Google+ Los Colores de la Noche: La astrofotografía (I). Fotografía sin telescopio ni seguimiento

miércoles, 19 de diciembre de 2012

La astrofotografía (I). Fotografía sin telescopio ni seguimiento

Constelación de Escorpio (objetivo de 35 mm, 13 segundos a 1250 ISO y f/1.8)
Con este artículo doy comienzo a una serie dedicada a la astrofotografía, una modalidad en la que cada vez más astrónomos amateur nos iniciamos y que con mucha paciencia puede ofrecer magníficos resultados. El avance de los sensores ha permitido que hoy en día las cámaras DSLR (las "réflex" digitales) estén al alcance de nuestro bolsillo, y además las posibilidades que ofrece el procesado hacen factible que se puedan obtener muy buenas imágenes sin necesidad de adquirir una cámara con sensor CCD refrigerado (aunque estas también han bajado considerablemente de precio en los últimos años). Pero como en toda dedicación, hay que seguir un proceso de aprendizaje de menor a mayor dificultad, comenzando por la modalidad que tiene menos complicación técnica y requiere menos inversión. 

Al fotografiar el cielo nocturno nos encontramos una primera dificultad: trabajamos en condiciones de muy poca luz, lo que implica que tendremos que utilizar tiempos de exposición elevados. Y aquí tropezaremos con la siguiente piedra: las estrellas no están quietas respecto al horizonte, sino que se mueven debido a la rotación de la Tierra. La necesidad de seguimiento se hace más evidente cuanto menos campo de cielo abarquemos y más tiempos de exposición necesitemos, y esto es lo que complica principalmente la fotografía de nebulosas y galaxias. Cuando hacemos una exposición de 10 minutos con telescopio y de un campo muy pequeño cualquier mínimo error hace que las estrellas no salgan puntuales, lo que arruina la toma. Además del tiempo de exposición podemos jugar con la sensibilidad, pero teniendo en cuenta que conforme mayor sea más ruidosa resultará la imagen. Si para comenzar con la astrofotografía no queremos complicarnos con el seguimiento, deberemos optar por cuerpos suficientemente brillantes (la Luna o los planetas) o por un campo lo bastante amplio que nos permita un tiempo de exposición suficiente, pero sin que se llegue a notar el movimiento aparente de las estrellas (siempre que no busquemos expresamente obtener los trazos estelares, claro). Teniendo en cuenta esto, podemos distinguir los siguientes tipos de fotografía astronómica según su grado de dificultad:
  1. Fotografía sin telescopio ni seguimiento. Con una cámara réflex, un objetivo medianamente luminoso y un trípode fotográfico podemos obtener imágenes de gran campo del cielo nocturno, abarcando constelaciones o incorporando elementos (horizonte, árboles o edificios) para darle un toque artístico (ejemplo). 
  2. Fotografía a foco primario sin seguimiento. Acoplando el cuerpo de la cámara al telescopio (utilizando el tubo óptico como objetivo) podemos fotografiar objetos como la Luna, el Sol (con filtros adecuados) o los planetas si necesidad de realizar seguimiento, pues son lo suficientemente brillantes como para permitir exposiciones de menos de un segundo (ejemplo). 
  3. Fotografía en paralelo con seguimiento. El siguiente paso sería intentar obtener imágenes de cielo profundo de gran campo, en las que es imprescindible el seguimiento pero sin que los pequeños errores sean apreciables. Se coloca la cámara con su objetivo en paralelo al telescopio, y todo debe ir sobre una montura ecuatorial motorizada que -previamente estacionada y alineada- sea capaz de compensar el movimiento de rotación de la Tierra (ejemplo).
  4. Fotografía planetaria de campo estrecho. Para fotografiar detalles de la Luna o de los planetas necesitaremos un telescopio con ocular o alguna lente barlow. Aunque no requieran exposiciones largas es imprescindible una montura motorizada para que el objeto no se salga rápidamente del campo (ejemplo). 
  5. Fotografía de cielo profundo a foco primario. Para objetos débiles y a través del telescopio será necesario hacer tomas de larga exposición, de modo que el seguimiento no sólo es imprescindible sino  que debe ser preciso. Normalmente se utilizan sistemas de autoguiado para corregir los posibles errores de la montura (ejemplo). 
  6. Fotografía de cielo profundo y de campo estrecho. Cuando proyectemos fotografiar galaxias muy distantes y nebulosas planetarias hemos de tener en cuenta que además de ser muy débiles tienen un tamaño aparente pequeño, por lo que necesitaremos focales muy largas que dan como resultado campos muy reducidos. Requieren por tanto de exposiciones largas, seguimiento y un sistema de autoguiado perfecto, porque cualquier mínimo error será apreciable en la toma (ejemplo). 
Fotografía sin telescopio ni seguimiento

Para dar el primer paso en la fotografía del cielo nocturno será suficiente con el siguiente equipo:

  • Cámara réflex, que permita el modo manual para variar la velocidad, la sensibilidad y la abertura del diafragma del objetivo. 
  • Un objetivo luminoso, preferiblemente de focal fija. 
  • Un trípode estable.
  • Un disparador a distancia.
La cámara

Para la fotografía del cielo nocturno hemos de olvidarnos de los programas y modos automáticos de la cámara; necesitamos un control total sobre velocidad, abertura y sensibilidad, de modo que tenemos que trabajar en modo manual. Igualmente debemos ser capaces de desactivar el enfoque automático, que podemos utilizar al principio para enfocar al infinito con alguna estrella brillante, pero una vez hecho conviene desactivar para que no intente enfocar cada vez que disparemos. Lo mismo ocurre con la luz de ayuda al enfoque, que nos servirá de poco salvo para gastar batería. Para sacar provecho de las tomas debemos también desactivar cualquier tipo de compresión o procesado que realice la cámara, de modo que nos guarde la imagen en bruto (formato RAW). 

El objetivo

Gran angular de 14 mm
Para la elección del objetivo hemos de considerar que cuanta más luz seamos capaces de captar más estrellas aparecerán sin que sea necesario mayor tiempo de exposición, por lo que debemos prestar especial atención a sus características. Pongamos como ejemplo un objetivo de 35 mm f/1,8. La primera cifra nos indica su distancia focal, valor que nos condiciona el campo que abarcaremos; el segundo valor nos informa de la relación focal, el cociente entre distancia focal y abertura máxima del objetivo. Menor relación focal implica mayor luminosidad. Por tanto ¿qué tipo de objetivos nos interesan para la fotografía del cielo nocturno? Aquéllos que permitan una relación focal menor, que suelen ser los de focal fija. Esto no quiere decir que no existan en el mercado objetivos zoom luminosos, pero por regla general (y en especial los que vienen con la cámara) no suelen serlo. Claro que determinados objetivos de focal fija muy luminosos (hasta de f/1,4) tienen un precio elevado, en especial los grandes angulares de distancias focales pequeñas (menos de 35 mm) y los teleobjetivos de 100 mm en adelante. Para fotografiar el cielo sin seguimiento no necesitamos teleobjetivos porque abarcan un campo pequeño y el movimiento aparente de las estrellas se hace muy evidente. Lo ideal es un gran angular, pero si no queremos realizar un desembolso de dinero excesivo un 35 mm f/1,8 puede ser una buena opción para empezar. Y si sólo tenemos el zoom que traía la cámara de serie es también perfectamente válido, teniendo en cuenta que deberemos situarlo a focales pequeñas pero que permitan la máxima abertura de diafragma. 

El trípode y el disparador

Trípode
Teniendo en cuenta que trabajaremos con tiempos de exposición de segundos o incluso minutos, un trípode es imprescindible para realizar este tipo de fotografía. Existen trípodes muy económicos en el mercado pero sobre todo conviene que sea estable y con un cabezal que permita movimientos suaves. Hay que tener en cuenta que cualquier vibración durante la toma tendrá consecuencias en el resultado, ya se produzca por el viento o por tocar la cámara. Conviene evitar las noches con viento, pero si este aparece de modo repentino podemos atar al eje central del trípode un peso para darle más estabilidad.

Disparador con intervalómetro
Para evitar transmitir vibraciones en el momento de comenzar o finalizar la exposición debemos utilizar un disparador a distancia, de modo que situando la velocidad en modo "bulb" (bloqueo de obturador) nos permita iniciar la toma y finalizarla dando el tiempo de exposición que deseemos sin tocar la cámara. Existen disparadores universales válidos para las marcas más comunes -que además son muy económicos- pero podemos optar por uno más avanzado que además del botón de disparo tenga la posibilidad de programar el número de fotos, tiempo de exposición y el intervalo entre ellas, lo que resulta muy útil para por ejemplo realizar un timelapse

La luz ambiental

La luz ambiental condicionará nuestra fotografía así como los valores a escoger, y es deseable o no en función del resultado que deseemos. Puede ser natural (de la Luna en alguna de sus fases) o artificial (de alguna población cercana). Por ejemplo si queremos llegar a sacar la Vía Láctea o estrellas fugaces debemos buscar un cielo lo más oscuro posible, sin Luna ni contaminación lumínica. Pero si nos interesa que aparezca algún elemento arquitectónico o detalle del paisaje nos puede venir bien un poco de Luna, o incluso la luz de un pueblo reflejada por una nube puede dar un toque especial a la imagen. Todo depende del peso que queramos dar al cielo respecto a los elementos situados por debajo del horizonte. En un extremo tendremos la fotografía que ante todo busca sacar un cielo cuajado de estrellas, y en el otro la que se realiza en entornos urbanos; un buen paisaje nocturno buscará un equilibrio de los dos componentes. 


La presencia de Luna permite sacar elementos del paisaje junto a las estrellas más brillantes. En este ejemplo Vega y la constelación de la Lira sobre un almendro seco, obtenida a 18 mm de focal y 20 segundos de exposición a f/4.5 e ISO 400.
Abertura, velocidad y sensibilidad

En función de las circunstancias y lo que pretendamos fotografiar deberemos darle más o menos prioridad a alguno de estos valores. La abertura viene dada por el valor de la relación focal del objetivo, de modo que a menor "f" mayor abertura de diafragma. La velocidad indica el tiempo que el obturador se mantiene abierto, así captaremos más luz a mayor tiempo (bajando la velocidad). Y la sensibilidad -indicada por el valor ISO- podemos subirla para que sea necesario menos tiempo de exposición, pero a cambio de un aumento de ruido en la toma. En teoría captaremos la misma luz si manteniendo el valor de abertura fijo duplicamos o dividimos por dos los otros valores. Una toma a f4, ISO 1600 y 60 segundos de exposición sería equivalente (en captación de luz) a una con f4, ISO 3200 y 30 segundos, aunque en la segunda tendríamos bastante más ruido; otra opción para no subir la sensibilidad pero manteniendo los 30 segundos sería abrir un paso el diafragma. La equivalencia por cada paso de diafragma es el doble o la mitad de los otros dos valores. 

El valor de abertura que elijamos para el diafragma dependerá de la luz ambiental presente. En unas condiciones de Luna Nueva y total oscuridad podemos irnos a valores menores de f 2.8, teniendo en cuenta que si lo abrimos completamente (al valor mínimo) pueden hacerse más evidentes aberraciones y viñeteos ocasionados por la óptica del objetivo (sobre todo en las estrellas brillantes del borde del campo), caso en el que es conveniente cerrarlo algún paso, aun a costa de perder algo de luminosidad. Con la Luna en un cuarto podemos trabajar con valores entre f 2.8 y f 4, y si esta se encuentra gibosa (cercana a la fase llena) entre f 4 y f 5.6. La Luna Llena implica mucha luz ambiental, por lo que conviene cerrar más el diafragma (a f 8 por ejemplo) y en estas condiciones sólo sacaremos las estrellas más brillantes. De todos modos no existe una regla definida, y lo mejor es jugar con los diferentes valores hasta llegar a un resultado óptimo. La práctica de la astrofotografía hay que tomarla con mucha calma, sin prisas, y con tiempo de sobra para experimentar. 

El tiempo de exposición dependerá principalmente de si queremos sacar las estrellas puntuales o no, lo que está a su vez condicionado por el campo que abarque nuestro objetivo y la zona del cielo que estemos fotografiando, pues aunque el desplazamiento angular de las estrellas es el mismo, la longitud del trazo es mayor conforme nos alejemos de la Estrella Polar, siendo máximo en el ecuador celeste. Igualmente las condiciones de luz ambiental o la presencia de la Luna en nuestro encuadre condicionarán mayor o menor tiempo de exposición.

La sensibilidad (el valor de ISO) irá en función sobre todo de las condiciones de luz y de nuestra tolerancia al ruido asociado a altos valores. Cada cámara tiene un valor de ISO en el que presenta una mejor relación señal-ruido por encima del cual la imagen pierde mucha nitidez. Esto hay que tenerlo especialmente en cuenta si en nuestra foto incluimos elementos arquitectónicos o del paisaje. Siempre que sea posible debemos evitar superar los 800 ISO, e incluso si tenemos Luna u otra luz ambiental podemos ir a valores más bajos. Aunque por ejemplo si queremos obtener detalles de la Vía Láctea sin que se note el movimiento aparente de las estrellas no nos quedará otro remedio que subir la sensibilidad al máximo.

Parque a la luz de la Luna. Realizada con objetivo de 14 mm a f/2.8, ISO 500 y 20 segundos de exposición

Los pasos para una fotografía

Aunque la astrofotografía sin telescopio no requiere de muchos preparativos, sí es conveniente seguir unos pasos para obtener un buen resultado.

  1. Estacionamos bien el trípode y nos aseguramos de que se encuentra estable y seguro, a prueba de cualquier golpe de viento; también debemos comprobar que la cámara se encuentra bien acoplada al cabezal.
  2. Ponemos la cámara en modo manual, activando el disparador a distancia. Escogemos el valor de abertura de diafragma en función de la luz presente y de lo que pretendamos fotografiar. 
  3. Hacemos una primera prueba para definir el encuadre con suficiente tiempo de exposición o un valor elevado de sensibilidad. Enfocamos, bien de modo manual o bien utilizando el enfoque automático con una estrella brillante; una vez hecho desactivamos el enfoque automático para que no intente repetirlo cada vez que disparemos. Si vamos incluir algún elemento en un plano cercano tendremos que asegurarnos de que también se encuentra enfocado, para lo que podemos ayudarnos con una linterna o un puntero láser. Para que tanto el cielo como el objeto cercano queden enfocados deberemos jugar con el diafragma o alejarnos lo suficiente. Hacemos las pruebas que sean necesarias hasta asegurarnos de que está bien enfocada y el encuadre es el deseado.
  4. Una vez fijado el valor de f (abertura de diafragma) elegimos la sensibilidad, que irá en función de la luz ambiental que tengamos; probamos entonces con distintos tiempos de exposición. Podemos jugar con los tres valores siempre teniendo en cuenta su equivalencia para obtener diferentes resultados.

Casos concretos de astrofotografía sin telescopio ni seguimiento

Constelaciones y la Vía Láctea

Con un equipo básico como el descrito podemos obtener imágenes en las que aparezcan las principales estrellas de una constelación e incluso las zonas más brillantes de la Vía Láctea. Necesitaremos cielos oscuros y buscaremos captar la máxima luz posible con un tiempo de exposición límite en el que no se aprecie el movimiento aparente de las estrellas. Abriremos el diafragma casi al máximo y subiremos la sensibilidad a valores muy altos, pero la velocidad irá en función del campo que abarque nuestro objetivo fotográfico.

La Vía Láctea en las constelaciones de Sagitario y el Escudo. Está realizada con objetivo de 35 mm a f/1.8 y 3200 ISO; el tiempo de exposición es de 15 segundos, valor a partir del cual sería muy evidente el movimiento de las estrellas con esta focal. 
El campo de nuestra imagen viene determinado por la distancia focal del objetivo y por el tamaño del sensor y podemos calcularlo mediante la siguiente fórmula:  

DEG = S*57,3/F

Siendo DEG los grados abarcados, S la longitud del lado del sensor en milímetros y F la distancia focal (el cálculo hay que hacerlo por cada lado del sensor). Así, con una Nikon D90 (sensor de 23,80 x 15,60 mm) y  un objetivo de 35 mm lograremos un campo de 38,96 x 25,54 grados (para tener una referencia conviene saber que la Luna Llena tiene medio grado de tamaño angular). Así, en función del campo de nuestro objetivo y la resolución final de la imagen tendremos que escoger una velocidad de forma que el movimiento de las estrellas apenas sea apreciable. De modo orientativo podemos establecer que focales menores de 20 mm admitirán exposiciones de entre 20 y 25 segundos, 35 mm unos 15 segundos, 50 mm no más de 10 segundos y 100 mm unos 4 o 5 segundos. Esto es aplicable siempre que nuestro fin sea obtener estrellas casi puntuales y sin realizar seguimiento.

Conjunciones planetarias

Las conjunciones de planetas con estrellas brillantes o con la Luna en una fase cercana a nueva son muy atractivas, especialmente cuando ocurren al atardecer o amanecer. En este caso no necesitamos sacar muchísimas estrellas, sino sólo los cuerpos más brillantes, y además es posible que tengamos la luz de fondo del ocaso o la aurora. Por eso podremos cerrar algún punto más el diafragma y trabajar con valores de ISO relativamente bajos. También hay que tener en cuenta que cuando saquemos objetos brillantes -como el planeta Venus o la Luna- un diafragma totalmente abierto facilitará la aparición de halos y reflejos, por lo que es conveniente cerrarlo un par de puntos. Por otro lado el tiempo de exposición no deberá ser tal que se lleguen a apreciar los trazos, por lo que tendremos en cuenta lo expuesto con anterioridad.

Fotografía de la Luna en cuarto menguante con Júpiter. Como pretendía sacar los satélites jovianos utilicé una focal de 105 mm, de modo que sólo le di un tiempo de 5 segundos de exposición para que apenas se notara su movimiento aparente. Al tratarse de cuerpos brillantes está realizada a f/5.6 y una sensibilidad de 400 ISO. 
Venus y Orión antes de amanecer. Tanto la presencia de un astro muy brillante como  la incipiente luz de la aurora hicieron recomendable trabajar a f/4 y 800 ISO con una focal de 35 mm. 10 segundos de exposición fueron suficientes para sacar las estrellas principales. 
La Luna recién salida de fase nueva y Venus al anochecer. Realizada con focal de 105 mm a f/16, 200 ISO y 4 segundos de exposición. Por un lado tenemos una importante cantidad de luz de fondo y por otro se trata de astros brillantes, sin que interese velar la franja iluminada de nuestro satélite. 
Fotografía con Luna gibosa o llena

La presencia de la Luna en una fase avanzada impedirá que saquemos muchas estrellas en nuestra foto y resultará demasiado brillante para incluirla dentro de la imagen. Pero al proporcionar bastante luz de fondo nos puede permitir centrarnos en el paisaje u otros elementos tales como edificios o nubes, pudiendo obtenerse bonitos resultados, aunque en esta situación las estrellas quedarían en un segundo plano de importancia.

Olivar a la luz de la Luna. La Corona Boreal sobre Chiclana de Segura. Hecha con focal de 35 mm a 400 ISO, f/4.5 y 20 segundos de exposición. 
Trazos estelares

La fotografía de trazos estelares puede parecer en principio muy simple, pues se trataría únicamente de dejar abierto el obturador el tiempo que deseemos para que queden registrados los trazos que resultan del movimiento aparente de los astros. En principio para sacar unos trazos de cierta entidad debemos practicar tiempos de exposición mayores de 10 minutos, pero nos vamos a encontrar con dos problemas: la contaminación lumínica y el ruido debido al calentamiento del sensor. En primer lugar -por muy oscuro que parezca el cielo- con tiempos de exposición tan largos se verá el efecto de cualquier luz parásita como un fondo de color anaranjado nada atractivo; el segundo problema está relacionado con el calentamiento que experimenta el sensor fotográfico con largas exposiciones, que produce los conocidos como "hot pixels". Por eso en vez de realizar una toma muy larga se pueden obtener muchas tomas de menor tiempo y luego apilarlas. Por ejemplo para una imagen que represente los trazos circumpolares de una hora podemos disparar 30 tomas de 120 segundos, pero hay que hacerlas casi seguidas (no más de unos segundos entre ellas) para luego obtener los trazos sin interrupciones. El apilado se puede realizar con algún programa que permita obtener una imagen final resultado de escoger el valor máximo de pixel de todas ellas.


La imagen del enlace anterior muestra un ejemplo de 5 horas de integración (100 tomas de 180 segundos) realizadas con un ojo de pez. Lo ideal es incluir el horizonte, un edificio u otra referencia del paisaje, como es el caso de esta foto realizada por Sendell en el observatorio de St. Véran.

Lluvias de estrellas

Para captar estrellas fugaces nos interesa abarcar la máxima cantidad de cielo posible, de modo que lo ideal es utilizar objetivos de focales cortas, tipo gran angular o incluso ojo de pez. Dependiendo de las características de los meteoros y las condiciones de oscuridad necesitaremos trabajar con el diafragma muy abierto y valor de ISO alto. Para sacar muchos meteoros en una imagen, y si no nos importan los trazos estelares, podemos hacer lo mismo que en el caso anterior: muchas tomas seguidas de uno o dos minutos que luego se pueden apilar. O bien podemos reducir el tiempo de exposición al valor necesario para que apenas se aprecien los trazos estelares -unos 20 o 25 segundos para un gran angular- realizando igualmente muchos disparos seguidos. Qué porción del cielo cubrir es una decisión que dependerá de la situación del radiante de la lluvia de meteoros y de la focal del objetivo que tengamos.

Leónida en la zona circumpolar. Realicé esta fotografía en el año 1999 con película de diapositivas de 1600 ASA y unos 5 minutos de exposición. 
La fotografía sin seguimiento es la mejor forma de tomar contacto con el cielo nocturno utilizando medios relativamente asequibles y sin demasiadas complicaciones técnicas. Con una cámara reflex, un trípode y un disparador a distancia se puede practicar con diversas modalidades de imágenes, siempre teniendo claro que es necesario jugar con el tiempo de exposición, el diafragma y la sensibilidad en función de las condiciones que tengamos y lo que pretendamos sacar.


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3 comentarios:

  1. Según entiendo la apertura del diafragma está limitada por el objetivo utilizado, correcto? Entonces que lentes utilizas para llegar a un F1.8??? No lograría yo tus resultados con los 18-55 y 55-250 que tengo yo???

    Saludos.

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    Respuestas
    1. La abertura máxima del diafragma depende del objetivo que utilices. Los valores de f 1.8 e incluso f 1.4 se pueden alcanzar con objetivos de focal fija, siendo los más asequibles los de 35 y 50 mm. Los objetivos tipo zoom tienen un valor para cada distancia focal, que alcanza su mínimo (máxima luminosidad) en posiciones intermedias; es cuestión de que pruebes a diferentes focales y localices el valor de focal más luminosa para cada zoom. Yo para astrofotografía de gran campo utilizo un 35 mm (f 1.8) y un 14 mm (f 2.8), y sólo utilizo la máxima abertura para sacar la Vía Láctea sin seguimiento. Con un zoom de calidad aceptable puedes obtener buenos resultados. Seguramente te irá mejor el 18-55 a valores de entre 25 y 35 mm. Prueba con los dos a diferentes focales (teniendo en cuenta que conforme subas de focal menos tiempo de exposición podrás darle si no dispones de seguimiento) hasta que encuentres el valor en que tus objetivos dan mejor rendimiento.

      ¡Salud!

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  2. muchísimas gracias!

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