אסטרונומיה

צילום אסטרונומי שונה מאד מצילום רגיל בכך שהוא מאופיין כצילום אובייקטים רחוקים מאד, שגודלם הזוויתי קטן ביותר וברובם חיוורים מאד, מה שמחייב חשיפות ארוכות של דקות ושעות.
צילום אסטרונומי מאתגר טכנולוגית ודורש הכנות רבות טרם הצילום ודיוק רב במהלכו.
הסיפוק שבקבלת תמונה לאחר שעות ארוכות של צילום ועיבוד הוא עצום. מדובר באיסוף פוטונים שמהרגע שעזבו את פני האובייקט המצולם ועד שנקלטו בחיישן המצלמה עברו מרחק של מאות ומליוני שנות אור.
צילום אסטרונומי יכול להתחיל בצילום רק באמצעות מצלמה פשוטה אנלוגית או דיגיטאלית ובכך לצלם קבוצות כוכבים בחשיפות קצרות.
מאמר זה מתיחס למצלמות SLR ו DSLR בלבד ולא למצלמות CCD יעודיות.
מכיוון שהצילום מתבצע בלילה ומכיוון שמלבד הירח האובייקטים המצולמים הינם חיוורים מאד יש לאסוף כמה שיותר אור על מנת לקבל כמה שיותר פרטים.
איסוף האור תלוי במספר גורמים. בינהם גודל המפתח (צמצם בעדשה) בטלסקופ וזמן החשיפה. הצמצם או מפתח הטלסקופ קובעים כמה אור יאסף ביחידת זמן (בהנתן רגישות המצלמה). ככל שנפתח צמצם או נשתמש בטלסקופ בעל מפתח גדול יותר כך נאסוף יותר אור.
מפתח הטלסקופ הוא בעצם קוטר העדשה או המראה של הטלסקופ (נמדד בדר"כ במילימטרים עבור טלסקופ עדשות - שובר אור, או באינצ'ים עבור טלסקופ מראות - מחזירי אור ).
זמן החשיפה הוא הזמן שבו החיישן או הפילים חשוף לאור שנאסף. ככל שהחיישן/סרט הצילום יהיה חשוף זמן רב יותר כך תאסף כמות גדולה יותר של אור ונזכה לראות פרטים רבים ומדוייקים יותר מהאובייקט.

צילום על חצובה

כיוון שצילום אסטרונומי דורש זמן חשיפה ארוך יש להשתמש בחצובה על מנת לייצב את המצלמה. אם נציב מצלמה על חצובה בלילה חשוך, נכוון אותה לשמיים ונצלם בחשיפה מספיק ארוכה, נוכל לראות כי בתמונה המתקבלת נמצאות קשתות ולא בדיוק הכוכבים שניסינו לצלם. פסים אלו נקראים מסלולי כוכבים והם נגרמים בשל סיבוב כדור הארץ שסובב סביב צירו 360 מעלות בכ 24 שעות. לצופה מכדור הארץ כיפת השמיים נראית מסתובבת סביב ציר סיבוב כדור הארץ באותו הקצב כך שהכוכבים נראים לנו נעים על פני השמיים בכיוון כללי של ממזרח למערב.
זו הסיבה שבגינה הכוכבים משאירים לנו את פסי האור שלהם על החיישן בעת שהם משנים את מיקומם בשמיים יחסית לצופה/מצלמה.
עם עדשה מספיק רחבת זוית, אורך מוקד קצר, נוכל לחשוף לכמה שניות (כ 15, 20) ולקבל את תמונת השמיים עם תזוזה שאינה מורגשת כמעט. ככל שהחשיפה תיהיה ארוכה יותר נקבל קשתות ארוכות יותר.
צילום לכיוון צפון יראה את הכוכבים נעים נגד כיוון השעון. צילום לכיוון דרום יראה את הכוכבים נעים עם כיוון השעון. צילום לכיוון מערב או מזרח בזוית רחבה מספיק יציג שני חלקי מעגלים נושקים. האחד מכיוון צפון והשני מכיוון דרום.

צילום על חצובה משוונית

על מנת לצלם אובייקטים בשמיים ללא שבילי כוכבים יש להציב את המצלמה על מתקן שמקזז את תנועת כדור הארץ ובכך מאפשר למצלמה להנעל על האובייקט.
לצילום באמצעות מצלמה ועדשה בלבד ניתן לבנות מתקן שנקרא Barn Door המורכב בדר"כ מ 2 לוחות עץ מחוברים בציר. לוח אחד נשאר קבוע והשני מתרחק או מתקרב אליו בקצב סיבוב כדור הארץ. ניתן לקרב או להרחיק את הלוחות באופן ידני או עם מנוע. המצלמה מוצבת על הלוח הנע ובכך מתאפשרת העקיבה אחר הכוכבים או האובייקט.
לצילום באורך מוקד ארוך יותר מעדשה ולאורך זמן ארוך יותר יש להשתמש ב Equatorial Mount - כן משווני. זוהי חצובה בעלת לפחות מנוע אחד הנע בקצב של כ 360 מעלות ב כ 24 שעות ובכך מקזז את תנועת סבוב כדור הארץ. על הכן הזה מציבים את המצלמה והטלסקופ ובכך מתאפשר צילום האובייקט.
את הציר הנע (RA) של הכן המשווני יש לכוון כך שיהיה מקביל בדיוק לציר סיבוב כדור הארץ. כך תתאפשר פעולת הקיזוז נגד ציר זה. את ציר סיבוב כדור הארץ ניתן לתאר כקו המחבר בין הצופה לבין כוכב הצפון (בקבוצת הכוכבים העגלה הקטנה). זהו בעצם הכוכב היחיד שאינו נע למראית עין במהלך הלילה. ציר RA שיכוון בדיוק על הקו שמחבר בין כוכב הצפון לחצובה יאפשר עקיבה מדוייקת יחסית. בהמשך יתאורו מספר שיטות לכיוון ציר ה RA לצפון. פעולה זו נקראת Polar Alignment - יישור לצפון.

תיקוני עקיבה

גם היישור לצפון הטוב ביותר שנגיע אליו לא יוכל לאפשר עקיבה מדוייקת של האובייקט המצולם. בצילום באורך מוקד גדול, כמו באמצעות טלסקופ, כל תזוזה וכל סטיה הקטנה ביותר מיד מורגשת והכוכבים אינם יוצאים עגולים כי אם מרוחים. על מנת להשיג כוכבים עגולים כראשי סיכה יש לבצע תיקוני עקיבה במהלך תנועת החצובה.
על מנת לבצע תיקוני עקיבה יש צורך באחד משני הרכיבים הבאים:
1 - טלסקופ נוסף המורכב על המערכת הקיימת. ניתן להרכיב אותו מעל או לצד הטלסקופ המצלם. נקרא Guiding Scope.
2 - רכיב המתלבש בין המצלמה לטלסקופ ומסיט חלק קטן מהאור דרך פריזמה לעינית ומאפשר למצלם לצפות באובייקט המצולם. נקרא Off-Axis Guider.
בשתי שיטות אלו למצלם יש אפשרות לצפות בכוכב שנמצא באזור האובייקט המצולם ולדאוג לכך שכוכב זה יהיה תמיד באותו המיקום בתוך העינית. עינית זו היא בדרך כלל בעלת שני קווים מוצלבים כך שנוח להציב עליהם את כוכב העקיבה. בהנחה שהטלסקופ העוקב או ה OAG יהיו תמיד באותו המקום יחסית לטלסקופ המצלם לאורך כל תקופת הצילום אז ניתן להניח כי אם המצלם דואג לכך שכוכב העקיבה יופיע לאורך הצילום תמיד באותו המקום בעינית כך גם ניתן להניח שהאובייקט המצולם ישאר באותו המקום יחסית לחיישן.
ברגע שכוכב העקיבה בורח ממקומו על הצלב - יבצע הצלם תיקון ויזיז את החצובה בהתאם עד שימוקם הכוכב שוב על הצלב. ככל שאורך המוקד של הטלסקופ העוקב ארוך יותר כך המצלם יוכל לגלות סטיות בעקיבה מוקדם יותר.

תיקוני עקיבה באמצעות מחשב

בשימוש ב Guiding Scope ניתן לבצע עקיבה ממוחשבת ולא ידנית. במקום לחבר עינית לטלסקופ ניתן לחבר מצלמה שתשדר למחשב את מה שהיא קולטת כלומר את כוכב העיקבה. תוכנה יעודית תוכל לעקוב אחר מיקום הכוכב על המסך ובכל תזוזה שלו תתן פקודה לחצובה לתקן העקיבה עד לחזרתו של הכוכב למקומו.
היתרונות שבשיטה זו הם בעיקר הדיוק והמהירות בה יכול המחשב לזהות סטיה בעקיבה ולתקן אותה וביכולת של המצלם להשתחרר מהצורך להסתכל לתוך העינית לאורך כל זמן הצילום.
בכך מתאפשרת חשיפה ארוכה יותר או מספר חשיפות רב יותר וכל זאת ללא התערבות של הצלם. תיקוני עקיבה באופן ממוחשב מאפשר לצלם להנות במהלך הלילה גם מצפייה בשמי הלילה ולא רק בתוך עינית שמציגה את כוכב עקיבה.
החסרונות - יש להצטייד במחשב נייד, במצבר גדול יותר, מצלמה נוספת ועוד לא מעט כבלים בעת הירידה אל השטח.

תיקוני עקיבה באמצעות המצלמה המצלמת

דרך נוספת לפקוד על החצובה לבצע תיקונים היא באמצעות המצלמה המצלמת. זוהי מצלמה מיוחדת בה שני חיישנים בדרך כלל שהאחד מצלם והשני עוקב אחר האובייקט המצולם. בכך נחסך השימוש בטלסקופ נוסף ובמצלמה נוספת.
מצלמות מסוג זה הן יקרות מאד, אלפים רבים של דולרים והן מסוג CCD - ייעודיות לאסטרונומיה.

צילום דרך טלסקופ

כאשר הטלסקופ מורכב על חצובה משוונית ניתן לחבר אליו את המצלמה ולצלם בשני אופנים שונים. הראשון - לצלם דרך עינית המורכבת על הטלסקופ והמשמשת גם לצפייה בעין.
באופן זה יש לחבר את המצלמה באמצעות מתאם לטלסקופ כך שעדשת המצלמה תוצב בדיוק בציר האופטי של הטלסקופ והעינית. שיטה זו נקראת AFOCAL. המצלמה בעצם מצלמת את מה שהעין רואה בעינית ומאפשרות הגדלות חזקות. האופטיקה כוללת את הטלסקופ, העינית ועדשת המצלמה. שיטה זו מאפשרת צילום אסטרונומי גם למצלמות דיגיטאליות שאינן SLR.
השני - צילום ישיר שנקרא Prime Focus. באופן זה מחברים את המצלמה ישירות לטלסקופ ללא עינית. בשיטה זו צולמו כל הצילומים באתר זה. בשיטה זו האופטיקה היחידה המשפיעה על התמונה היא האופטיקה של הטלסקופ. המצלמה מחוברת באמצעות מתאם ישירות לטלסקופ ללא עינית וללא עדשה. מה שהמראה או עדשת הטלסקופ מרכזת או מחזירה פוגע ישירות בחיישן המצלמה. צילום זה הוא איכותי יותר בשל אופי האופטיקה המעורבת בו אבל אינו גמיש ביכולת ההגדלה.

מיקוד - Focus

המיקוד הוא קריטי ביותר לצילום אסטרונומי והוא אחד מהחלקים הקשים לביצוע.
במצלמות SLR או DSLR יש להסתכל דרך העינית של המצלמה, לוודא כי היא מותאמת למיקוד העין של הצופה ואז למקד את הטלסקופ על כוכב בהיר באזור האוביקט המצולם.
הפוקוס בטלסקופ מתבצע באמצעות סיבוב גלגלי הפוקוס. קיימים בשוק מנועים הנשלטים אמצעות מחשב או שלט המאפשר מיקוד חשמלי ומדוייק יותר.
את התמונות באתר זה צילמתי ב Canon 40D, מצלמה חדשה יחסית ומאפשרת עבודה טובה ונוחה לצלם האסטרונומי. אחד הייתרונות הבולטים שלה הוא האפשרות לבצע מיקוד ב Live הווה אומר שניתן לראות את האובייקט על מסך ה LCD בהגלה גדולה ב Live ולשחק עם הפוקוס עד למיקוד מושלם. היתרון השני שלה הוא האפשרות לחבר את המצלמה למחשב ובכך לראות את ה Live View על צג המחשב בצורה נוחה.
כפי שנכתב, את המיקוד יש לבצע על כוכב בהיר באזור האובייקט המצולם ולא על הירח או על כוכב לכת.

רגישות המצלמה ורעש

גם בעת צילום על גבי סרט צילום וגם באמצעות מצלמה דיגיטאלית יש להתחשב ברגישות. ככל שסרט הצילום או החיישן רגישים יותר לאור כך נוכל לקבל יותר פרטים בפחות זמן.
הבעיה מתחילה בהתיחסות לרגישות החיישן. ככל שנשתמש ברגישות גבוהה יותר אמנם נאסוף יותר אור אך החיישן יצור יותר "רעש" והתמונה תצא באיכות ירודה.
הרעש שנוצר על גבי החיישן נגרם הן מרגישות ISO גבוהה והן מזמן החשיפה הארוך. ככל שנחשוף יותר זמן כך החיישן מתחמם ומייצר יותר רעש.
יש שתי דרכים עיקריות להתגבר על הרעש שנוצר. הראשונה - להשתמש במצלמות שידעות לקרר את עצמן. מנגנוני קירור אלו נמצאים בעיקר במצלמות CCD המיועדות לצילום אסטרונומי. השניה - לצלם בחשיפות קצרות יותר - של דקות, אך מספר רב מאד של צילומים, אפילו כמה מאות במשך לילה אחד, ואז לחבר את התמונות באמצעות תוכנות מיוחדות שנועדו לצורך כך.
גם שתי דרכים אלו לא מונעות לחלוטין את הרעש ועל מנת למזער את נזקי הרעש יש אפשרות נוספת והיא להסירו על ידי Dark Frames.
ברוב מצלמות ה DSLR יש אופציה לבקש מהמצלמה לצלם צילום נוסף, מיד לאחר סיום החשיפה, כאשר הצמצם סגור לגמרי והמראה נמצאת למטה. כלומר צילום של חושך.
צילום זה מתבצע באותה הרגישות, באותו זמן חשיפה, ובאותה טמפרטורה של הצילום הראשון. צילום החושך מאפשר לזהות את הרעש מכיוון שהדבר היחיד שנראה בצילום הזה הוא הרעש. לאחר צילום החושך המצלמה מבצעת עיבוד אוטומטי ומחסירה את האור/רעש שהתקבל בצילום השני מהצילום הראשון ובכך מנקה אותו במעט מהרעש שקיים בו.
בצילום אסטרונומי - באם מדובר בחשיפה אחת בודדת של כמה דקות עד חצי שעה - אפשר לבקש מהמצלמה לבצע Dark Frame. אם התכנון הוא לצלם כמה שעות או במשך כל הלילה אזי צילום אוטומטי של Dark Frame אינו יעיל כי הוא מכפיל את זמן החשיפה ובמקום לצלם 6 שעות נוכל לצלם רק 3.
הדרך להתגבר על בעיה לוגיסטית זו היא לא לצלם אוטומטית Dark Frame אלא לצלם אותה באופן ידני במהלך כל הלילה. אם נניח בחרנו לחשוף 150 תמונות של 2 דקות (סה"כ 5 שעות) נוכל לצלם עוד כ 20-30 תמונות חשוכות (כשעה). לאחר מכן, באמצעות תוכנות שנועדו לכך, נוכל ליצור תמונה שנקראת Master Dark אותה נחסיר מכל ה150 תמונות שצלמנו ורק אז לבצע עליהן Stacking - חיבור. תמונה חשוכה תצולם על ידי כיסוי הטלסקופ במכסה שחור.
סוג נוסף של רעש מיוצר בחיישן ללא קשר לזמן החשיפה וזה רעש אלקטרוני טבעי של החיישן. על מנת להתגבר על רעש זה נצלם כמה צילומים שנקראים Bias או Offset.
גם מצילומים אלו נכין Master וגם אותו נחסיר מכל אחת מהתמונות. צילום Offset נעשה בחשיפה המהירה ביותר שניתן ובאותו ה ISO בו צילמנו את את התמונות.
את ה Offset אפשר לצלם כבר בבוקר וגם הוא כמו ה Dark יעשה ללא חשיפה לאור על ידי כיסוי הטלסקופ במכסה שחור.

עיוותים אופטים

סוג נוסף של Frames שיש לבצע הוא ה Flat. סוג זה נועד להתגבר על בעיות אופטיות כמו החשכת שוליים, ליכלוך על החיישן או ליכלוך על העדשה/עדשות.
נעשה כמה צילומים כאלו על ידי כיוון המערכת אל מקור אור לבן ונצלם תמונה בהירה מספיק אך לא שרופה. אני עושה זאת על ידי צילום שמיי הבוקר ממש לפני שהשמש עולה מעל האופק. את הצילומים האלו נעשה ב ISO הנמוך ביותר שהמצלמה מאפשרת ובחשיפה הקצרה ביותר וזאת על מנת למנוע "רעש" בתוך ה Flat.
גם כאן, נכין תמונת Master וגם אותה נשכלל בתוצאה הסופית.

תוכנות עיבוד

את כל חומרי הגלם יש להזין בתוכנות שנודעו במיוחד לצילומים אסטרונומים כמו IRIS או Deep sky stacker (שתיהן חינמיות).
לאחר שתוכנות אלו עשו את תפקידן העיקרי שהוא יישור התמונות, הכנת Masters והדבקת התמונות ניתן להשתמש בתכנות עריכה כמו פוטושופ על מנת להגיע לתוצאה הרצויה.