Я хотел начать астрофотографию.

Давайте предположим, что я хочу сфотографировать планеты, когда они находятся ближе всего к планете Земля, какая планета выглядела бы самой большой по сравнению с телеобъективом? Некоторые планеты меньше, но ближе к планете Земля (Марс), другие - гораздо дальше, но намного больше (как Юпитер), поэтому я не знаю, какую планету легче всего сфотографировать. Я знаю, что 800-миллиметрового объектива с камерой APS-C достаточно, чтобы увидеть некоторые мелкие детали Юпитера, но как насчет других планет?

Поскольку расстояние от Земли до каждой из других планет изменяется из-за орбитальной механики, размер каждой планеты, видимый с Земли, может значительно отличаться. Какая планета самая большая, и порядок относительных размеров часто меняется.

Например, прямо сейчас по состоянию на 1 апреля 2018 года представлены угловые размеры планет с точки зрения Земли:

• Юпитер - 42,69 "(угловые секунды)
• Сатурн - 16,68 "
• Меркурий - 11,27 "
• Венера - 10,59 "
• Марс - 8,49
• Уран - 3,38 "
• Нептун - 3.21

Венера будет проходить Меркурий в размере от 12 апреля 2018.
Марса пройдет Меркурий в размере от 19 апреля 2018.
Марса будет расти больше , чем Венера 7 мая 2018.
Марс будет расти больше , чем Сатурн 18 июня, 2018.
Венера будет Обгон Сатурн в размере 20 июля, 2018.
Венера снова будет больше , чем Марс 15 августа 2018 года
Венера будет расти больше , чем Юпитер , 12 сентября, 2018.
Марс сократится до меньше чем Сатурн 26 сентября 2018.
Венера достигнет максимума в угловом размере в 1'1.33 "(одна угловая минута и 1,33 угловых секунды) 27 октября 2018 года.

К 27 октября 2018 года (менее чем через семь месяцев) список будет выглядеть так:

• Венера - 1'1.33 "
• Юпитер - 31,44 "
• Сатурн - 15,79 "
• Марс - 12,28 "
• Меркурий - 5,70 "
• Уран - 3,73 "
• Нептун - 2,33 "

К середине декабря 2018 года Венера снова станет меньше Юпитера.

В конце июля 2019 года распоряжение о клевании будет выглядеть так:

• Юпитер - 42,68 "
• Сатурн - 18,25 "
• Меркурий - 9,68 "
• Венера - 9,66 "
• Уран - 3,56 "
• Марс - 3,53 "
• Нептун - 2,34 "

Когда она ближе всего к Земле, Венера имеет самый большой угловой размер среди планет, видимых с Земли. В своем максимуме Венера имеет ширину 0,01658 градусов. Это очень близко к одной минутной минуте, которая составляет 1/60 градуса. Венера только больше Юпитера на несколько недель (около 13-14 недель с середины сентября до середины декабря 2018 года) один раз в полтора года или около того. В остальное время Юпитер больше других планет.

К сожалению, когда Венера находится ближе всего к Земле и имеет самый большой угловой размер, это означает, что Венера также находится почти непосредственно между Землей и Солнцем, и большая часть стороны Венеры, обращенная к Земле, темная, а яркое солнце почти непосредственно позади нее. , В очень редких случаях, Венера и орбита Земли совпадают, и Венера проходит прямо перед Солнцем, если смотреть с Земли. Мы называем это событие транзитом . Последний транзит Венеры произошел 5 июня 2012 года. Следующий будет не раньше декабря в 2117 году, за которым последует еще один в декабре 2125 года. Они происходят парами с интервалом примерно в 8 лет, затем существует разрыв, который чередуется между 121,5 годами. и 105,5 лет до появления следующей пары.

_{Большая точка в правом верхнем углу - Венера. Меньшие точки в середине - это солнечные пятна. На дне солнечного диска есть несколько тонких облаков.}

Поскольку Венера и Земля являются внутренними планетами, их относительное расстояние сильно различается. Во время соединения они находятся на расстоянии всего 41,4 миллиона километров друг от друга. В противостоянии (когда Венера находится прямо на другой стороне Солнца от Земли), они находятся на расстоянии 257,757 миллионов километров. На этом расстоянии Венера немного меньше 10 угловых секунд (.16 угловых минут или 0,00278 градусов в ширину).

Юпитер колеблется от 32 угловых секунд в противостоянии до 49 угловых секунд (0,817 угловых минут или 0,0136 градусов) в соединении. Большую часть времени Юпитер больше 40 угловых секунд. Поскольку Юпитер является внешней планетой и в пять раз дальше от Солнца, чем Земля, расстояние между Землей и Юпитером гораздо менее изменчиво, чем в случае с другими внутренними планетами. Это также означает, что, когда Юпитер и Земля находятся ближе всего, Солнце находится на 180 ° с другой стороны Земли, и почти вся часть Юпитера, видимая с Земли, освещена солнечным светом, и Юпитер также является самым ярким, когда его наибольшее.

_{Юпитер, как наблюдалось 21 января 2013 года. В то время его ширина составляла около 44 угловых секунд. Canon 7D + Kenko 2X Teleplus Pro 300 DGX + EF 70-200 мм f / 2,8 л IS II. Изображение на 100%.}

Марс колеблется от примерно 25 угловых секунд (0,00694 градуса) в сочетании с 3,5 угловыми секундами (менее 0,001 градуса) в оппозиции. Это иногда означает, что Марс меньше, чем Уран в противостоянии. Поскольку орбита Марса находится за пределами орбиты Земли, она почти полностью освещена, как видно с Земли, когда она самая большая, и скрыта за Солнцем или очень близко к нему, когда она наименьшая.

Сатурн составляет в среднем около 16-20 угловых секунд (не считая более широкого углового размера кольцевой системы Сатурна), как видно с Земли. Поскольку его орбита почти в два раза больше орбиты Юпитера, разница в размерах между соединением и противостоянием даже меньше, чем у Юпитера.

Другие планеты намного меньше, чем средние размеры перечисленных выше с точки зрения угловых размеров, как видно с Земли. Меркурий (максимум около 10 угловых секунд) и Уран (максимум чуть более 3,5 угловых секунд) могут быть больше, чем Марс, в периоды, когда Марс находится на самом дальнем расстоянии (чуть менее 3,5 угловых секунд). Юпитер никогда не опускается ниже второго места, в то время как Венера может варьироваться от самой большой до пятой по величине (хотя в редких случаях она падает только за четвертую по величине, когда Меркурий и Марс больше Венеры одновременно). Марс может быть где угодно со второго по седьмое место. Обратите внимание, что наиболее изменчивые планеты - это те, чьи орбиты находятся ближе всего к орбите Земли, а наименее изменчивые планеты - это те, чьи орбиты намного больше, чем земная.

В противоположность этому Солнце и Луна находятся на расстоянии около 0,5 градуса, или 30 угловых минут, или 1800 угловых секунд, если смотреть с поверхности Земли. Это в 30 раз больше ширины Венеры в ее ближайшем (и наименьшем освещении в процентах) и в 36 раз шире, чем в Юпитере в его ближайшем и ярком свете.

_{Юпитер слева и луна справа. Обратите внимание на сравнительные размеры. Позже вечером, когда этот снимок был сделан 21 января 2013 года, они проходили в пределах одного градуса друг от друга. В то время Юпитер имел ширину около 44 угловых секунд.}

Конечно, если человек стоит на плоской части Земли, он имеет угловой размер 180 градусов (10 800 угловых минут или 648 000 угловых секунд), что на 360 раз больше, чем у Солнца и Луны!

Обычно Юпитер - самый большой из наблюдаемых с Земли, но в зависимости от орбит он иногда может быть Венерой (в следующий раз в сентябре, а затем в 2020 году).

Этот сайт ответит на детали относительно точной даты: https://www.timeanddate.com/astronomy/planets/distance

Хотя угловой размер Венеры на земном небе больше, чем у любой другой планеты, потому что Венера - низшая планета , наибольшие угловые размеры происходят только тогда, когда Венера находится в направлении Солнца. Юпитер имеет следующий по величине угловой размер, и это происходит, когда Юпитер находится в оппозиции, поэтому он также находится в наиболее хорошо освещенном состоянии (для наблюдателя на Земле). Кроме того, угловой размер Венеры изменяется на порядок по мере того, как она и Земля вращаются вокруг Солнца, тогда как гораздо дальше Юпитер имеет более тонкое изменение от наибольшего до наименьшего диаметра. Это очень очевидно в телескопах и камерах.

Обратите внимание, что у Юпитера есть очень большие особенности (полосы, Большое Красное Пятно ), которых нет на Венере, поэтому, если вам интересно видеть детали, а не пустой круг, то Юпитер может предоставить эти детали. Венера, однако, покажет полумесяц, похожий на фазы Луны, а Юпитер - нет.

Также обратите внимание, что у Юпитера есть четыре очень больших луны , и их очень легко сфотографировать. Таким образом, хотя вы можете или не сможете определить полосы или Большое Красное Пятно на Юпитере, вы, скорее всего, сможете сфотографировать луны и увидеть, как их положение меняется с ночи на ночь. Вам даже не нужно, чтобы Юпитер был в оппозиции, чтобы фотографировать их, они хорошо видны по всей орбите Юпитера.

Например, вот фотография Юпитера, сделанная со сложенными изображениями, снятыми через веб-камеру Logitech, прикрепленную к телескопу:

Источник изображения Включает в себя другие снимки Юпитера, снятые обычными зеркальными камерами Nikon и Canon.

Краткий ответ: Венера показывает самый большой угол, за которым следует Юпитер.

Промежуточный ответ: Рэндалл Манро предоставляет следующую полезную визуализацию (извлеченную из более крупной визуализации по адресу https://xkcd.com/1276/ ):

Длинный ответ: есть некоторые различия из-за относительного положения на орбитах. См. Ответ Уэйна для анимации, которая показывает, как относительные размеры меняются со временем.

Не покупайте это 800mm f / 5.6 еще

Астрофотография с DSLR обычно выполняется либо:

• с быстрой, широкоугольной линзой, чтобы избежать звездных следов .
• или установлен на телескоп с адаптером.

Первый метод отлично подходит для захвата больших структур в небе (например, Млечный путь, Галактика Андромеды, скопления или туманности ...)

Второй может быть использован для планет.

800 мм на самом деле не так уж много для телескопа, а соответствующая апертура на f / 5.6 составляет около 145 мм, что тоже не очень много. 800 мм f / 5.6 огромен, дорог и его трудно использовать для астрофотографии.

Сначала наслаждайтесь визуальной астрономией

Из вашего вопроса я понимаю, что у вас нет большого опыта в изучении планет. Визуальная астрономия может дать вам опыт, необходимый для получения хороших снимков.

Астрофотография сложна и требует много денег, опыта и терпения. Вы должны знать, куда указывать, в какое время и при каких условиях неба.

Есть отличные, доступные любительские телескопы за 250 долларов (например, этот маленький добсон , 900 мм f / 8). Многие адаптеры для астрофотографии стоят намного дороже. Вы можете увидеть каждую планету с ним, деление Кассини на кольцах Сатурна , большое красное пятно на Юпитере, а также спутники Юпитера или МКС . С приличным небом вы можете видеть замечательные объекты глубокого неба (например, Галактика Андромеды, туманность Ориона, двойное скопление ...).

Чтобы изменить увеличение, вам просто понадобится другой окуляр, который гораздо более доступен, чем объективы DSLR.

Переключиться на астрофотографию.

Вы даже можете использовать веб-камеру или DSLR, чтобы делать снимки через телескоп. Вот пример Юпитера с большими красными пятнами, 2 транзитами Луны и Ио:

Он был взят как единая экспозиция с Fuji X100s через добсониан за 600 долларов (1250 мм f / 5). 1/50, f / 4, ISO 1600. Мне нужно было:

• вручную отслеживать телескоп
• вручную сфокусировать окуляр (6,7 мм)
• держите камеру, чтобы она указывала через окуляр
• сфокусировать камеру
• отпустите затвор.

Некоторым астрофотографам-любителям удается делать невероятные снимки планет. Вот несколько примеров .

Так же, как нет «лучшей» камеры или «лучшего» объектива ... нет «лучшего» телескопа - есть просто телескопы, лучше подходящие для определенных задач, чем другие.

Хотя вы, безусловно, можете прикрепить камеру, направить телескоп на планету и сделать снимок, качество этого изображения будет зависеть от многих других факторов (некоторые из которых находятся вне вашего контроля).

Атмосферные условия наблюдения

Из-за очень маленького видимого размера другой планеты, видимой с Земли, качество изображения очень чувствительно к стабильности атмосферы здесь, на Земле. Астрономы называют это «условиями наблюдения». Аналогия, которую я предпочитаю использовать, - представить монету, лежащую на дне бассейна с чистой водой. Если вода все еще остается, вы можете увидеть монету. Если кто-то начинает создавать волны (небольшие волны или большие волны), вид монеты начнет искажаться и колебаться. Та же самая проблема происходит с нашей атмосферой при просмотре планет.

Чтобы создать стабильную атмосферу, нужно убедиться, что вы не находитесь в паре сотен миль от реактивного потока, теплого фронта или холодного фронта. Вы также хотите быть расположены в каком-то месте, где география плоская (и предпочтительно вода), чтобы обеспечить гладкий ламинарный воздушный поток. Горячая земля создаст тепло ... так будет полезна холодная земля (высоко в горах) или осмотр прохладной воды. Также оптические поверхности телескопа должны успеть адаптироваться к температуре окружающей среды. В противном случае изображение не будет устойчивым ... оно будет колебаться и искажать качество изображения.

Теорема выборки

Существует также вопрос увеличения, и в этом есть немного науки ... основанная на теореме выборки Найквиста-Шеннона.

Телескоп будет ограничен в разрешающей способности в зависимости от размера апертуры. Датчик камеры имеет пиксели, и они также имеют размер. Краткая версия теоремы о выборке заключается в том, что датчик должен иметь двойное разрешение по отношению к максимальной разрешающей способности, которую может предложить телескоп. Другой способ думать об этом состоит в том, что, основываясь на волновой природе света, «точка» света фактически фокусируется на чем-то, называемом Воздушным Диском. Размер пикселя датчика камеры должен составлять 1/2 диаметра воздушного диска. Вы бы использовали некоторую форму увеличения изображения (например, проекцию окуляра или линзу Барлоу (предпочтительно телецентрическую линзу), чтобы достичь желаемого масштаба изображения.

Эта теорема выборки помогает вам наилучшим образом использовать данные, которые ваш охват может захватывать без недостаточной выборки (потери информации) или избыточной выборки (тратя пиксели, которые на самом деле не способны разрешить какие-либо дополнительные детали).

пример

Я выберу комбинацию камеры и телескопа в качестве примера.

ZWO ASI290MC - популярная камера для съемки планет. Он имеет 2,9 мкм пикселей.

Формула:

f / D ≥ 3,44 xp

Где:

f = фокусное расстояние инструмента (в мм)

D = диаметр инструмента (также в мм, чтобы единицы были одинаковыми)

p = шаг пикселя в мкм.

По сути, f / D - это фокусное расстояние телескопа, если это проще. Эта формула говорит, что фокусное отношение вашего инструмента должно быть больше или равно шагу пикселя датчика вашей камеры (в микронах), умноженному на константу 3,44.

Если вы подключите номера для 14 "телескопа f / 10 с помощью камеры с 2,9 мкм пикселей, вы получите:

3556/356 ≥ 3,44 x 2,9

Что сводится к:

10 ≥ 9,976

Итак, это работает, потому что 10 больше или равно 9,976. Так что это, вероятно, будет хорошая комбинация.

Оказывается, что моя настоящая фотокамера не имеет 2,9 мкм пикселей ... она имеет 5,86 мкм пикселей. Когда я подключаю эти цифры

3556/356 ≥ 3.44 x 5.86, мы получаем 10 ≥ 20.158

Это не хорошо ... это означает, что мне нужно увеличить масштаб изображения на телескопе. Если бы я использовал здесь 2x барлоу, это удваивает фокусное расстояние и фокусное отношение ... доводя его до 20 ≥ 20,158. Если я не слишком беспокоюсь о ".158", то я это работаю. Но помните, что символ между левой и правой сторонами - ≥ ... что означает, что я мог пойти выше. Если бы я использовал 2.5x барлоу, это увеличило бы фокусное отношение до f / 25, и, так как 25 ≥ 20.158, это все еще допустимая комбинация.

Если вы используете камеру APS-C (предположим, что вы используете одну из множества моделей Canon с датчиком 18 Мп ..., например, T2i, T3i, 60D 7D и т. Д. И т. Д.), Размер пикселя составляет 4,3 мкм.

Предположим, вы используете меньший прицел, например 6 "SCT. Это 150 мм диафрагма и 1500 мм фокусное расстояние (f / 10)

1500/150 ≥ 3,44 х 4,3

Это работает для

10 ≥ 14,792

Этого не достаточно ... вы получите лучшие результаты, используя 1,5-кратный или более сильный удар.

Lucky Imaging (с использованием видеокадров)

НО ... прежде чем вы выбежите и купите линзы Барлоу (и в идеале ... телецентрические экскаваторы, такие как TeleVue PowerMate), вероятно, лучше рассмотреть другую камеру и избегать использования традиционной камеры с сенсором APS-C.

Планета крошечная. Он будет занимать только очень маленькое пятно в центре камеры. Таким образом, большая часть размера датчика теряется.

Но более того ... достижение идеальных атмосферных условий немного похоже на выигрыш в лотерею. Не то, чтобы это никогда не происходило ... но это, конечно, случается не очень часто. В зависимости от того, где вы живете, это может быть крайне редко. Конечно, если вы оказались высоко в пустыне Атакама ... это может быть ваша ежедневная погода.

Большинство планетарных формирователей изображений не захватывают отдельные изображения. Вместо этого они захватывают приблизительно 30 секунд видеокадров. Они на самом деле не используют все кадры ... они просто получают небольшой процент лучших кадров, и они используются для укладки. Эту технику иногда называют «счастливой визуализацией», потому что в конечном итоге вы отбрасываете большинство неверных данных ... но в течение дробных моментов времени вы получаете пару четких кадров.

В зеркальных камерах, которые могут записывать видео, обычно используется технология сжатого видео с потерями. Это нехорошо, когда вы просто хотите несколько хороших кадров. Вам нужны полные кадры без потерь (предпочтительно видео в формате RAW ... такие как формат .SER). Чтобы это работало, вам нужна камера с довольно высокой частотой кадров видео. Камеры, которые могут делать видео через глобальный электронный затвор, идеальны ... но и немного дороже.

Прежде чем я продолжу ... важное примечание: я буду использовать конкретные модели камер в качестве примеров. ZWO ASI290MC является очень популярной камерой для планетарного изображения на момент написания этой статьи . Вполне вероятно, что в следующем или следующем году ... это будет что-то еще. Пожалуйста, не забирайте сообщение о том, что вам нужно купить марку / модель камеры _____. Вместо этого возьмите с собой идеи о том, как выработать важные функции, которые делают камеру лучше подходящей для получения планетарных изображений.

ASI120MC-S - бюджетная камера, способная снимать кадры со скоростью 60 кадров в секунду. Он имеет размер пикселя 3,75 мкм. 3,44 x 3,75 = 12,9 ... так что вы бы хотели прицел с фокусным соотношением или лучше, чем f / 13.

Это то, что делает ASI290MC таким хорошим выбором ... он имеет скорость захвата 170 кадров в секунду (при условии, что ваша USB-шина и память на компьютере могут поддерживать скорость) и небольшой шаг пикселя всего 2,9 мкм (3,44 x 2,9 = 9,976, поэтому хорошо работает на ф / 10)

обработка

Захватив кадры (а для Юпитера вы хотите, чтобы кадры оставались до 30 секунд), вам нужно обработать кадры. Кадры обычно «укладываются» с помощью программного обеспечения, такого как AutoStakkert. Вывод этого, как правило, переносится в программное обеспечение, которое может улучшить изображение с помощью вейвлетов, таких как Registax (кстати, AutoStakkert и Registax являются бесплатными приложениями. Есть также коммерческие приложения, которые также могут это делать).

Это выходит за рамки ответа. Существует множество учебных пособий по обработке данных (и это становится немного субъективным - что на самом деле не является целью Stack Exchange).