تیر ۱۳, ۱۳۹۹ 

آشنایی با عکاسی نجومی، قسمت دوم

عکاسی نجومی

در پست قبل تا حدودی با عکاسی نجومی آشنا شدیم ولی سوال اینجاست که چه ابزاری برای عکاسی از آسمان شب لازم است؟ جواب این سوال بستگی به این دارد که چه عکسی و با چه روشی قرار است ثبت شود؟ البته نباید بعد مالی را فراموش کرد چون ابزارهای نجومی امروزه قیمت‌های نجومی هم دارند! آنچه که مسلم است برای عکاسی نیاز به وسیله‌ای که مجهز به حسگر نور باشد داریم. این وسیله می‌تواند دوربین‌های عکاسی دیجیتال (DSLR)، سی‌سی‌دی‌ها (CCD)، وب‌کم یا حتی دوربین پشت گوشی شما باشد! به عنوان مثال ابزار و پردازش لازم برای ثبت رد ستارگان (Star Trail) با عکاسی از اجسام عمیق آسمان شب بسیار متفاوت است. برای عکاسی عمیق نیاز به اوپتیک خوب (منظور از اپتیک وسیله‌ای است که ماموریت جمع‌آوری نور را بر عهده دارد، و می‌تواند تلسکوپ یا لنز دوربین باشد) و دوربین، سه‌پایه و مقر با ترکینگ بی‌نقص داریم ولی برای ثبت رد ستارگان، دوربین به همراه لنز مناسب و سه پایه ساده عکاسی کافی است. در ادامه می‌خواهیم با برخی از مفاهیمی که برای شناخت ویژگی‌های اوپتیکی ابزار مهم هستند آشنا شویم، سپس مروری کلی بر انواع تلسکوپ‌ها خواهیم داشت.

فاصله کانونی (Focal Length): فاصله‌ای است که سیستم نوری، پرتوهای نور را در آن متمرکز می‌کند. نقطه‌ای که پرتوهای نور در آن متمرکز می‌شود نیز نقطه کانونی نامیده می‌شود. هر چه توان سیستم-نوری بیشتر باشد، نقطه کانونی نزدیکتر و فاصله کانونی کوتاه‌تر می‌شود. برای تلسکوپ‌ها این فاصله ثابت است اما در اغلب لنزهای دوربین‌های عکاسی دیجیتال می‌توان این فاصله را تغییر داد.

آشنایی با عکاسی نجومی، قسمت دوم

دیافراگم (Aperture): دیافراگم در حقیقت گشودگی یا روزنه‌ای است که توسط مرزهای هندسی تعریف می‌شود. ممکن است دیافراگم برای منظوری خاص در سیستم نوری تعبیه شده باشد و یا اینکه بخشی از محدودیت ذاتی سیستم نوری باشد. وجود دیافراگم در سیستم نوری بر دو جنبه از تشکیل تصویر آن تاثیرگذار است. اول محدودیت میدان دید (یعنی چه مقدار از سطح جسم دور دست از درون سیستم نوری قابل مشاهده است) و دوم کنترل میزان روشنایی تصویر. دیافراگم برای تلکسوپ‌ها (به علت ثابت بودن قطر عدسی و آینه) مقداری ثابت داشته ولی در اغلب لنزهای دوربین‌های عکاسی دیجیتال می‌توان قطر گشودگی دیافراگم را کنترل نمود.

آشنایی با عکاسی نجومی، قسمت دوم

نسبت کانونی (Focal Ratio): نسبت کانونی یا عدد اف (اف‌استاپ) برای سیستم نوری از تقسیم فاصله کانونی بر دیافراگم آن سیستم بدست آمده و کمیتی بی‌بُعد است. عکاسان از این نسبت با عنوان سرعت سیستم نوری نیز یاد می‌کنند. این نسبت هرچه بزرگتر باشد سیستم نوری کند و هرچه کوچکتر باشد سیستم تند خواهد بود. در تلسکوپ‌ها با توجه به ثابت بودن دیافراگم و فاصله کانونی، عدد اف ثابت است. لذا تلسکوپ‌ها با عدد اف بزرگتر (۱۰ یا ۱۱)، فاصله کانونی بیشتری دارند (بزرگنمایی بالا و میدان دید کم) ولی توانایی جذب نور کمتری دارند و برای ماه و سیارات مناسب هستند، اما تلسکوپ‌های سریع (عدد اف پایین، حدود ۴ یا ۵) نور بیشتری گردآوری کرده و عکس‌های روشن‌تری به دست می‌دهند. این تلسکوپ‌ها به علت بزرگنمایی کمتر، میدان دید بیشتری داشته و اغلب برای عکاسی استفاده می‌شوند. در مورد لنزها، از آنجایی که اغلب توانایی تغییر فاصله کانونی و دیافراگم را دارند بازه‌ای از نسبت‌های کانونی تعریف می‌شود. در حقیقت تنها ابزار در دست عکاس برای تنظیم دیافراگم روی دوربین، تنظیم این مقدار و فاصله کانونی است. مشخص است که برای عکاسی نجومی مقدار نور دریافتی توسط حسگر بسیار مهم است و معمولا عکاس بعد از انتخاب سوژه و فاصله کانونی (میدان دید) مورد نظر نسبت به تعیین سرعت لنز خود اقدام می‌کند.

آشنایی با عکاسی نجومی، قسمت دوم

بزرگنمایی (Magnification): تمامی تلسکوپ‌ها از دو قطعه نوری ساخته می‌شوند. اولین و مهم‌ترین قطعه عدسی شیئی (در شکستی‌ها) یا آینه اصلی (در بازتابی‌ها) است. تمامی مواردی که در بالا به آن‌ها اشاره شد برای این قطعه قابل محاسبه هستند. برای دیدن تصویر حاصل از شیئی یا آینه اصلی با چشم از دومین قطعه نوری به اسم عدسی چشمی استفاده می‌شود. برای چشمی‌ها نیز مانند شیئی‌ها فاصله کانونی تعریف می‌شود. بزرگنمایی عبارت است از نسبت فاصله کانونی شیئی بر چشمی. به عنوان مثال اگر فاصله کانونی شیئی ما هزار میلی‌متر باشد و فاصله کانونی چشمی ۲۵ میلی‌متر، بزگنمایی حاصل ۴۰ برابر خواهد بود. نباید بزرگنمایی را با زوم در لنزهای دوربین عکاسی دیجیتال اشتباه گرفت. همانگونه که پیش‌تر اشاره شد اغلب لنزها دارای بازه‌ای برای تغییر فاصله کانونی خود هستند. به عنوان نمونه لنز ۵۵-۱۸ به این معنی است که کمترین فاصله کانونی لنز ۱۸ و بیشترین آن ۵۵ میلی‌متر است که از تقسیم این دو بر هم به عدد ۳ می‌رسیم، به این معنی که این لنز تا ۳ برابر زوم اپتیکال بدست می‌دهد.

آشنایی با عکاسی نجومی، قسمت دوم

تا اینجا تا حدوی با برخی از ویژگی‌های نوری تلسکوپ‌ها و لنزها آشنا شدیم. عکاسان نجومی برای عکاسی از آسمان شب هم از لنزها و هم از تلسکوپ‌ها بسته به سوژه و نوع عکاسی خود بهره می‌جویند. در ادامه مروری کلی بر انواع تلسکوپ‌های نوری خواهیم داشت.
تلسکوپ به دسته بسیار بزرگی از ابزارها جهت آشکارسازی امواج الکترومغناطیس اطلاق می‌شود اما آنچه که عموما با نام تلسکوپ شناخته می‌شود، با قسمت مرئی امواج الکترومغناطیس (نور مرئی) سر و کار دارد. در اینجا منظور ما از تلسکوپ، همین تلسکوپ‌های نور مرئی است. طبق تعریف تلسکوپ وسیله‌ای است که نور اجسام دور دست را گردآوری و در نقطه کانونی متمرکز می‌کند و می‌توان این تصویر را توسط چشمی به صورت مستقیم مشاهده و یا اینکه توسط حسگرهای نوری، ثبت نمود. شاید اولین موضوعی که با شنیدن نام تلسکوپ به ذهن میرسد، بزرگنمایی و دیدن فواصل دور باشد. اما مهمترین قابلیت یک تلسکوپ توانایی گردآوری نور است نه توان بزرگنمایی. توانایی تلسکوپ در وضوح و تفکیک جزئیات کوچک به طور مستقیم به قطر (دیافراگم) عدسی یا آینه اصلی و توانایی آن در گردآوری نور به مساحت شیئی یا آینه اصلی وابسته است.

آشنایی با عکاسی نجومی، قسمت دوم

به طور کلی تلسکوپ‌ها را می‌توان در سه گروه شکستی (دیوپتریک)، بازتابی(کاتوپتریک) و ترکیبی (کاتادیوپتریک) دسته بندی کرد. شکستی‌ها همانگونه که از اسمشان پیداست، از شکست نور توسط عدسی شیئی برای ایجاد تصویر بهره می‌برند. بازتابی‌ها نیز از بازتاب نور توسط آیینه اصلی خود برای ایجاد تصویر استفاده می‌کنند. ترکیبی‌ها هم از عدسی و هم از آینه برای تشکیل تصویر استفاده می‌کنند. هر کدام از این روش‌ها به طور ذاتی دارای خطاهایی هستند. ابیراهی رنگی(عدم توانایی در کانونی کردن تمام طول موج‌های نور در نقطه کانونی) و ابیراهی کروی (شکل هندسی باعث عدم کانونی شدن پرتوهای نور می‌شود) و همچنین ابیراهی کما (به صورت اشک یا دنباله دار دیده شدن نقاط دورتر از محور نوری) جزو این خطاهای ذاتی هستند.

آشنایی با عکاسی نجومی، قسمت دوم

در تلسکوپ‌های شکستی جهت رفع ابیراهی رنگی (کروماتیک) از دو عدسی با جنس‌های متفاوت که ضریب شکست نور متفاتی دارند استفاده می‌شود. این نوع عدسی‌ها به آکروماتیک (دوبلت) شهرت دارند. آکرومات‌ها معمولا دورنگ از طیف نور را کانونی می‌کنند (معمولا سبز و زرد) ولی نوع دیگری از عدسی‌ها که سه رنگ را در صفحه کانونی متمرکز می‌کنند نیز وجود دارد که به آپوکرومات (تریپلت) شهرت دارند. حال اگر جنس شیشه‌های این عدسی بسیار مرغوب باشد (کریستال کلسیم فلورایت) و باعث تجزیه نور نشوند، می‌توان تاحد بسیار مطلوبی از ابیراهی رنگی جلوگیری کرد. به این نوع عدسی‌ها “Extra low Dispersion” یا اختصارا “ED” اطلاق می‌شود. لازم به ذکر است که هزینه ساخت و طراحی این عدسی‌ها طبیعتا بالا خواهد بود چون علی‌الخصوص تریپلت‌ها علاوه بر جنس شیشه، باید برای طیف‌های رنگی اضافه فرآیند ساخت تا حدی دقیق باشد که از ابیراهی کروی و کما پیشگیری گردد. مشخصا عکاسان نجومی که از اجسام عمیق آسمان شب عکاسی می‌کنند از شکستی‌هایی با قطر شیئی بزرگ، نسبت کانونی پایین (سریع) و از آپوکرومات‌ها استفاده می‌کنند.

آشنایی با عکاسی نجومی، قسمت دوم

دسته دیگر، تلسکوپ‌های بازتابی هستند. این تلسکوپ‌ها ابیراهی رنگی ندارند اما از بیراهش کما رنج می‌برند و در مقایسه با قطرهای یکسان ارزان‌تر از شکستی‌ها هستند. شدت بیراهش کما، با نسبت کانونی رابطه عکس دارد، لذا در بازتابی‌های سریع با عدد اف حدود ۴ این بیراهش بیشتر دیده می‌شد. جهت حل این مشکل می‌توان از تصحیح کننده‌های کما استفاده نمود. تلسکوپ‌های نیوتونی یکی از انواع بازتابی‌ها هستند که در آنها یک آینه سهومی به عنوان آینه اصلی در انتهای لوله قرار می‌گیرد و یک آینه ثانویه تخت بیضوی در دهانه و نقطه کانونی آینه اصلی تصویر ایجاد شده را به چشمی که خارج از لوله قرار دارد منعکس می‌کند. اندازه این آیینه دوم یکی از مشکلات نیوتنی‌ها می‌باشد. اگر بیش از حد کوچک باشد باعث کاهش میدان دید و تاریک‌تر شدن کناره‌ها نسبت به مرکز عکس شده (وینیتینگ) و اگر بیش از حد بزرگ باشد باعث کاهش نور رسیده به مرکز آینه اصلی و کاهش وضوح تصویر می‌شود. کاسگیرن‌ها نوع دیگر تلسکوپ‌های بازتابی هستند. در کاسگرین، آینه اصلی سهموی بوده و آینه دوم هذلولوی و محدب است و نور را از داخل گشودگی در میان آینه اصلی و در پشت آن کانونی می‌کند. طول لوله کاسگرین با توجه به فاصله کانونی زیاد آن کوتاه است! این یکی از ویژگی‌های این نوع تلسکوپ می‌باشد و علت آن نیز آینه ثانویه هذلولوی محدب است. دو گونه دیگر از تلسکوپ کاسگرین، دال-کیرکهام و ریچی-کرتین می‌باشند. آینه اصلی در دال-کیکهام به صورت بیضی کشیده بوده و آینه ثانویه سهموی است که نسبت به هذلولوی بودن کاسگرین سنتی ارزان‌تر است. این نوع طراحی نیز از ابیراهی کما رنج می‌برد و باید برای عکاسی از اصلاح کننده استفاده شود. اما در ریچی-کرتین از دو آینه هذلولی که خطای کما را اصلاح می‌کنند استفاده می‌شود. امروزه اکثر تلسکوپ‌های بزرگ از این طرح استفاده می‌کنند، از جمله تلسکوپ فضایی هابل.

آشنایی با عکاسی نجومی، قسمت دوم

دسته سوم از انواع تلسکوپ‌ها، ترکیبی‌ها یا کاتادیوپتریک‌ها هستند. همانگونه که از اسم آنها مشخص است، این طرح از تلسکوپ‌ها هم از عدسی و هم از آیینه بهره می‌برند. از انواع این دسته می‌توان به تلسکوپ اشمیت-کاسگرین و ماکسوتوف – کاسگرین اشاره کرد. همانگونه که از اسمشان مشخص است این دو نوع از پیکربندی کاسگرین استفاده می‌کنند ولی در دهانه لوله از صفحه‌ای شیشه‌ای برای اصلاح خطای کروی آینه اصلی کروی استفاده می‌نمایند. به این ترتیب که نور ابتدا به اندازه خطای کروی ایجاد شده آینه توسط صفحه اصلاح کننده و در جهت منفی منحرف می‌شود تا با جمع شدن خطای کروی آینه، مجموع خطا به صفر برسد. این طرح‌ها نیز طول لوله کوتاه ولی فاصله کانونی بلند دارند و به همین دلیل نسبت کانونی برای آنها معمولا بالاست و برای عکاسی میدان باز باید از کاهنده فاصله کانونی و تخت کننده در آنها استفاده نمود.

موضوع مهم دیگر، سه‌پایه و مقر مورد استفاده برای عکاسی یا استفاده از تلسکوپ‌ها است. کلا، با توجه به درجات آزادی حرکتی، می‌توان مقرها را به دو دسته سمتی-ارتفاعی و استوایی تقسیم کرد. کار با سمتی‌ارتفاعی‌ها بسیار ساده است و نیاز به تنظیمات خاصی ندارد.آنها فقط در سمت و ارتفاع حرکت می‌کنند. اما در مقرهای استوایی، قبل از استفاده باید محور قائم مقر را با محور دوران کره زمین موازی نماییم که اصطلاحا به این عمل قطبی کردن گفته می‌شود. بعد از قطبی کردن این مقرها روی محورهای استوایی سماوی حرکت می‌کنند. عکاسان باید از مقرهای استوایی استفاده نمایند چون در مقرهای سمت ارتفاعی چرخش میدان دید اتفاق می‌افتد و در نوردهی‌های طولانی، چرخش میدان دید اصلا مطلوب نیست. اگر عکاس بنا به سوژه عکاسی خود تصمیم بگیرد تا