Jak se fotí astrofotografie

Astrofotografie neboli astronomická fotografie je speciální typ fotografie, který se zaměřuje na tvorbu fotografií astronomických objektů na noční obloze. Se správnou technikou a dostatkem znalostí se jedná o velmi krásný druh fotografie. Astrofotografie se zaměřuje na fotografování měsíců, planet, hvězd, ale i různých galaxií, nebo jen na pohyb noční oblohy. V dnešním článku najdete informace, které se hodí, pokud s astrofotografií teprve začínáte. Článek tedy není zaměřen na profesionální astrofotografii, ale právě na tu amatérskou.

Úplné začátky astrofotografie

Vzpomínám na své první začátky s astrofotografií. Tehdy ještě se stařičkým Canon EOS 350D se setovým objektivem Canon EF-S 18-55mm f/3,5-5,6. Vyšel jsem s fotografickou technikou za město a zamířil fotoaparát na nebe plné hvězd. Zkusil automatické ostření, ale nic se nestalo. Následovalo přepnutí objektivu na manuální ostření a nastavení zaostření někam k nekonečnu. Dobře, ostření je nastavené, ale jakou expozici zvolit? V hledáčku pouze blikala číslice 30″ (což naznačovalo, že ani 30 sekund nestačí). Co tedy s tím?

Zkusil jsem to tedy následovně. Objektiv jsem nastavil na ohniskovou vzdálenost 18 mm a jeho zaostření tedy tam, kde jsem si myslel, že je nekonečno. Hvězdy jsou přeci dost daleko, no ne? Expoziční režim na manuál, expoziční čas na 30 sekund (déle to nešlo), clonu nejnižší možnou (f/3,5), citlivost ISO na maximum – tedy na hodnotu 1600. Fotoaparát se samozřejmě nacházel na nějakém základním stativu a byla zapnutá samospoušť na 10 sekund.

První snímky již nedohledám, ale pamatuji si, že měly vcelku oranžový nádech, ale hlavně, hvězdy rozhodně nebyly tak ostré, jak jsem si představoval. Vlastně jsem přemýšlel, jestli na snímku nějaké hvězdy jsou, nebo se jedná o šum ze snímacího senzoru fotoaparátu. Další pokusy bohužel dopadly dost obdobně – žádná sláva. V té době navíc nebyly žádné speciální automatické programy, které by dokázaly „kouzla“ těch dnešních. Nedalo se nic dělat. Astrofotografie se stala pro moji techniku nedosažitelný cíl na několik let.

Takto to bohužel končí pro nejednoho fotografa.

Astrofotografie – jak začít

Na začátku si rozmyslete, co chcete fotografovat. Je totiž velký rozdíl mezi fotografováním večerní krajiny (a hvězdných drah) a například našeho nejbližšího měsíce, nebo vzdálené galaxie. Též si rozmyslete, kolik financí jste ochotni do astrofotografie celkově investovat.

Jde totiž o to, že na běžné fotografování večerní krajiny a hvězdných drah toho zase není tolik potřeba. Vystačíte si s kvalitním stativem, moderní (bez)zrcadlovkou a zpravidla širokoúhlým světelným objektivem. V některých případech lze použít i objektivy o delší ohniskové vzdálenosti. Umístíte fotoaparát s objektivem na stativ, namíříte na potřebné místo, zaostříte a o několik málo sekund později máte ve fotoaparátu více či méně povedenou fotografii. Když se něco nepovede, překomponujete, přenastavíte expozici a můžete fotografovat znovu.

Pokud jde „jen“ o fotografování Měsíce, zde skvěle uplatníte silnější teleobjektivy. Někdy se používají i telekonvertory, které prodlužují ohniskovou vzdálenost objektivu fotoaparátu.

Když se rozhodnete fotografovat vzdálené galaxie, zde už je to o dost složitější a také dražší. S běžnými (bez)zrcadlovkami se totiž ochuzujete o různé detaily a barvy, které potlačí filtr, který se nachází přímo před senzorem fotoaparátu. Proto si fotografové pořizují tzv. „astro“ verze fotoaparátů (např. Canon EOS Ra), nebo si nechávají odstranit filtr před senzorem fotoaparátu. To byla ta levnější část a nyní k té dražší. Pro kvalitní zachycení vzdálených galaxií se nevyhnete paralaktické montáži. Ve zkratce jde o zařízení, které vyrovnává otáčení Země a díky kterému se vesmírné objekty po senzoru fotoaparátu takřka nepohybují. Pak tu jsou samotné dalekohledy a teleskopy, díky kterým uvidíte mnohem dále než s běžnými objektivy. Výjimkou nejsou ani speciální kamery s velmi výkonným chlazením + notebook na řízení toho všeho.

Opravdu tedy velmi záleží na tom, co chcete fotografovat a jak toho chcete dosáhnout.

Astrofotografie – fotíme statickou noční oblohu

Velmi oblíbený druh astrofotografie, resp. noční fotografie. Jak jsem psal v části výše – ideálně potřebujete moderní fotoaparát, světelnější širokoúhlý objektiv a stativ. Též počítejte s tím, že se zpravidla nevyhnete nějaké následné postprodukci ve fotografickém editoru.

Několik slov k vybavení. Moderní fotoaparát není vyloženě nutnost, ale práce s ním je o dost pohodlnější z různých důvodů. Na noční obloze není tolik světla. Proto je potřeba fotoaparátu trochu pomoci zvýšením citlivosti ISO. To se proto běžně pohybuje klidně kolem hodnoty 1600, v některých případech i více. Jenže s vyšší citlivostí ISO roste i šum v obraze. S vysokým šumem nerozeznáte hvězdy od šumu. V tomto mají výhodu novější fotoaparáty, které si snáze poradí s vysokým šumem v obraze.

Další věcí (souvisí i s objektivem) je ostření. Moderní fotoaparáty dokážou zaostřit dokonce i na slabé světlo hvězd. Nicméně musí se jim pomoci vhodným objektivem. Tím je většinou širokoúhlý objektiv s velkou světelností. Minimální clona objektivu je obvykle f/2,8. Ideální je ale ještě menší hodnota. Oblíbenými objektivy jsou proto např. 24 mm f/1,8 a f/1,4 různých výrobců. Zajímavé jsou i objektivy Laowa, např. 15 mm f/2, nebo již ne tak širokoúhlý Laowa Argus 35 mm f/0,95.

To, že potřebujete stabilní stativ je jasné. Expozice trvá dlouhé sekundy, ale klidně i několik minut. Po tu dobu je vhodné, aby se obraz nepohyboval.

Fotografování noční oblohy – přípravy

Vybavení již máme. Nyní s ním zkusíme vyfotografovat statickou noční oblohu, bez hvězdných drah. Ale ani s adekvátní technikou nemusí být takové fotografování hned napoprvé úspěšné. Problémem číslo jedna může být samotná noční obloha. Aby fotoaparát a objektiv dokázaly zaostřit, potřebujete jasnou noční oblohu. Proto se zpravidla fotí v době, kdy nesvítí Měsíc, nebo ještě nesvítí příliš silně. Vyhýbejte se i městům, protože svit pouličních lamp dokáže nepříjemně zastínit noční oblohu. Dejte si též pozor na mraky, mlhu a různé opary.

Máme jasné nebe, nacházíme se kilometry za městem a kolem není ani žádná vesnice. Vybrali jsme si pěknou kompozici s lesem v popředí a Mléčnou dráhou hned za ním… Jak ale dál? Umístěte fotoaparát na stativ, dolaďte ještě kompozici (klidně si pomozte silnou baterkou). Zkuste zaostřit automatikou na nějakou silnou hvězdu. Výsledek zkontrolujte na LCD displeji fotoaparátu (ideálně s maximálním přiblížením). Bohužel ne vždy se toto automatické ostření podaří a vy pak musíte ostřit ručně. Vzhledem ke vzdálenosti hvězd ostřete tzv. na nekonečno.

Při ostření na nekonečno může nastat chyták. Fotograf by si jistě řekl, že stačí prostě přepnout objektiv do režimu manuálního ostření a zatočit ostřícím kolečkem tzv. nadoraz. Může to tak být, ale existují výjimky. Některé objektivy mají jistou „rezervu“. Pokud takto zaostříte, objektiv zaostří ještě dále, než na nekonečno (ať to zní sebevíce divně). Hvězdy jsou pak rozmazané. Ideálně si vyberte silnou hvězdu / hvězdokupu / galaxii, namiřte na ní skrze živý náhled, zvětšete si oblast s pomocí lupy a kontrolujte zaostření.

Zbývá ještě nastavit expozici. Zde je dost pravděpodobné, že prvotní nastavení bude takříkajíc odhadem. Nastavte nejnižší clonu, expoziční čas dle pravidla 500 (vysvětleno o odstavec níže) a citlivost ISO zkuste nastavit např. na hodnotu 800. Zkontrolujte výsledek, klidně využijte i histogram. Poté dolaďte expozici dle výsledného snímku.

Samotné fotografování noční oblohy

Astrofotografie má jedno pěkné orientační pravidlo, kterému se říká pravidlo 500. Zjednodušeně udává, jaký přibližný nejdelší čas můžete s daným objektivem použít, aby hvězdy na nebi nebyly rozmazané. Vzoreček je následovný:

Maximální expoziční čas [s] ≤ 500 / ohnisková vzdálenost objektivu / crop faktor

Astrofotografie: Pravidlo 500

Jak to vypadá v praxi? Vyrazím se svým Canon EOS 7D Mark II fotografovat noční oblohu. Použiji objektiv o ohniskové vzdálenosti 24 mm. Vlivem menšího senzoru má fotoaparát crop faktor ×1,6. Aby byly hvězdy na nebi ještě ostré, potřebuji expoziční čas stejný (nebo menší) jak: 500 / 24 / 1,6 ≈ 13 sekund. Pokud bych použil full-frame fotoaparát (crop faktor ×1) se stejným objektivem, bude maximální expoziční čas přibližně 20 sekund. Díky tomu bych si mohl dovolit o 7 sekund delší expozici, která „nachytá“ na senzor více světla hvězd.

Používejte samospoušť, abyste minimalizovali rozhýbání fotoaparátu dotykem. Také dobře poslouží kabelová spoušť, ale i dálková spoušť. Pokud fotíte zrcadlovkou, doporučuji i předsklopené zrcátko.

Po focení snímek zkontrolujte v hledáčku fotoaparátu. Doporučuji si výsledek zvětšit a přesvědčit se, zdali jsou hvězdy opravdu ostré. Když je obraz příliš tmavý, expoziční čas je na doporučeném maximu a clona už nejde nastavit níže, zvedněte hodnotu citlivosti ISO. S ohledem na objektiv a svítivost hvězd, mohou být tyto hodnoty pěkně vysoké.

Dá se fotografovat i s delším časem, aby nebyly hvězdy rozmazané? Ano dá! K tomu potřebujete paralaktickou montáž, o které je zmínka v textu níže – fotografování galaxií.

Timelapse

Existuje ještě jeden způsob, jak zachytit noční oblohu – s využitím intervalového snímání (timelapse). Je to obdobné, jako v případě výše. Namíříte objektiv k obloze, nastavíte expozici, opět využijete pravidlo 500, ale k tomu zapnete intervalové snímání. Následně stačí snímky zarovnat a sloučit do jednoho.

Každopádně zpět k intervalovému snímání noční oblohy. Je zcela běžné pořizovat několik desítek a někdy i několik stovek snímků. Záleží na čase, který tomu můžete věnovat. Na kapacitě akumulátorů. Samozřejmě také na tom, čeho chcete dosáhnout a jak výkonný máte počítač pro následné zpracování. Každopádně, na internetu najdete mnoho článků a různých návodů, jak na to. Myslím si, že i bez těchto dalších rad je tento článek už tak dost „nabubřelý“. Takže popojedeme dál…

Astrofotografie – fotíme hvězdné dráhy

Astrofotografie je krásná. Nemusíte ale fotografovat jen nehybnou noční oblohu, ale můžete zachytit i pohyb hvězd. Výsledkem toho jsou různě dlouhé světelné dráhy, které zpravidla dobře kontrastují s nehybným popředím (typicky nějakými kopci, horami, stromy, keřem, apod.).

Při fotografování hvězdných drah se v mnohém postupuje stejně, jako v případě výše. Nicméně jsou zde nepatrné odlišnosti. Jednou z nich je použitá technika. Při fotografování hvězdných drah se používají i silnější teleobjektivy. Ty pak např. částečně zabírají nějakou budovu, strom, apod. Kolem těchto objektů pak pohyb hvězd krásně vynikne a díky dlouhému ohnisku nemusíte na jejich pohyb čekat příliš dlouho.

Samozřejmě můžete použít i výše uvedené světelné širokoúhlé objektivy. Každopádně následné fotografování se trochu liší. Pokud chcete dosáhnout opravdu dlouhých světelných čar, ideálně potřebujete dlouhý expoziční čas o hodnotách několika hodin. Za tu dobu se večerní nebe už značně posune. Jenže dlouhá expozice značně konzumuje akumulátor fotoaparátu. Za celý večer uděláte jednu… dvě takové fotografie a hotovo. Navíc dlouhá expozice zvyšuje množství šumu v obraze. Proto se běžně používá finta. Ta spočívá ve vyfotografování několika desítek / stovek fotografií v průběhu noci a jejich následné složení do jedné fotografie. Dobře k tomu poslouží software jako Startrails, StarStaX, nebo známý Adobe® Photoshop®. Vyplatí se používat intervalové snímání (timelapse).

Druhou fintou je pořízení staršího filmového fotoaparátu. Ten s šumem a dlouhou expozicí nemá problém. Stačí jen večer řádně zamířit, zaostřit a před východem slunce ukončit expozici. Není třeba si ani příliš lámat hlavu s citlivostí filmu. Klidně vám stačí ASA (ISO) 200.

Astrofografie Měsíce

Za zmínku ještě stojí fotografování Měsíce, tedy astrofotografie Měsíce. Přes den se naše pohledy často ubírají ke Slunci. Večer je to však Měsíc, který nám osvětluje cestu. Jeho fotografování lze zpravidla pojmout třemi způsoby. Ve dvou případech potřebujete silný teleobjektiv, příp. ještě telekonvertor.

Lze širokoúhlým objektivem fotografovat Měsíc? Ano. Měsíc se pak chová obdobně, jako bodové osvětlení. To má ale své kouzlo. Při úplňku s vyšší clonou se kolem Měsíce vytvoří hvězdička (podle lamel clony) a do popředí můžete např. umístit statný strom. Možná budete nakonec překvapeni, kolik světla Měsíc odráží a jaké stíny pak strom dokáže vrhat.

Každopádně se chci nyní zaměřit na fotografování především samotného Měsíce. K jeho fotografování potřebujete silný teleobjektiv. Uvádí se minimální doporučená ohnisková vzdálenost 200 mm (na full-frame senzoru). Základ je to dobrý, ale lepší je ohnisková vzdálenost 500 až 600 mm. S telekonvertory není problém dosáhnout i větších hodnot. Pozor ale na kompatibilitu telekonvertoru a objektivu!

Nyní k těm dvěma zbývajícím způsobům, jak fotografovat Měsíc. Nejspíše řada z nás začíná fotografováním úplňku. Je v tom vždycky něco magického, když se podaří vyfotografovat Měsíc tak, že zabírá většinu záběru. Při fotografování ovšem počítejte s tím, že se Měsíc na nebi dosti pohybuje. Naštěstí Měsíc v úplňku odráží značné množství světla a tak není problém dosáhnout kratších expozičních časů. I tak doporučuji používat stativ. Také proto, že se silnější teleobjektiv vcelku pronese a po chvíli „lovení“ Měsíce mohou pěkně bolet ruce.

Druhý způsob může být o dost zajímavější, ale náročnější. Měsíc v úplňku je totiž takový „plochý“. Světlo svítí do kráterů a ty nejsou tak atraktivní. Ale když je na nebi vidět menší část Měsíce, snímky kráterů budou o dost atraktivnější. Zkuste vyfotografovat právě je.

Astrofotografie – fotografování galaxií

Výše jsem zmínil tzv. montáž. Co jsem tím měl na mysli? Konkrétně tzv. rovníkovou motorizovanou montáž – paralaktickou montáž (ideálně s naváděcím systémem). Jedná se zpravidla o masivní stativ + zařízení s motorky, které po správném nastavení kompenzuje pohyb Země a tedy otáčení noční oblohy.

Zprvu si jistě vystačíte s klasickými objektivy o ohniskové vzdálenosti 300 mm a více. Pravděpodobně ale později zatoužíte fotografovat přes teleskop. Často se používají čočkové apochromatické refraktory a zrcadlové teleskopy typu Newton. Teleskopy jsou ale těžké a základní rovníková montáž jej nemusí vůbec unést. Doporučuji na to proto myslet ještě před koupí montáže (ať nemáte doma zbytečně dvě). Pro představu, nosnost se pak pohybuje klidně přes 10 kg.

Každopádně zpět k fotoaparátům. Jak jsem psal v úvodu – na fotografování galaxií můžete samozřejmě použít klasické fotoaparáty. Ochudíte se ovšem o některé barvy, které galaxie vydávají. To díky IR + UV filtru, který se nachází před senzorem fotoaparátu. Máte ale dvě možnosti. Buď si pořídit speciální verzi fotoaparátu v „astro provedení“ (např. Canon Ra a Nikon D810A), nebo nechat filtr odstranit a doufat, že se při tom nepoškodí senzor. Takový senzor fotoaparátu pak přijímá mnohem více červeného světla.

Ještě zpátky k optice. Newtony jsou poměrně levné, ale těžké. Aby správně fungoval, musíte jeho zrcadla řádně seřídit. Tomuto procesu se říká kolimace zrcadel. Jo a ještě nesmím zapomenout na komakorektor (korekce komy – optické vady Newtonů). Dnešní článek ovšem není o konkrétním přesném seřizování. Jde o začátky astrofotografie a ujasnění si, co a jak chcete fotografovat. Co se refraktorů týče, práce s nimi je sice snazší, ale jsou celkově dražší. Navíc potřebujete tzv. typ APO, jinak budete mít snímky díky chromatické aberaci u hvězd prakticky nepoužitelné. Každopádně k refraktoru zase potřebujete rovnač pole, který se používá obdobně jako komakorektor.

Ještě něco? Energii! Montáž potřebuje ke svému provozu adekvátní zdroj (zpravidla pulzní zdroj).

Další případné příslušenství + programy

Osobně jsem zastáncem toho, že pokud to jde, mělo by být příslušenství co možná nejméně. Kdo se s tím má tahat a kdo má furt dávat pozor, aby se něco nezničilo a neztratilo. Jenže astrofotografie je plná různých příslušenství a „vychytávek“. Co se tedy např. ještě hodí?

Bahtinova maska pomáhá se zaostřením. Vytvoří totiž z hvězdy (světelného bodu) hvězdičku podobnou těm na fotografii v odkaze. Dále často využijete bajonet T2 a adekvátní adaptér pro váš fotoaparát, příp. různé kroužky pro upevnění fotoaparátu na teleskop.

Každopádně astrofotografie se dá fotografovat nejen s pomocí klasických fotoaparátů, ale i s pomocí speciálních CCD kamer. Těmi lepšími, oblíbenějšími (a dražšími) jsou kamery ZWO s aktivním chlazením. Prodávají se jak v monochromatickém provedení, tak i zachycující barvy. K nim se skvěle hodí nějaký přenosný notebook, který se ke kameře připojuje přes USB rozhraní.

Existuje několik programů, které vám pomohou v astrofotografii s vytvářením snímků. Kromě výše jmenovaných to je např. základní program Deep Sky Stacker (má i českou lokalizaci). Dalším zajímavým je Astro Pixel Processor. Značně pokročilý (a dražší) je PixInsight. Též poslouží ASTAP. Dále existuje RegiStar. Dále je tu Sequator, který dává také pěkné výsledky. S různými funkcemi pro astrofotografii poslouží též Siril. Na závěr, když jsem výše zmínil starý dobrý Photoshop, nesmím zapomenout na Affinity Photo. Ten taky dobře poslouží ve skládání fotografií. Jmenované programy fungují na systému Microsoft Windows, ale nemalou část z nich spustíte jak v Linuxu, tak v macOS.

Osobní zkušenost

Astrofotografie je něco, co mi bylo dlouhé roky zapovězeno a to hlavně kvůli nevyhovujícímu vybavení. Nyní je situace úplně jiná, ale zase mám trochu jiné zájmy i povinnosti a na večerní „potloukání se“ krajinou nezbývá vůbec čas. Každopádně mne astrofotografie docela překvapila (i přes to všechno nové a lepší vybavení). Tak například, stále to není o tom rychle nastavit kompozici, expozici, vyfotografovat pěkné nebe a hotovo. Tedy ne, že by to nešlo, ale pro opravdu pěkně zachycené vzdálené hvězdné objekty to chce něco více. V první řadě jsou to znalosti v seřizování, kalibraci, ostření na jednotlivých druzích teleskopů, ale také množství příslušenství a času, které to všechno zabere.

Další věcí je skládaná expozice. Funguje to po podobně jako funkce potlačení šumu pořízením několika stejných snímků. V podstatě vyfotografujete stejnou věc se stejným nastavením vícekrát + přidáte tzv. „dark frejmy“ (černé snímky) a kalibrační snímky bias a flat. Více o těchto pojmech na adrese nightskypix.com/calibration-frames. Výsledkem je snímek s potlačeným šumem, ve kterém krásně vynikne fotografovaný objekt.

Opravdu velkým překvapením byly problémy s velkým světelným teleskopem. Pominu váhu zařízení, které atakuje 25 kg bez stativu a bez paralaktické montáže. Pominu také cenu lehce pod 100 tisíc. Ale těch věcí kolem… Kvůli váze potřebujete adekvátní paralaktickou montáž. Ta sama stojí prakticky stejně, co samotný teleskop. Do toho potřebujete dražší a kvalitnější komakorektor. Nemluvě o nutnosti přesného seřízení a zaostření, které netrvá několik sekund, ale dlouhé minuty. Bez laserového kolimátoru je to peklo…

Proto úplným začátečníkům zprvu vůbec nedoporučuji teleskopy s velkými zrcadly. Ideálně tedy menší, lehčí, méně světelné – na tzv. osahání si všeho potřebného. Pokud by to nestačilo, až pak bych se uchýlil k drahým a rozměrným zařízením. Ušetří to peněženku a nejedny nervy.

Závěrem

Astrofotografie je opravdu krásný druh fotografie. Nicméně je to trochu něco jiného než fotografování portrétů. Je dobré si předem rozmyslet, co vlastně chcete fotografovat a jak to chcete fotografovat. V opačném případě to může stát dost času, zklamání a nějaké ty peníze.