjärnorna har en tendens att inte komma med. Detta gäller speciellt om man vill kopiera bilden så att himmelsbakgrunden ser svart ut. Därför får man acceptera en ljusare himmel för att få med svagare objekt. Liknande är det om man skall trycka ett astrofoto i en tidning eller tidskrift. De svagare stjärnorna brukar tyvärr försvinna.

Vid kopiering från film till fotopapper använder nästan alla laboratorier automatisk kompensation av felexponering. Maskinen kommer då att bedömma de astronomiska fotografierna som synnerligen felexponerade och att försöka göra dem så lika dagsljusmotiv som möjligt. Därför bör du be laboratoriet att stänga av automatiken och kopiera bilderna med manuell inställning.

En diabild blir precis som den är exponerad och framkallad. Nästan allt som finns registrerat på filmen kan ses när bilden projiceras på filmduken. Diabilden har även en mycket bättre briljans än en bild på papper. Dessa fördelar gör att många astrofotografer gärna använder diafilm.

Bra färgfilmer

( DETTA AVSNITT TILLFÄLLIGT BORTTAGET FÖR UPPDATERING )

Filmkänslighet och exponeringsindex

En film med låg känslighet har bäst bildkvalitet, men vid astrofotografering behövs oftast hög känslighet, varför man får acceptera att skärpan blir sämre och bilden kornigare. Det bör påpekas att vid nästan all astrofotografering ställer man in exponeringstid och bländare helt manuellt, varför någon exponeringsmätare och inställning av filmkänslighet inte behövs.

Den nuvarande ISO-skalan för filmkänslighet är en sammanslagning av ASA- och DIN-skalorna. I praktiken är det dock ASA-värdet man använder. Om det står ISO 400/27° så brukar man säga 400 ISO. Det värde som man exponerar filmen efter kallas exponeringsindex. Det kan vara annorlunda än den verkliga filmkänsligheten.

Exponeringstider

Om man fotograferar med en kamera på ett vanligt fotostativ blir lämplig maximal exponeringstid beroende av objektivets brännvidd enligt följande tabell:

Brännvidd Tid
25 millimeter 16-32 sek
50 millimeter 8-16 sek
100 millimeter 4-8 sek
200 millimeter 2 -4 sek
400 millimeter 1-2 sek

Vid andra brännvidder än de i tabellen kan man interpolera. Med den kortaste angivna tiden för respektive brännvidd blir rörelseoskärpan 0,03 millimeter, vilket är i samma storleksordning som oskärpan i ett normalt kameraobjektiv. Man kan dock ofta acceptera dubbelt så mycket rörelse på bilderna utan att det egentligen syns att stjärnorna har blivit ovala. Således kan man dubblera tiden, det vill säga välja den längsta angivna tiden i tabellen ovan.

Rörelsen avtar med deklinationen (himlakroppens vinkelavstånd från himmelsekvatorn). Man kan därför ytterligare förlänga tiden genom att multiplicera den med en faktor enligt följande tabell:

Deklination Faktor
80° 5,8
70° 2,9
60° 2,0
45° 1,4
30° 1,2
0° 1,0

Om man till exempel fotograferar Stora Björnen (Karlavagnen), som har deklination omkring 60°, med ett 50 millimeters objektiv kan man således använda cirka en halv minuts exponeringstid.

Om man ökar tiden ytterligare kommer ljuset från respektive stjärna att träffa nya ställen på filmen under exponeringen. Därför vinner man inget med längre tid, d.v.s. man får inte med ljussvagare stjärnor. De stjärnor som ändå hade kommit med, blir utdragna till streck.

Eftersom den användbara tiden blir liten med ett teleobjektiv, har man ofta större nytta av ett normalobjektiv eller ett vidvinkelobjektiv.

Pressning

Man kan vid framkallningen, genom en längre framkallningstid än normalt, "pressa" filmen så att den verkar ha högre känslighet. Egentligen ökar man inte känsligheten genom pressning. Filmen registrerar inte ljussvagare detaljer än en normalframkallad film. Däremot gör pressningen att filmen reagerar mera på det ljus som ligger över gränsen, så att det som ändå hade kommit med framträder tydligare.

Det är vanligt att pressa diafilmer och svartvita negativa filmer. Däremot brukar man inte pressa negativa färgfilmer, eftersom färgåtergivningen ofta blir fel. Nackdelarna med att pressa är att kornigheten ökar och att skärpan och färgmättnaden blir sämre. Det är således samma nackdelar som en känsligare film har. I regel är det bäst att först välja en känsligare film och sedan om det behövs pressa den.

Reciprocitetsfel

Belysningen på filmen är mängden ljus per ytenhet och per tidsenhet. Om man multiplicerar det med exponeringstiden så får man totala mängden ljus per ytenhet. Detta bestämmer hur mycket filmen skall reagera. Om belysningen är hälften kan detta kompenseras genom att fördubbla tiden. Detta kallas reciprocitet och gäller vid vanlig dagsljusfotografering. Det krävs dock en viss minsta belysningsnivå för att filmen effektivt skall kunna reagera och summera ljuset över tiden. I praktiken innebär det att filmen reagerar mindre på samma mängd ljus om det är fördelat över flera sekunder eller ännu längre tid, jämfört med om exponeringstiden hade varit kortare. Alla filmer har ett sådant så kallat reciprocitetsfel, men det är stor skillnad mellan olika filmer.

Redan vid tider kring 10-20 sekunder har en del filmer ett stort reciprocitetsfel. Tyvärr är det bara ett mindre antal filmer som tål långa tider bra, eller egentligen rättare uttryckt klarar av riktigt låga belysningsnivåer bra. I en färgfilm kan de olika skikten ha olika reciprocitetsfel. Det medför då att det blir förskjutning i färgbalansen vid långa exponeringstider. Därför kan himmelsbakgrunden bli grön med vissa filmer. Man bör naturligtvis välja en film som ger neutral eller blåaktig himmelsbakgrund.

Hypersensitering

Genom en speciell behandling, hypersensitering, av filmen kan man öka känsligheten och minska reciprocitetsfelet. I korthet går det ut på att först i en vakuumkammare få bort syre och sedan mätta filmen med en blandning av väte och kväve eller med enbart väte. Hypersensiteringen bör göras samma dag som man skall fotografera eftersom effekten avtar med tiden. Eftersom det krävs dyr specialutrustning är hypersensitering inget för de flesta amatörastronomer. Det är då bättre att välja en film som inte behöver hypersensiteras.

Elektroniska bilder

( DETTA AVSNITT TILLFÄLLIGT BORTTAGET FÖR UPPDATERING.)


Astrofotograferingsguide, del 2. Praktiska synpunkter