Ez a hónap, a Mars közelsége miatt, nagyon jó alkalmat biztosít az amatőr csillagászoknak, hogy részletes képeket készítsenek űrbéli szomszédunkról. Amikor a Mars megközelíti a kedvező szembenállást, akkor a látszólagos mérete nagyobbra növekszik, mint a Szaturnusz gömbje. Egy kis világnak látszik sivatagokkal, homályos felületi foltokkal, sarki jégsapkákkal és felhőkkel. A Mars is egy dinamikus világ, állandóan változó időjárással, sarki sapkái időszakosan nőnek és csökkennek, a felszín fényvisszaverő képessége mindig változik - és természetesen, alkalmankénti porviharokkal tarkított.
A Vörös Bolygó tanulmányozóinak dokumentálni kell az ilyen aktivitást, amilyen sokszor csak lehetséges (amikor a Mars megfigyelhető), nem csak a szembenállás körüli időpontban, ami most augusztus 28. Ez felvet egy problémát, mert a bolygó látszó mérete legtöbbször kicsi. A részletek rögzítése nagy nagyítást igényel, ami a képalkotás minoségére nagyon érzékeny, a légkörünk szeszélyes kavargása miatt. A vizuális megfigyelés a legértékesebb ezután is, mivel a szemünk észlelni tudja a részleteket - a gyorsan elreppenő atmoszférikus nyugogodtság pillanatai alatt (ezt hívjuk "jó seeing-nek") - amiket egy vagy két másodperces fotografikus felvételekkel lehetetlen elkapni.
Az utolsó évtizedben egy új technológia keletkezett, ami lehetővé teszi a földi csillagászoknak, hogy a Marsról olyan képeket kapjunk (néha azt meghaladót) mint amit a szemünk is érzékel - a digitális képalkotás.
A seeing legyőzése
A digitális érzékelők fő előnye a bolygókról készített képek esetében, hogy sokkal kisebb kép méretben adnak elfogadható eredményt, mint amit a hagyományos fotózáskor használunk. Ez azt jelenti, hogy az expozíciós idő lerövidíthető, hogy csökkentsük az atmoszféránk nem kívánatos hatásait. Így csapást mérhetünk a seeingre!
Néhány alap tudnivaló
Hogy ezeket megértsük, két szabályt kell észben tartani. Először, a kép mérete a szenzoron csak egyetlen dologtól függ: a távcső tényleges fókusz hosszától (EFL-effective focal length). Egy 8 inches f/10-es rendszer pontosan ugyanazt a kép méretet adja, mint egy 20 inches f/4-es távcső. Az EFL értéke mindkét rendszer esetében 80 inch. Ha a Mars látszó átmérője 20 szögmásodperc (20"), akkor a lineáris átmérője, a következőképp számolható: szorozzuk meg a látszó átmérőt az EFL értékével és osszuk el ezt az eredményt 206,265-tel (a szögmásodperc radiánban mért értéke). Pl. lineáris méret = (20" x 80 inch)/206,265" = 0.008 inch.
A Mars képe a fókuszban egy kis fénypont lehet ezeknél a teleszkópoknál. Hogyan lehet a kép méretét növelni? Az egyik, hogy elzálogosítjuk a házunkat és veszünk egy nagyobb, hosszú fókuszú eszközt. Egy másik módszer, hogy a meglévő optikai rendszerünket valahogy átalakítjuk, hogy hosszabbnak tűnjön. Legtöbbünknek a második alternatíva kellemesebb - projekciós rendszer alkalmazásával növelhetjük az EFL-t.
A másik sarkalatos szabály a képkészítésben az, hogy az expozíciós idő fordítottan arányos a fókuszhossz négyzetével. Ez az ahol a hosszú fókuszhosszért fizetni kell. Hogy ugyanolyan fényességű képet kapjunk, a 8 inches f/10-es teleszkóp esetében 6.25-ször hosszabb expozíciós idő kell mint a 20 inches f/4-es (100/16) esetében. Ez az igazi előnye a rövid fókuszhosszú távcsöveknek.Gyerünk, számoljunk!
Az elektronikus képalkotás esetében, nem kell fáradságos számításokat végeznünk, hogy kiszámoljuk a kép méretét és a projekciós rendszert. Mivel a kép majdnem azonnal megjelenik a képernyőn, és a módosítás gyorsan elvégezhető, ha szükséges. Ez előnyös, azonban tudni kell, hogy hol is kezdjük. A felbontás kiszámításának egyik gyors módja, hogy a mikronban mért pixel méretet megszorozzuk 205-tel és elosztjuk az eredményt a milliméterben mért EFL-lel. Egy 8200 mm EFL-lel rendelkező távcső, amit egy 10 mikron pixel méretű CCD-vel használunk, 0.25”/pixel-es képméretet fog adni – a legtöbb bolygó fényképezéshez nagyon ideális. A chip pixelekben mért hosszát vagy magasságát ha megszorozzuk a képmérettel, akkor a chip látómezejét kapjuk.
Egy 8200 mm-es EFL közel 27 láb. Csak néhány amatőr távcső rendelkezik ezzel a fókusz hosszal.Ennek a felbontásnak az eléréséhez, a távcső EFL-jét kell növelni a létező három módszer valamelyikével.
A Barlow lencse használata, a legkönnyebb módja kép méretének növeléséhez. Az EFL a távcső fókusz hosszának és a Barlow nagyítási faktorának a szorzata lesz. Mivel a kamera érzékelője valamivel messzebb van a lencsétol, mint ahol az okulár lenne, a nagyítás valamivel magasabb lesz, de a legtöbb Barlownál ez elhanyagolható.
Néhány negatív lencsés rendszer, úgy mint az 5x Powermate, lényegesen nagyobb nagyítást ad, mint amit megadtak rá. Az ilyen eszközökhöz dokumentációt is adnak, hogy a nagyítást precízen ki tudjuk számolni.
Az okulár projekcióval nagyobb nagyítást lehet elérni, mint amit általában egyetlen Barlow lencse lehetővé tesz, és ezt a módszert válasszuk, ha a CCD kamerának relatíve nagy pixelei vannak. Ebben az esetben az okulár úgy működik mint egy vetítő lencse, ami az érzékelőre fókuszálja a képet, ami (P) távolságra helyezkedik el a szemlencsétől. Az eredményül kapott kép nagyítása (M) függ még az okulár fókuszhosszától (f):M = (P/f)-1.
Például, ha egy 25 mm-es okulártól 100 mm-re elhelyezünk egy érzékelőt, akkor az (100/25)-1=3 –szoros nagyítási tényezőt ad eredményül. Egy 8 inches f/10-es távcsőből így lesz f/30-as rendszer, 8 x 30=240 inches EFL-lel. Ha a kamerának 10 mikronos pixelei vannak, akkor az 0.34”/pixeles képméretet fog eredményezni.
Bármilyen jó minőségű okulár használható ehhez a technikához. Sok “bolygó fényképész” mikrofilm olvasó vetítő lencséjét használja, mert ezeknek nagyon jó a szín korrekciója. Ezek az olcsó lencsék nagyon sokféle fókusz hosszal kaphatók. Ez lehetové teszi, hogy ugyanazt a beállítást használjuk különféle méretű tárgyak esetén.
Az afokális technika ideális, azokhoz a digitális kamerákhoz, amelyeknek nincs levehető lencséjük. A kamerát állítsuk végtelenre és tartsuk merőlegesen a távcső okulárja elé. Az EFL a távcső nagyításának és a kamera lencséjének a fókusz távolságának a szorzata. A távcső/okulár kombináció ami 200x nagyítást eredményez és egy 25 mm-e kamera lencse 200 x 25 = 5000 mm EFL-t ad.
Digitális fényképezőgépek
Az elmúlt néhány évben, a kézben tartható digitális fényképezőgépek népszerűek és megfizethetőek lettek. Hasonlóan a videokamerákhoz, azzal az előnnyel rendelkeznek, hogy elkezdték őket olyan események megörökítésére használni, mint pl. egy családi összejövetel – így a megvásárlását a csillagász feleségek sokkal jobban tolerálják. Az afokális technikát használva, sok amatőrnek nyílik lehetősége megdöbbento fotókat készíteni a holdról és a bolygókról.
A fényképezőgép fókuszát és expozíciós idejét kézzel is lehet állítani. Szükségünk lesz egy elektronikus (vagy kábeles) kioldóra, hogy a vibrációt minimalizáljuk. A vignettálás, a kép sarkainak a levágása, szintén probléma. Néhány fényképezőgép olyan mértékű vignettálást ad, hogy még egy bolygót is képtelenség lefényképezni. Kevésbé drága fényképezőgép kis átmérőjű lencsével, kisebb optikai zoom tartománnyal gyakran előnyösebb. Az ötlet abból adódik, hogy a lencse átmérője közel azonos az okulár kilépő pupilla méretével. A digitális fényképezőgépekhez is léteznek adapterek, amivel az okulárhoz csatlakoztathatjuk; a fényképezőgép természetesen háromláb állványra is feltehetőés elhelyezhető a megfelelő pozícióba.
Videokamerák
Ezekkel kitűnő képek készíthetők a Marsról. Ehhez a legegyszerűbbek a színes vagy fekete-fehér biztonsági kamerák. Ezeket az érzékeny és kompakt eszközöket általában Barlow lencsés projekcióhoz használják. A kamerából kijövő videojel monitorra és/vagy videomagnóra küldhető. A szalagra vett képet később számítógépre vihetjük, valamilyen videojel rögzítő program segítségével, későbbi feldolgozás céljából. A mars korongjának “beégését” (túlexponálását) megakadályozhatjuk, a kamera jelerősségének és fényességének a kézi szabályozásával.
Fekete-fehér kamerával, próbáljunk meg egy vörös (Wratten #25 vagy #23A) szűrővel képet készíteni a Marsról. Ezek a kamerák általában nagyon érzékenyek a vörös és infravörös fényre, így az expozíciós időre nem lesz jelentőségük, és megfigyelhetjük a bolygó fényes és sötét részei közti kontrasztnövekedést. Színes kamerákkal egy sárga szűrő (#15) hozhat nagyon jó eredményt.
Nézzünk egy kevésbé használt alternatívát. A rögzített lencsés videokamerákkal afokális technikával is tudunk képeket készíteni. Ha a távcsövünk mechanikája nem merev, használjunk háromlábat a vibráció megelőzésére. Léteznek adapterek a kamera okulárhoz csatlakoztatásához, de vigyázzunk nehogy a plusz súly kárt okozzon. Ha lehetséges, valamilyen digitális formában rögzítsük a videókat. A képek így utólag könnyebben rögzíthetők, és feldolgozhatók számítógépen. A digitális képek sokkal tisztábbak és jóval kvantitatívabb mint a film.
Web kamerák
Ezek a kicsi és olcsó eszközök forradalmasították a bolygó fotózást. A rajta lévo chip mérsékelt nagyítást igényel, így gyakran csak egy Barlow az amire szükségünk van. Kell még egy számítógép és valamilyen szoftver amivel a képet feldolgozhatjuk. Amint a kamera a helyén van és összekötöttük a számítógéppel, a színegyensúlyt és az expozíciós időt beállítottuk, lemezre menthetjük a rövid videó felvételünket. A legjobb képeket (frameket – képkockákat) kiválasztjuk, összegezzük és feldolgozzuk. A freeware programok, mint a Registax is automatikusan végrehajtják ezeket a feladatokat, és nagyon szép Mars képeket állítanak elő. Néhány program még megengedi, hogy a képeket kalibráljuk. A video file-ok nagy mennyiségű lemez területet igényelnek. 200 db kép több mint 200 Mbyte helyet is felhasználhat. Egyedi képkockákat “röptében” is elkaphatunk, pl. a Paint Shop Pro program “acquire” funkciójával.
Képösszegzés
A zaj minden elektronikus rendszer velejárója. Egyik fő komponens, a termikus zaj, ami véletlenszerűés egy szemcsés sós és borsos kinézetű képet eredményez. A chip hűtésével, minden 6 Celsius fokos hőmérséklet csökkenés 50%-os termikus zajcsökkenéssel jár. A CCD kamerákat általában termo elektromos hűtőkkel hűtik, néha vízhűtéses hőcserélővel is segítik. A WEB kamerák, digitális fényképezőgépek, és videó kamerák általában nem hűtöttek, így más eljárást kell találni a zajcsökkentésre.
Egyik mód, hogy növeljük a jelet – a jó dolog a képben – az expozíciós idő növelésével. A zaj szintén növekedni fog, de nem olyan mértékben. A zaj mennyisége arányos a jel négyzetgyökével, ha az expozíciót úgy növeljük, hogy a jel négyszeres legyen, akkor a zaj csak kétszerese lesz és a jel-zaj viszony (S/N) egy kettes faktorral jobb lesz. Azonban óvatosak legyünk, nehogy annyira túlexponáljuk a képet, hogy a pixelek telítettekké váljanak. Ez azt okozhatja, hogy sarki sapkák, felhők, és a fényes sivatagi régiók részletek nélküli idomtalan foltok lesznek. A hosszabb expozíció esetén jobban jelentkezik a bolygók képén a seeing káros hatása, így a megfelelő egyensúlyt kell megtalálnunk.
Az összegzés vagy az átlagolás is javítja az egyedi képek jel-zaj viszonyát. Ez egy normál eljárás a nem hűtött kamerát használóknak. Ha a bolygó képeket összegezzük, ügyeljünk arra, hogy elkerüljük a bolygók forgásából adódó foltosodást. Szerencsére a Mars forgás sebessége elég lassú, hogy viszonylag sok képet készítsünk egy 5-6 perces periódus alatt, a foltosodás veszélye nélkül.
Hűtött CCD kamerák
Ezek az alacsony zajszintű kamerák gyakran állítanak elő nagyon jó minőségű képeket a Marsról. Ezek chipje monokróm, és 4096(12 bites) – 65000(16 bites) szürke árnyalatot tudnak visszaadni. A vörös, zöld, és kék (RGB) vagy cián, bíbor és sárga (CMY) színszűrőkön keresztül készített három különálló kép egyesítésével egy színes képet készíthetünk. A pixelek mérete ezekben az eszközökben 6 – 24 mikron között van, és a pixelek száma a chip egy oldalán 192 és 2000-nél több között változik. A Mars leképezéséhez, relatíve kevés (192-320 pixel) méretű chip is elegendő. A pixel átmérő– fontos döntés – függ az alkalmazandó távcsőtől: relatíve kis apertúrájú távcső a kisebb pixel méretből jobban profitál; a nagy pixelekkel rendelkező kamerák megnövelt dinamikájú tartománnyal rendelkeznek és hatékonyan nagy távcsövekkel használhatóak. A trükk az, hogy a pixel méret illeszkedjen az EFL-hez.
Az expozíciós idő, vagy “integrációs idő”, olyan hosszú lehet, amennyit a seeing megenged, de pixel szaturációs szintjének 80% alatt kell maradni, hogy a finom részletek nehogy beégjenek. Nagyobb fókusz arány alkalmazható a Mars esetében, mint a többi külső bolygó esetében, mivel a Mars felületi fényessége közel négyszerese a Jupiterének. Tartsuk mindig szem előtt, hogy kiterjedt objektumok esetében a felületi fényesség számít inkább, mint a látszó fényesség.
Fókuszálás
A CCD-vel való fókuszálás kritikus, és csak nagyon kis hiba engedhető meg. Egy elektronikus fókuszirozó elengedhetetlen. A Schmidt-Cassegrain teleszkópot használók alkalmazhatnak rack-and-pinion vagy Crayford fókuszálót, hogy a kellemetlen kép elcsúszást elkerüljék, ami néha előfordul. A fókuszáláshoz , a CCD kamerának gyors kiolvasási idővel kell rendelkeznie. Nagy EFL értékek esetén, ami a Mars fotózáshoz szükséges, a kis hőmérséklet változások, gyakoribb újra fókuszálást igényelnek. A 3 másodpercnél kisebb kiolvasási idő, nagyos is kívánatos. Kisebb chipeknél a letöltés gyorsabb, de a nagyobbak esetén gyakran használják a “subframe” módot a gyorsabb fókuszálás érdekében.
Az igazi férfi (és nő) színszűrőt használ
A bolygók megfigyelése és fényképezése színszűrőkkel kellemesebb, de a Mars szűrők szinte elengedhetetlenek. A vörös szűrők növelik a kontrasztot, a finom részleteket erősítik, és felfedik a porfelhőket. Mivel a marsi atmoszféra általában átlátszatlan a kék és ultraibolya fénynek, ezért a kék szűrőkön keresztül megláthatjuk a vízjég felhőket és párát, amit máskülönben nehéz detektálni.
Megjegyezzük, hogy még a megnövelt érzékenységű új generációs CCD chipekkel is, a kék fényben való expozíció gyakran elég hosszú, mivel a Mars kékben különösebben nem fényes. Mégis értékes adatokat menthetünk meg a felhőről, néhány átlagos rövidségű expozícióval, amelyekben kevesebb a zaj és így tisztább képet dolgozhatunk fel.
Amikor szűrőt választunk, ellenőrizzük, hogy a kamera gyártója milyen chipet használt, és annak milyen az infravörös blokkolási képessége. Sok zöld, kék, és még az ultraibolya szűrők is átengedik az infravörös fényt, amit a legtöbb CCD érzékel. Igy a vulkánok felett lebegő felhők csodálatos képe helyett, csak a felszíni részleteket kapjuk. Ha szűrőt szeretnénk használni erre a “vörös résre”, akkor valóban vennünk kell egy infravörös blokkszűrőt, hogy együtt használjuk a színes szűrőinkkel.
A legfontosabb, hogy alibráljuk a képeinket egy “flat fielddel” , egy “dark frame” kivonással, és egy “bias” korrekcióval. Ezek egyszerű eljárások és a legtöbb CCD kamera kézikönyvében megtalálható a leírásuk.
Gyakorolni, gyakorolni, gyakorolni
Még modern technológiákkal is, a Mars nehéz célpont tud lenni egy kezdő számára, így az jó ötlet, hogy a technikánkat könnyebb objektumokon csiszoljuk, mint pl. a Hold vagy a Jupiter. Ha a kezdeti eredmények, kevesebbek mint az optimális, akkor ezekkel a gyakorlatokkal biztosan tökéletesíthetjük, és a gyakorlás most sokkal könnyebb, mint amikor a film volt az egyetlen médium.
Az elektronikus képalkotási eljárások azonnal eredményt szolgáltatnak, a technikánk “röptében” módosítható kis idő és pénz ráfordítással. A hatékony gyakorlatok és a részletekre való figyelés, a mai amatőr csillagászt képessé teszi, hogy a szép Mars szomszédunkról csodálatos képeket készítsen.