En guide til astronomi

Hva er astronomi?

Astronomi kommer fra greske astér nómos og kan oversettes til stjernenes lov og ervitenskapen om himmellegemene og verdensrommet. Astronomien studerer alt fra planeter, solsystemet, stjerner, galakser og hele universet. Astronomi deles inn i flere grener som delvis griper inn i hverandre. Astrofysikk behandler himmellegemenes og den interstellare materiens kjemiske natur, opprinnelse, utvikling og slektskap. Astrometri beskriver himmellegemenes stilling og posisjonsforandring på himmelkulen. Celest mekanikk beskriver bevegelse og påvirkning fra gravitasjon og har stor betydning i romfart. Til slutt har vi kosmologi som er læren om universets opprinnelse, struktur og utvikling og er sterkt knyttet til partikkel- og kjernefysikk.

Ved å ha astronomi som hobby, benytter vi oss av kunskapen i disse grenene av astronomi, gjerne uten å helt forstå hva og hvordan. Det meste vi kan se av stjerner, med det blodte øye, befinner seg i vår egen galakse Melkeveien. Vi kan se for oss at vi midt i et papirark, mens resten av arket er stjernene og tåkene vi kan se. Dette gjør at vi har mye mer å se i visse retninger, og i halvkulene over og under “arket” er det vesentlig mindre. Ved å vite at en jord-rotasjon er på ca 56 minutter, så kan man forstå at stjernene flytter seg på himmelen over tid og på grunn av dette, deler inn året i sesonger. Det har med at Melkeveien(“arket”) holder seg nært horisonten mens vi har natt og mørke. Sesongene er sommer konstellasjoner, 2 galaksesesonger (vår og høst) og vinter konstellasjoner.

Kilde: Store norske leksikon

 Astrofotografering

Astrofotografering kan være veldig utfordende, selv om det skiller seg ikke så veldig mye fra visuel observasjon. De største forskjellene er at ved fotografering, av fjerne objekter som tåker og galakser, kreves det veldig stor nøyaktighet i oppstillingen av montering og stativet og at det gjerne brukes et system for automatisk guiding. Ved astrofotografering bør du ha et kamera med mulighet for fullstendig manuelle innstillinger, men du også kan bruke telefonen din. Det finnes adaptre som lar deg montere telefonen forran okularet, slik at du tar bilder gjennom det. Det mest vanlige er å ha et adapter som gjør at du kan koble teleskopet til dslr-kameraet som et vanlig objektiv. Dette adapteret kalles en t-ring. De beste bildene får en ved å bruke et dedikert astrokamera. Disse gir lite støy på bildefilene fordi de er laget med tanke på lange eksponeringstider og har gjerne en form for kjøling direkte koblet til bildebrikken. Enten det er passiv kjøling med kjøleribber og eventuelt ei vifte eller om det er aktiv kjøling med peltier varme/kulde veksler og vifte. Når bildebrikken er aktiv og kameraet leser data fra den, utvikler brikken varme som igjen fører til elektronisk støy på bildene. Dette vil vi helst unngå. I motsetning er bildebrikken i et dslr-kamera er innbygd i kameraet og klarer ikke å frigjøre varmen like effektivt.

Jeg har delt inn astrofotografering i 3 grener.

Planeter

Ved fotografering av planeter og månen vil du normalt ikke behøve mer avansert utstyr enn det som kreves ved visuel observasjon. Men også her er det viktig med optikk av høy kvalitet. Det er også mulig å få kjøpt adaptre som gjør at du kan feste telefonen din ved okularet og bruke den til å fotografere eller ta video med. Og ved hjelp av en barlow linse behøver du heller ikke volsomt med fysisk fokallengde for å klare å ta bra bilder av planetene. Hvis du tenker på å ta bilder av planetene, kan et guidekamera være tingen. Disse brukes normalt til å guide teleskopet, men kan fint brukes til å ta bilder av planetene. Dette er fordi bildebrikken på disse kameraene er veldig små og dekker et mindre felt av ringen av lys som teleskopet danner.

Når vi fotograferer både planetene og månen trenger vi ikke så lange eksponeringstider. Et godt utgangspunkt kan være å starte med 1/13sek ved 800ISO for så å eksperimentere ut fra det. Ved så korte eksponeringstider er ikke støy et like stort problem og du kan også ta mange flere bilder i løpet tiden du bruker. Dette gjør at du kan lettere kan få et “lucky shot” der atmosfæriske forvregninger spiller på ditt lag. Atmosfæriske forvregniger blir lettere mer tydelige ved korte lukkertider.

Melkeveien

Å fotografere Melkeveien er den type astrofotografering som krever minst av utstyr. Du kan kanskje allerede ha det som trengs, et godt kamera, et kjapt vidvinkel objektiv og en stødig tripod er i utgangspunktet det du trenger. Fordelen med et vidvinkel objektiv, er at det er mer tilgivende med tanke på vibirasjoner og bevegelse. Stjernene er i bevegelse over himmelen og når stjernene er fremme, er det jo mørkt og en trenger lengre lukertid og eller høyere ISO. For å finne ut hvor lang lukkertid du kan bruke, kan du benytte 500 regelen. Den er enkel, du tar 500 og deler på fokallengden på objektivet, men du må huske å korrigere for bildebrikke mindre enn fullformat. Har du et kamera med asp-c(DX på Nikon) må du bruke “crop” faktoren for ditt kamera. Vet du ikke hva den er, søker du bare etter ditt merke og modell, f.eks. “Nikon D7000 crop factor” og da får du 1,5. For å rekne med 500 regelentar jeg utgangspunkt i mine to Nikon kameraer, D850 og D7000. Du tar da 500 delt på mm f.eks. 24mm som blir 20,8 og er da antall sekunder eksponeringstid for D850 som er fullformat. Med et Nikon D7000 blir reknestykket 500/(24mmx1,5=)36mm=13,8 sek. Det betyr at jeg kan bruke 20-21 sek i eksponeringstid på D850 og 13-14 sek på D7000 med et 24mm objektiv før stjernene begynner å bli ovale og videre lage stjerne spor(star trail). Jeg vil også anbefale å steppe inn blenderen et trinn eller to fra største blenderåpning. Dette har med at objektivene fungerer mer feilfritt og skaper et bedre bilde.

Hvis du ønsker å virkelig få med de mer lyssvake stjernene og det mørke støvet i melkeveien, bør du vurdere enten ei lita motorisert equatorial montering eller en sky tracker. De gjør at du kan følge stjernenes bane over himmelen og forlenge eksponeringstiden vesentlig og samtidig redusere ISOen. Lavere ISO gir bedre bilder i form av både mindre støy og korn i bildene og med veldig kort fokallengde kan du bruke virkelig lange eksponeringstider. Her er det bare å eksperimentere med forskjellige tider, blenderåpninger og ISO. Men start gjerne med ISO på 400-800 blenderen på F/4 og 30-60sek, og merk deg at høyere ISO gjør ikke at du slipper mer lys inn til bildebrikken, men forsterker lyset som allerede er registrert på brikken. Det er bedre å bruke tiden til å slippe inn mer lys. Hvis du allerede har et teleskop med motorisert equatorial montering, kan du kjøre kameraet “piggy back” på teleskopet. Det betyr at du monterer kameraet oppå teleskopet og bruker et vanlig foto objektiv og det gjør at kameraet følger bevegelsen til teleskopet. Har du i tillegg et guide system på teleskopet, vil du få virkelig bra bilder av Melkeveien. Du kan også ta mange bilder av Melkeveien for så å stable de i et program som er spesielt laget for det. Det er med på å eliminere støy i det ferdige bildet, men det vil jeg snakke mer om litt senere.

Så da gjenstår det bare å finne en skikkelig bra forgrunn du kan kombinere sammen med melkeveien. Om du enten bruker kamerat på en tripod eller har en form for motorisert tracking montering.

Deep sky

Deep sky astrofotografering er det jeg har drevet mest med. Det er også den formen for astrofotografering som krever mest både av deg, utstyret og tid. For her snakker vi om eksponeringstider på både 5 og 10 minutter, ja minutter ikke sekunder! Her egner ikke alt. azimut og gaffelmonteringene seg på grunn av måten de beveger teleskopet på. Bevegelsen til disse monteringene, selv om de er komputerstyrt, gjør at stjernene i bildefeltet vil få “star trailing” og den blir værre jo lengre ut mot bildekanten du kommer. Det er fordi disse monteringene ikke roterer teleskopet, men flytter det sidelengs og opp og ned for å følge stjernenes bane. Equatorial monteringen derimot, den roterer teleskopet med himmelen.

Men det er ikke nok å ha en equatoria montering, den bør også fungere godt, ha lite dødgang, være presis og ha god vekt kapasitet. For i tillegg til teleskopet, skal den også håndtere vekten av et guide teleskop, guide kamera og et kamera for å ta bilder. Og du vil kanskje oppgradere teleskopet med tiden, og da er det greit å slippe å kjøpe både teleskop og montering på nytt.

I tilegg til et godt teleskop og en god montering trenger du også et guide system. Det er enkelt forklart et lite telekop, montert parallellt med hoved OTAen, med et lite guide kamera som er koblet til en pc som har et autoguide program, pcen må i tillegg være koblet til monteringen, enten gjennom guide kameraet(som har en dedikert port til det) eller direkte fra pcen. Guide systemet vil ligge å følge med på bevegelser til en stjerne og sende korreksjonspulser til monteringen, slik at stjernen kommer tilbake på samme plass.

Når du har godt utstyr så er det din tur til å gjøre en god jobb. Du kan godt gjøre første del av jobben i dagslys, hvis du er sikker på at været holder seg. Du starter med å sette opp tripoden med riktig side mot nord. Det er viktig at den står på et solid underlag, bruk gjerne teglsten, belegningssten eller lignende hvis du setter opp på et mykt underlag som f.eks. ei plen. Videre er det å avvatre tripoden godt veldig viktig. Snu vateren 180grader i alle aksene du måler for å være sikker på at vateren ikke er feil. Hvis boblen heller mot streken på den ene siden først også snur du vateren og boblen heller mot streken på motsatt side, har vateren en feil(er boblen like lang fra midten på begge sidene er tripoden i vater, selv om vateren har en feil). Hvis du da måler bare med den ene siden vil du ikke få tripoden i vater. Når tripoden er perfekt oppstillt, kan du sette på monteringen. Alt. aksen på monteringen stilles inn etter lengdegraden du bor ved, for min del er det 63 grader nord, juster boltene som stikker ut mot nord/sør til skalaen på siden viser ca din lengde grad. Til slutt setter du på motvekt og teleskopet. Vær påpasselig med å sette på motvekten før OTAen og sørg for at motvekten er langt nok ute til å være tyngre enn OTAen. Hvis du er uheldig kan klutchen være litt løs og når du setter på tuben, og den er “tyngre” enn motvekten, og slipper den vil den snu seg rundt og treffe tripoden og skades og/eller forskyve kollomeringen. Når alt er montert, med alt utstyret som skal brukes, er det på tide å balansere alt.

Først løsner du klutchen for RA-aksen(pass på å støtte OTAen av samme årsak som ved montering), snu teleskopet 90grader den ene veien(så det kommer øst eller vest for tripoden) og slipp forsiktig. Hvis teleskopet siger mot nord, flytt motvekten lengre ut, hvis det siger mot sør, flytt motvekten lengre inn. Gjerne gjør ballanseringen her litt øst tung i forhold til hvor du skal fotografere. Skal du fotografere mot øst kan motvekten sige svakt mot nord og motsatt mot vest. Når du har ballansert RA, så er det DEC sin tur, med teleskopet øst eller vest for tripoden. Har du en newtonian OTA, vri OTAen i ringene slik at kameraet vender inn mot monteringen, hvis ikke får du aldri teleskopet i ballanse. Nå ballanserer du newtonian OTAen mens den peker rett opp, det gjøres ved å vri tuben i ringene til den er i ballanse. Videre gjelder alle teleskoptyper. Da snur du teleskopet til å peke vannrett og justerer teleskopet med dovetailbaren frem og tilbake i festet på monteringen. Refraktorer og Cassegrain bør være litt kameratung, en newtonian bør være speiltung. Dette er for at motorer og drivverk skal jobbe rett og ikke få slakke å jobbe med. Ved hjelp av en app som heter PS Align Pro kan du gjøre en grov polar sammenstilling av monteringen.

Så er det bare å vente på mørket for å få gjort en skikkelig polar sammenstilling. Også her er det viktig å gjøre en god jobb og ta seg god tid. Det finnes flere metoder for å sammenstille monteringen perfekt, den enkleste er å bruke et polarscope. Dette monteres i DEC-aksen, de fleste monteringene har plass for dette og noen er også inkludert et. Desverre er ikke denne metoden helt nøyaktig, men den fungerer som regel godt nok med et guide system. Til slutt legger du inn sted, tid og dato i håndkontrolleren og gjennomfører en stjernesammenstilling før du er “good to go”. Vær oppmerksom på at kvaliteten på bildene vil være veldig avhengig av at du gjør en skikkelig god jobb med oppstilling og ballansering. Hvor nøyaktig parallellt guide teleskopet er med hovedteleskopet, spiller også en rolle, men ikke like mye som resten.

Teleskopet er nå klart for å finne objektet du har planlagt, og her har du flere metoder for å finne det du ønsker. Du kan gjøre det helt mauelt med å stjerne hoppe deg frem til objektet, men dette er veldig tidkrevende. Du kan bruke håndkontrolleren for å gå til objektene, de har gjerne store databaser med koordinater til flere tusen objekter. Her er det viktig du har vært nøyaktig i stjerne sammenstillingen for at objektet, du prøver å gå til, dukker opp i bildefeltet. Stellarium er et gratis planetarium program som også er enkelt å bruke, jeg vil ta for meg programmene litt mer i detalj senere. Hvis du har koblet pcen direkte til monteringen, kan du koble til monteringen med stellarium og bruke det for å finne objekter. Også her er stjerne sammenstillingen viktig, men du kan først gå til en kjent stjerne nær objektet for så å sentrere den manuelt og så synke teleskopet med stellarium. Den måten jeg bruker er gjennom gratis programmet Astro Photogrphy Tool(APT). Også her må teleskopet være koblet direkte til pcen for at det skal fungere. Programmet har innbygd kommunikasjon med et program for Plate Solving(suprise! Det er også gratis!) APT snakker også med Stellarium, slik at du først kan finne objektet der for så å hente det inn i APT, også bruker APT plate solving for å sentrere objektet midt i bildefeltet. Nå er det bare å starte guidingen og vente etpar minutter på at den er stabil. Guidingen vil jeg også ta for meg senere.

For å ta bilder vil jeg anbefale en eller annen for for fjernkontroll. Hvis du bruker utløserknappen på kameraet, vil du skape vibirasjoner som tar litt tid før de setter seg. Du risikerer også å skyve teleskopet ut av kurs og forstyrre stjerne sammenstillingen. Fjernkontrollen bør også kunne få kameraet til å ta bilder på tider lengre enn 30 sek. Det beste er en form for automasjon og der er APT veldig bra. ATP snakker med PHD2 som er et guide program og kan gi kommando om “dithering”. Det er at guide programmet vil flytte bildefeltet en piksel eller to mellom hver bilde. Dette sørger for at hot og cold piksler blir tatt bort når du stabler bildene senere. Videre kan du sette opp ATP til å ta flere serier med bilder med forskjellige eksponeringstider og ISO. Du kan også få ATP til å ta bilder av flere objekter, så fremt du har annen strømforsyning til kameraet enn batteri.

Hvor mange bilder skal man ta, og på hvilke eksponerings innstillinger? Du bør legge opp til at du får til over 2 timer med eksponeringstid pr objekt du tar, og helst opp mot 10 timer. Tar du for eksempel 5 minutters eksponeringer, så bør du ha minst 24 bilder og helst over 100. Det er tidkrevende og derav jeg anbefaler en annen strømkilde enn batteri til kameraet. Har du et dslr kamera, begynner brikken å bli varm når en kommer til 5 minutters eksponeringstid, så det er å anbefale å teste ut hva kameraet klarer. Det er en fordel å kunne ta 10 min ved 800ISO fremfor 5 min ved 1600ISO siden ISO kun er en forsterking av data som allerede er lest av bildebrikken. Når data blir forsterket blir også støy det, men kameraet kan også produsere mer støy ved lange eksponeringstider enn ved halvering av tiden og dobling av ISO. Fasiten er egentlig å prøve seg frem på hva kameraet klarer. Vær obs på at dette tar tid, LANG tid. Først skal du ta bildene, så skal du stable bildene og behandle de før du ser resultatet. Men du kan bruke sorte bilder for å teste hvor mye støy som produseres. Disse tar du ved å dekke til teleskopåpningen med dekselet og ta bilder mot et mørkt område. Prøv å ta en serie bilder på hver av ISOene 800, 1600 og 3200, start hver serie på 60sek og øk med 60 sek for hvert bilde til du har kommet til 600sek. Bruk redigeringsprogrammet du bruker, øk eksponeringen maksimalt og sammenlign bildene for å se hvor mye mer støy det er på 600 sek kontra 300sek. Slik kan du danne deg et bilde på hva du bør gå for. Når det gjelder eksponeringstid og ISO er det litt avhengig av hvilket objekt du tar bilde av. Men stort sett vil 300sek og ISO 1600 eller 600 sek og ISO 800 fungere godt med et dslr kamera. Tidene du ser andre bruker, kan du gjerne ta med en klype salt. Det kan være at de har brukt et veldig godt CCD-kamera og de håndterer høy gain(nesten som ISO) veldig godt. Tar du bilde av lyssterke objekter slik som Andromeda galaksen eller Orion tåken, kan du godt korte ned eksponeringstiden ganske kraftig. Når du omsider har tatt de 50 bildene av Pinwheel galaksen, så er du neste halvveis i å ta bilder, for da har du igjen kalibreringsbildene.

Kalibrerings bilder

Når du tar digitale bilder, så vil det alltid være støy i de. Selv på mitt Nikon D850 er det støy på bilder som taes på ISO 100 og 1/8000. Hvis du tar kun mange “vanlige”(lights) bilder av stjerner, tåker og galakser og stabler de i Deep Sky Stacker(DSS), så vil sluttbilde inneholde ganske mye støy. For å eliminere mest mulig av denne støyen, så bruker vi dither mellom bildene og så tar vi det som kalles for bias(også kalt offset) og darks. Dette gjøres enkelt med å ta bilder med teleskopet tildekket(enklest med teleskop deksel). Bias bilder taes ved samme ISO som lights og ved kameraets kjappeste lukkerhastighet. Darks må ha akkurat samme eksponering, temperatur og bildestørrelse som lights. Disse filene skal hjelpe DSS med å fjerne støy, bias tar bort elektronisk støy som kommer ved kameraets prosessering av bildene mens darks tar støyen fra høy ISO, lang lukkertid og høy temperatur. Bilder tatt ved veldig lav temp midtvinters inneholder mindre støy enn bilder tatt i varmen midtsommers, derfor bør darks være tatt ved ca samme temperatur som lights er. Jeg opparbeider meg en katalog med darks der jeg har et sett med darks for hver lukkertid, ISO og for hver andre grad. Darks kan gjerne være tatt rett etter sesjonen med lights er ferdig.

Neste på lista er flats og dark flats. Flats vil til en viss grad korrigere vignetering på bildene og de vil fjerne spor etter støvpartikler som kan være på bildebrikken eller optikken. Flats bør oppdateres jevnlig, da støv kan flytte på seg og nytt støv kan legge seg på andre plasser. For å få gode flats er det en fordel med enten en helt skyfri himmel, eller ei helt hvit t-skjorte og en kraftig lyskilde. Hvilke eksponerings instillinger du trenger, avhenger av hvor kraftig lys du har. Men det er viktig du har kameraet i manuel, slik at eksponerings instillingene ikke endrer seg. Du kan bruke automatikken for å finne rett eksponeringstid. Vend teleskopet mot den blå himmelen eller tildekket mot lyset, velg en ISO, still kameraet i auto, eksponeringskompenseing på +2 trinn og les av hvilke instillinger kameraet vil eksponere på. Still så kameraet på manuel og disse instillingene og ta bilder. På histogrammet i f.eks lightroom(eller annet redigeringsprogram) bør hovedsøylen være 2/3 til høyre. Dark flats er for å kalibrere flats bildene og taes på samme måte som vanlig darks, samme temp, tid, ISO og brikkestørrelse som flats.

Hvor mange kalibreringsbilder bør man ta? Det er det vel like mange “fasiter” på som astronomer. Jeg praktiserer å ha ca 30-50 av hver type og synes det fungerer godt. Jeg vil anbefale å ha minst 10 av hver.

Behandle bilder

Når du har tatt alle bildene er det på tide å prosessere de. Her er det virkelig mange veier til Roma og mange forskjellige programmer en kan benytte litt mer om noen av programmene vil jeg snakke om siden. Det å prosessere bildene kan først virke litt skremmende, men fortvil ikke, det er forholdsvis enkelt og du gjør lurt i å ta små skritt. Uansett hvilke programmer du bruker, er prosessen den samme. Gå gjennom lights bildene og sortere ut dårlige bilder som kan ha skyer, spor etter fly og satelitter eller andre uønskede dårlige bilder. Husk at selv om du ikke ser det objektet du har fotografert, er ikke bildet ubrukbart! Så må du kalibrere lights og flats bildene, kalibrere og stable bias, darks og dark flats i master filer “renske” flats bildene for støy med master dark flat, renske lights med master-bias, -flat og -dark, registrere lights bildene, og til slutt stable lights filene. Flere programmer, som DSS, gjør disse trinnene automatisk(bortsett fra å sortere ut dårlige bilder). Når du så har et stablet bilde er det på tide å “strekke” det. Bildet vil være nesten helt svart med noen få stjerner, fortvil ikke, det er fortsatt mye informasjon i bildet og det er her den store forskjellen fra vanlig fotografering ligger. I vanlig fotografering er det ønskelig å fotografere så nært sluttresultatet som mulig, men i astronomi vil det føre til veldig mye støy på bildet. Når du foretar den siste prosesseringen av bildene, er det lurt å ta deg god tid og ta det stegvis. Start med å bruke levels og RGB-fargekanalene til å gi himmelen(bakgrunnen) riktig farge. Bruk kurver (f.eks. i Photoshop) til å trekke opp lysstyrken i bildet “bittelitt” bruk levels til å få himmelen tilbake til svart. Gjenta kurver og levels til du er fornøyd, men pass på, det er lett å strekke bildet for langt og det blir ikke pent. Når du har strukke bildet kan du gi det en ekstra “punch” med saturering. Og vips så har du forhåpentligvis et vakkert bilde!

Når det kommer til behandling av astrobilder, vil jeg virkelig anbefale å se videoer på YouTube for å lære deg de programmene du bruker til å behandle slike bilder. Jeg har prøvd kombinasjonen Deep Sky Stacker og Photoshop, det er en fin plass å starte. Men bruker du andre programmer for bilderedigering kan du fint bruke det sammen med DSS. Vil du ta steget videre er Pix insight et virkelig kraftfult program, men det koster deretter. En mellomting er Astro Pixel Processor(APP).

Når bildet er prosessert er du klar for å vise mesterverket ditt for verden! Instagram neste! Bruk gjerne hashtagen #astronomihagen, så får jeg se hva du har oppnådd.

 Remote teleskop

Har du det slik som meg, at du bor såpass langt nord at det fra mars/april til august/september er så lyst på natta at det ikke nytter annet enn å kanskje få noen lyse bilder av månen? Eller du bor kanskje i Bergen eller Trøndelag som er beryktet for mye regn? Fortvil ikke, det finnes en rekke med teleskoper som er fjernstyrte. Jeg har prøvd iTelescope.net men det er flere tilbydere som fungerer på samme måte. Fordelene med slike teleskopsystemer er blandt annet at teleskopene er plassert høyt oppe i fjellene. Der er det lite med skyer, det er mye mindre atmosfære teleskopet må se gjennom, de er langt fra byer og andre kilder til lysforurensning. Den beste fordelen er at hele systemene er av så god kvalitet at de brukes av forskere. Bildet som er bakgrunn øverst i denne guiden er tatt med et teleskop fra iTelescope.net. Det er en enkelt eksponering og det viser hvor høy kvalitet og lite støy kameraene produserer. Mange av monteringene til teleskopene er også så presise at guiding ikke er tilgjengelig før eksponeringer over 300sek(5min) og filtrene er laget av glass av ypperste kvalitet. Det negative med disse systemene er at de er av så god kvalitet at de blir relativt kostbare i bruk.