Google+ Los Colores de la Noche: La astrofotografía (II). Fotografía de gran campo con seguimiento

viernes, 25 de julio de 2014

La astrofotografía (II). Fotografía de gran campo con seguimiento

Cámara acoplada en paralelo al telescopio
En la primera entrada dedicada a la astrofotografía vimos unas nociones básicas sobre la realización de tomas del cielo nocturno con el material asequible que tiene cualquier aficionado a la fotografía. La limitación más importante que nos encontramos es que el movimiento aparente de las estrellas nos impide practicar con tiempos de exposición lo bastante altos como para sacar más detalles del cielo, y aunque las cámaras digitales permiten sensibilidades elevadas, el ruido que aparece en la toma mermará la nitidez. Para tomas largas sin trazos estelares no nos queda entonces otro remedio que seguir el movimiento aparente de las estrellas mientras está abierto el obturador. Para esto es imprescindible contar con una montura ecuatorial motorizada que, previamente alineada con el Polo Celeste, proporcione un movimiento suave y preciso que compense el movimiento de rotación terrestre. 

¿Es entonces necesario disponer de un equipo astronómico más o menos avanzado para obtener imágenes del cielo estrellado con cierto grado de detalle? Hoy en día algunas marcas comercializan soluciones pensadas para la fotografía de gran campo, que realizan un seguimiento con una precisión suficiente para tomas de varios minutos. Se trata de trípodes fotográficos que en lugar de tener el clásico cabezal disponen de un pequeño sistema motorizado que se puede alinear con la Estrella Polar. Por ejemplo está el Vixen Polarie, cuya principal ventaja es su reducido peso y dimensiones (lo que permite transportarlo en una mochila sin problemas), pero con el inconveniente de que el conjunto (con los accesorios necesarios) se pone cerca de los mil euros, precio por el cual se puede conseguir un telescopio digno. Por tanto si queremos profundizar en la observación astronómica es preferible disponer de una buena montura ecuatorial. 

La montura ecuatorial alemana. Puesta en estación, alineación y calibrado 

La montura es una parte fundamental de nuestro equipo astronómico, sobre todo si vamos a practicar la astrofotografía. Como explico en este artículo sobre el telescopio, las monturas más versátiles y más utilizadas en astronomía son las ecuatoriales, y en concreto las monturas ecuatoriales alemanas. Esta montura está dispuesta en dos ejes que son perpendiculares entre sí. El eje polar se alinea con el Polo Celeste y nos permite el movimiento en ascensión recta (que es la coordenada celeste análoga a la longitud terrestre); perpendicular a éste se sitúa el eje de declinación (la coordenada análoga a la latitud terrestre), en cuyos extremos se sitúa el tubo óptico y una barra contrapesada para equilibrar el sistema. Esta montura permite -una vez alineada- buscar un objeto por sus coordenadas celestes y realizar un seguimiento más preciso compensando la rotación terrestre mediante un movimiento suave sobre el eje polar. Merece la pena que nos detengamos a explicar brevemente el proceso que se debe seguir con una montura ecuatorial alemana motorizada e informatizada, que es análogo en todas las marcas y modelos. 

Puesta en estación y alineación con el Polo Norte Celeste (*)

Este primer paso se suele descuidar con frecuencia, y es vital para conseguir buenos resultados. Trípode y montura deben formar un conjunto estable y deben quedar lo mejor nivelados posible. Antes de instalar el tubo óptico y el resto de accesorios tenemos que situar el trípode de tal modo que quede ya con una de sus patas y el espárrago donde se inserta la montura orientados aproximadamente al Norte; luego situamos la montura e insertamos los tornillos que permiten el movimiento del conjunto en altura y azimut. Es el momento de utilizar un nivel de burbuja (si la montura no lo tiene podemos negociar uno de albañil) variando la altura de las patas del trípode hasta que quede la base completamente horizontal. 

Un accesorio muy recomendable es el buscador de la Polar, que va instalado en el mismo eje polar de la montura. Es un pequeño anteojo con unas marcas para el Polo Norte Celeste y la Estrella Polar (pues no coinciden exactamente) y unos círculos graduados para las fechas y horas. El proceso generalmente consiste en girar la montura sobre el eje de ascensión recta hasta que los círculos graduados marquen la fecha y hora correspondiente; luego miramos por el buscador y movemos el conjunto en altura y azimut hasta que la Estrella Polar quede en su círculo. Una vez hecho esto, y bloqueado el movimiento en altura y azimut, giramos en ascensión recta y declinación para regresar a la posición normal, y tendremos ya la montura alineada con relativa precisión. Es muy importante realizar esta operación antes de instalar el tubo óptico, pues al hacer coincidir los círculos graduados con la fecha y hora de la observación podría quedar en posiciones peligrosas y poco estables. El buscador de la Polar no es imprescindible, pero facilitará mucho la correcta alineación y está disponible en la mayoría de modelos de monturas ecuatoriales alemanas. 

Una vez alineada la montura con el PNC es el momento de terminar de montar y equilibrar el equipo. Si únicamente vamos a colocar la cámara en la montura es muy probable que no necesitemos contrapesos; pero lo más común es que instalemos un tubo óptico y la cámara la situemos en paralelo, y en este caso es muy importante el equilibrado. A la hora de montar siempre pondremos primero algún contrapeso y luego el tubo óptico; iremos añadiendo contrapesos adicionales si son necesarios conforme vayamos montando más accesorios en el tubo (buscador, oculares y cámara con su objetivo y soporte). Cuando todo esté montado es el momento de equilibrar los dos ejes para que los motores de la montura no se vean sometidos a esfuerzos. Primero en ascensión recta, para lo que dejamos libre el eje y desplazamos el contrapeso hasta que permanezca en equilibrio; luego hacemos lo mismo con el de declinación, desplazando esta vez el conjunto óptico con mucho cuidado sobre la bandeja de sujeción hasta que permanezca en equilibrio. Regresamos a la posición inicial, bloqueamos ambos ejes y ya estamos casi listos para comenzar nuestra sesión. 

(*) Para un observador del Hemisferio Sur el proceso es análogo, con la dificultad añadida de que no hay ninguna estrella destacada cerca del Polo Sur Celeste. 

Equipo preparado para comenzar una sesión de astrofotografía. La cámara está dispuesta en paralelo al tubo óptico principal utilizando como objetivo un pequeño telescopio apocromático de 400 mm de distancia focal (M. Bustamante)
Alineación y calibrado

Las monturas aptas para astrofotografía están motorizadas e informatizadas, lo que facilita enormemente la labor de buscar un objeto y seguirlo con precisión. Aunque ya hemos realizado una alineación preliminar, en el momento de encender la montura debemos proporcionar una información básica (coordenadas geográficas y hora) para que su sistema calcule las posiciones en el cielo local de todos los objetos de su memoria. En teoría esto sería suficiente para comenzar, pero nos pedirá que confirmemos al menos la posición de dos estrellas en el cielo, llamadas "estrellas de alineación": nos dirigirá al punto donde debería estar cada estrella según los datos introducidos, y tendremos que indicarle donde está realmente, centrándola con la ayuda de un ocular con retículo iluminado (un accesorio realmente útil y recomendable). Posteriormente nos dará la opción de calibrar una serie errores que hemos podido cometer en la alineación y estacionamiento (que no esté perfectamente nivelado, que el eje de AR no apunte exactamente al Polo Celeste, que el eje polar y el del tubo óptico no sean perfectamente paralelos, etc.) mediante las llamadas "estrellas de calibración", siguiendo en cada una el mismo procedimiento que con las estrellas de alineación. Comprobaremos que con cada nueva estrella de calibración la precisión del telescopio para centrarla es mayor, y en la última apenas es necesario realizar correcciones. Aunque existen diversas marcas y modelos de monturas informatizadas el procedimiento es análogo en la mayoría de ellas. 

Realizando fotografía en paralelo de gran campo

Si hemos ejecutado correctamente el proceso descrito, dispondremos de un seguimiento suficientemente preciso al menos para obtener imágenes de gran campo. Esto no quiere decir que esté exento de errores, pues por mucho que nos esmeremos siempre quedarán los asociados a la mecánica de la montura, pero son desviaciones poco perceptibles en una imagen de muchos grados de extensión. Otra situación tendremos si recurrimos a focales largas (un telescopio o un teleobjetivo), resultando más patentes estos errores cuanto menos campo abarquemos. En estos casos será necesario además disponer de un sistema de autoguiado que corrija de modo automático estas ligeras desviaciones, lo que veremos al tratar de la fotografía de cielo profundo a foco primario. No obstante (y si tenemos una paciencia a prueba de bomba), podemos usar el tubo óptico principal y un ocular con retículo iluminado para mantener una estrella perfectamente centrada mientras realizamos la toma, y así evitamos sorpresas. 

El objetivo

Lo que explicamos en la entrada sobre astrofotografía sin seguimiento sobre los objetivos también es válido aquí. Son preferibles los objetivos de focal fija, luminosos y con calidad óptica, pero claro, también son los más caros. Fuera del rango entre 30 y 50 mm cualquier objetivo automático de cierta calidad tiene un precio prohibitivo. Pero como los automatismos sobran en la fotografía astronómica podemos apañarnos muy bien con objetivos manuales, que se encuentran a muy buen precio en el mercado de segunda mano. 

La distancia focal condicionará el campo de nuestra fotografía, que podemos calcular con la 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 por ejemplo 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). 

Extensión de cielo que abarcaremos con un objetivo de 35 mm y con otro de 135 mm, en las constelaciones de Escorpio y Sagitario. 
Campo aproximado que abarcamos de la constelación de Orión utilizando focales de 35, 135 y 400 mm

Las opciones de la cámara

Tanto el enfoque como el modo de la cámara serán completamente manuales. Para la velocidad escogeremos el modo "bulb" y será imprescindible un disparador a distancia, de modo que tendremos que elegir el modo de disparo apropiado, según sea un mando inalámbrico o un intervalómetro. Es más útil un intervalómetro con el que podamos programar la duración de las tomas, el número y el intervalo entre cada toma. El tiempo de exposición dependerá de las condiciones de temperatura y grado de contaminación lumínica. No convienen exposiciones mayores de cinco minutos si hay luz de fondo y la temperatura es relativamente alta (como en las noches de verano), tanto porque saldrá velado el fondo como por la gran cantidad de ruido que producirá el calentamiento del sensor. El diafragma lo abriremos casi al máximo, siendo conveniente cerrarlo algún punto para evitar un excesivo viñeteo. La sensibilidad estará comprendida entre 400 y 800 ISO, en función del tiempo de exposición que nos podamos permitir. Las imágenes siempre las obtendremos en formato RAW, desactivando cualquier tipo de procesado que haga la cámara. 

Los pasos a seguir

Una vez completado el proceso de alineación de la montura, estaremos listos para dirigir telescopio y cámara al la zona del cielo que deseamos fotografiar. Tendremos que tener una idea aproximada del campo que vamos a abarcar con el objetivo escogido, e indicaremos a la montura que apunte a alguna estrella u objeto que quede más o menos centrado en esa porción de cielo. Ponemos un ocular con retículo iluminado en el telescopio y situamos en su centro alguna estrella para comprobar que el seguimiento no presenta grandes errores.

Antes de comenzar a disparar tendremos que asegurarnos de que el objetivo está correctamente enfocado. Esto puede hacerse de modo manual o automático (apuntando a alguna estrella brillante antes de situar la cámara en su soporte), pero es muy importante que una vez realizado desconectemos los modos automáticos, porque si no cada vez que disparemos nos intentará enfocar de nuevo. Conviene hacer cuantas pruebas sean necesarias para asegurarnos de que las estrellas salen perfectamente nítidas y puntuales, lo que apreciaremos mejor con un tiempo de exposición corto (un par segundos por ejemplo) y estrellas de brillo medio. Con grandes angulares el enfoque será relativamente sencillo, pero con teleobjetivos y telescopios puede complicarse y ser necesaria una máscara de enfoque.

Cuando hayamos enfocado correctamente es el momento de realizar una prueba a alta sensibilidad y exposición menor de un minuto para asegurarnos de que el campo es el deseado. Si no lo es tendremos que actuar sobre los mandos del soporte de la cámara o -si no los tiene- sobre la consola de la montura. Es conveniente que el soporte de la cámara tenga cierta libertad de movimiento para realizar correcciones sin necesidad de actuar sobre la montura. Después fijamos el valor deseado de sensibilidad y programamos el disparador.

Mientras el obturador está abierto es muy importante evitar cualquier contacto con el telescopio o la cámara, pues por mínimo que sea transmitirá vibraciones que pueden afectar a la toma. Evidentemente también se debe evitar encender cualquier puntero, linterna o teléfono celular para que no penetre luz parásita al sensor. Si no tenemos sistema de autoguiado y queremos asegurarnos de que el seguimiento va bien, vigilaremos que la estrella previamente centrada en el ocular con retículo iluminado mantenga su posición, y si comienza a desviarse tendremos que volver a llevarla al centro de modo suave utilizando la consola de la montura.

Problemas de la larga exposición

Cuando realicemos nuestra primera toma de larga exposición y la analicemos en la pantalla del ordenador nos encontraremos con algunos problemas que en un principio pueden frustrar nuestras expectativas. El más importante está relacionado con la contaminación lumínica: incluso en cielos aparentemente oscuros nos aparecerá un fondo anaranjado, basta con que haya algún núcleo de población cercano. Este será uno de los limitantes para el tiempo de exposición y la sensibilidad. Otro defecto apreciable, conocido como viñeteo, consiste en un oscurecimiento hacia los bordes de la fotografía; está relacionado con la propia óptica de los objetivos fotográficos y se hace especialmente llamativo con la larga exposición. Por último está el ruido, tanto debido al calentamiento del sensor (hot pixels) como el electrónico, perceptible especialmente en partes de la imagen con poca señal luminosa. Parte de este ruido se puede minimizar refrigerando el sensor, pero eso no es lo corriente en cámaras DSLR.

Todos los defectos señalados se pueden minimizar en el procesado, especialmente el último. Para minimizar el ruido se realizan cuantas más tomas mejor, así como otras tantas tomas oscuras (darks) en las mismas condiciones de temperatura, exposición y sensibilidad que las de luz. Mediante programas informáticos se apilan las imágenes y se elimina buena parte de los hot pixels tomando como referencia las tomas oscuras. La imagen resultante también ve el ruido electrónico mermado al ser sus pixels un promedio de todas las imágenes apiladas. El procesado no consiste en "retocar" la imagen, sino en operar con la información disponible, filtrando la señal deseable y desechando lo que no nos interesa, como la luz de fondo. El procesado es una fase tan importante como la toma de datos, y a veces incluso lleva muchísimo más tiempo y trabajo. Todas las imágenes astronómicas (incluidas las espectaculares fotografías del Hubble) son resultado de un concienzudo procesado de los datos brutos. Por eso se trata de una fase fundamental en la astrofotografía que merece un artículo aparte.

Las zonas del cielo más fotogénicas

En astrofotografía de gran campo podemos abarcar constelaciones enteras o incluso varias de ellas. Las más atractivas serán aquellas que tengan un campo muy rico de estrellas combinado con nubes oscuras y nebulosas, que son evidentemente por las que discurre la Vía Láctea. Escorpio, Sagitario, la parte sur de Ofiuco, el Escudo, el Águila y el Cisne (en el Hemisferio Norte) son las que presentan más riqueza, seguidas de Perseo, Casiopea y Orión; en el Hemisferio Sur tenemos el Altar, la Cruz del Sur, el Navío de Argos, así como las dos Nubes de Magallanes. En algunas resulta un reto captar grandes nubes moleculares, como es el caso del conocido anillo de Barnard en la constelación de Orión, o los complejos nebulares de Ofiuco, más fáciles de obtener en cámaras modificadas a las que se les ha extraído el filtro IR del sensor.

Algunos ejemplos de mi galería personal los podéis encontrar aquí:

http://astrogaleria.blogspot.com.es/search/label/En%20paralelo

Constelación de Orión, con un objetivo de 35 mm y dos tomas de 400 segundos
La Vía Láctea con un objetivo de 14 mm

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