Михаил ПРОКОПЕНКО

Люди, которые никогда не занимались астрофотографией, часто довольно скептически смотрят на энтузиастов фотографирования неба. И, надо сказать, скептики рассуждают логически правильно. Вроде бы правильно.

Сюжетов для фотографирования и на земле бесконечно много. Знай только проявляй творческую фантазию. А на небе выбор объектов все-таки довольно ограниченный. И фотографии получаются сравнительно однообразные, у кого-то лучше, у кого-то хуже.

Вроде бы все и так, да не совсем. Потому что любовь логике не подвластна. А те, кто «заболел» астрофотографией, знают, почему они посвящают ей столько сил и времени. Хотя казалось бы, зачем? Ведь лучше фотографий, чем с космического телескопа Хаббл все равно не получишь. И тем не менее.

Фотографирование объектов ночного неба – это тема на самом деле очень обширная и увлекательная. Сейчас же поговорим о фотографировании единственного (почти) объекта дневного неба – звезды Солнце. И возьмем, казалось бы, наиболее скучный случай. Будем фотографировать Солнце с помощью обычного цифрового зеркального фотоаппарата Pentax K100D Super с объективом Pentax FA-J 75-300mm при фокусном расстоянии 300 мм. Причем фотографировать будем тогда, когда на Солнце нет пятен вообще. Бессмысленное занятие? Посмотрим, посмотрим.

Потом сделаем еще одну фотографию через телескоп Meade LX200 той же зеркалкой Pentax K100D в белом свете, но уже при наличии пятен на Солнце. Фотографировать будем через солнечные защитные фильтры, естественно. Затем Солнце послужит нам объектом исследования. И, кстати, фильтры тоже будут для нас объектами исследования. Итак, за дело.

Стеклянный апертурный фильтр с металлическим покрытием
И фотографические, и визуальные наблюдения Солнца невозможны без защитных фильтров. Защищать нужно глаза, матрицу фотоаппарата, сам телескоп. Без фильтров наблюдать Солнце категорически нельзя! Матрицу можно в крайнем случае и заменить, а вот ослепший глаз не заменишь. Солнце, как и горы, ошибок не прощает.

Что нам нужно от фильтра? Ослабление света в видимой, инфракрасной и ультрафиолетовой области спектра как минимум в 100 тысяч раз. Инфракрасную и ультрафиолетовую области спектра желательно отсекать вообще. В видимой области ослабление должно быть по возможности равномерным. Фильтр должен быть нейтральным, не вносить окраски в полученное изображение.

У нас такой, или почти такой, фильтр есть. Закрепляем его перед объективом фотоаппарата Pentax K100D. Фокусное расстояние 300 мм, баланс белого – дневной свет, экспозиция подбирается фотоаппаратом. Фокусировка в ручном режиме «на бесконечность». Делаем серию фотографий, отбираем самую удачную. Видно, какую часть кадра занимает солнечный диск при фокусном расстоянии 300 мм. Материал для работы есть. И первый вопрос, который мы поставим перед собой – какого цвета Солнце?

Какого цвета Солнце?
Для удобства работы обрежем черные края кадра. Цвет Солнца явно желтоватый. Почему? В обычных условиях, в ясный погожий день нам кажется, что Солнце льет на нас белый свет. Но это только кажется. Такая необходимая при фотосъемке вещь, как установка баланса белого цвета, реализована и нашим глазом, вернее, мозгом.

Вообще, восприятие цветов человеком процесс отнюдь не простой, и зависящий от условий. Так, например, и красно-желтый цвет лампочки накаливания, и свет лампы дневного света (много ли вы видели фотоаппаратов, адекватно устанавливающих на автомате баланс белого света для этих источников?), и свет солнечный кажутся нам одинаково белыми, и предметы сохраняют свой цвет.

Эта адаптационная способность глаза (мозга) чрезвычайно полезна для нас, и объясняется понятием «константность восприятия». Так что тот свет, который мы видим на фото, и является (приблизительно, с небольшим прекосом в красную часть спектра) натуральным цветом Солнца.

Астрономы этому, впрочем, не удивятся. Они уже давно знают, что Солнце звезда с максимумом излучения в желто-зеленой области спектра, к которой, кстати, наиболее чувствителен наш глаз. Есть звезды красные, белые, голубые. Наше Солнце звезда, грубо говоря, желтая, с температурой поверхности 5800 градусов. Цвет светящегося (излучающего) тела (теплового излучения) как раз и определяется его температурой.

Анализ спектра солнечного излучения
Однако, проверим гармонию алгеброй. Вернее, зрительное восприятие проверим простейшим спектральным анализом. Работать будем в трех диапазонах, трех каналах – красного, зеленого и синего цвета. В качестве спектрографа используем Adobe Photoshop.

Открываем изображение, наводим курсор на какую-нибудь точку ближе к центру солнечного диска (почему ближе к центру диска, поймем позже). Смотрим на распределение света по каналам, открываем панель «Инфо». Красный канал 250, зеленый канал 190, синий канал 120.

Теперь открываем вкладку Гистограмма. Инструментом «выделение прямоугольной области» отмечаем область у центра солнечного диска. Выбираем для параметра каналы значение «Цвета». Вид гистограммы явно говорит о том, что наименьшую яркость Солнце имеет в синей части спектра. Что полностью соответствует реальному положению вещей.

Тринити – три в одном
Теперь для наглядности разложим цветное RGB изображение на составляющие каналы красного R, зеленого G и синего B цвета, приведя их к черно-белому виду. Как ожидалось после анализа гистограммы, наиболее ярким является красное изображение (в силу разных причин не зеленое, как вообще-то должно быть при точной спектроскопии), затем зеленое, наиболее темным является синее изображение.

Разложение на каналы имеет не только проверочный смысл, как мы увидим дальше. А теперь повторим фотографирование Солнца, но заменим фильтр на другой.

Фильтр с пленкой Astrosolar
Хорошие стеклянные фильтры не очень дешевые. Поэтому многие любители предпочитают использовать более дешевые фильтры на основе полимерной пленки Astrosolar, выпускаемой немецкой фирмой Baader. Из листа пленки легко изготовить подходящий для вашего телескопа, бинокля или объектива фильтр. Со стеклом все намного сложнее.

Если надежно закрепить такой фильтр на телескопе, посмотреть в окуляр, то открывается весьма интересная картина, вроде бы полностью опровергающая наше рассуждение о цвете Солнца. Солнце почти чисто белое! Однако, не будем спешить с выводами.

Какого цвета Солнце? – 2.
Фотографируем Солнце, предварительно установив баланс белого на фотоаппарате на дневной свет. Полученное изображение обрезаем. Солнце занимает почти весь кадр. Больше никакой обработки пока не производим.

Что же это? Солнце имеет явно фиолетово-сиреневый оттенок, который при визуальном наблюдении и воспринимается как белый цвет. Самое время повторно проделать процедуру исследования спектра изображения в графическом редакторе.

Смотрим на распределение света по каналам, открываем панель «Инфо». Красный канал 250, зеленый канал 230, синий канал 250. Сами цифры нас не интересуют, интересует лишь их соотношение.

Наглядное представление.
Как и в прошлый раз, смотрим на гистограмму. Картина, показанная гистограммой, сильно отличается от предыдущего случая, в первую очередь резким усилением канала синего цвета. Вот почему Солнце становится белым при визуальном наблюдении в телескоп.

Но есть и менее очевидное отличие, которое станет более явным, когда мы разложим RGB изображение на каналы. Этим мы сейчас и займемся.

Разложение - не всегда плохо
Иногда оно помогает установить истину. Повторяем раскладку цветного RGB изображения на составляющие каналы синего B, красного R и зеленого G цвета, опять приведя их к черно-белому виду.

Все так и есть. Синий канал резко вырос, догнав красный. Зеленый тоже подтянулся по яркости, отставая, тем не менее, от лидеров. О чем это говорит? О том, что недорогие фильтры на основе пленки Astrosolar совсем не являются нейтральными, а имеют значительный завал в красной области спектра. Что и приводит к относительному усилению синего участка видимого света. Вместе с ярким красным каналом это и придает изображению фиолетовый оттенок.

Перекрашиваем Солнце
Мириться с этим безобразием при фотографических наблюдениях решительно невозможно (хотя, смотря какие цели мы себе ставим). При визуальных наблюдения это совсем не плохо, так как в синем свете возрастает контрастность солнечных пятен (как мы увидим далее), хотя и цвет Солнца получается не натуральным.

Поэтому попытаемся изменить отношение спектральных составляющих. Сделать это можно множеством разных способов. Выберем не самый очевидный. Соберем RGB изображение снова из изображений отдельных каналов, но поменяем их местами.

Роль синего канала отдадим зеленому, красный канал сыграет синий, а зеленый канал прозвучит в исполнении красного. Создаем RGB изображение командой «Объединить каналы». Ву а ля! Перед нами желто-зеленое Солнце, каким оно и является на самом деле.

Небольшая проверка
Хочу подчеркнуть, что мы не занимаемся точной спектроскопией в научном смысле. Наше исследование весьма прикидочное. Но все же произведем небольшую проверку. Возьмем фотоаппарат Canon A710 вместо Pentax K100D Super. Фильтр Astrosolar. Баланс белого – дневной свет, зум - шестикратный, остальное - автомат. Изображение, естественно, меньше по размеру, но цвет его тот же.

Другая проверка. Вместо стеклянного фильтра берем самодельный, изготовленный из засвеченной пленки для аэрофотографии. Фильтр получен нужной плотности и достаточно нейтральный. Фотоаппарат Pentax K100D, объектив Pentax. Фокусное расстояние 300 мм, экспозиция подбирается фотоаппаратом. Фокусировка ручная.

Смотрим на снимок. Результат практически тот же, что и при использовании стеклянного фильтра. Так что правильной дорогой идем, товарищи.

Солнце с пятнами. Знакомство с физикой Солнца
Ну а теперь хватит играть в игрушки. Займемся настоящим делом. Дождемся появления на Солнце крупных пятен. В центре снимка 989 группа пятен, размером больше Земли и со сложной структурой магнитного поля, порождающей сильные вспышки.

Фотоаппарат Pentax K100D, но в качестве объектива теперь выступает великолепный телескоп Meade LX200 системы Шмидта-Кассерена с раньше уже использовавшимся стеклянным защитным фильтром. Качество изображения во всех смыслах резко возросло. Правда, Солнце не совсем поместилось в кадре, но сейчас это не важно.

Для лучшей читаемости изображения слегка доработаем его, причем самым примитивным образом. Открываем изображение в Фотошопе, открываем вкладку «Изображение – Коррекция – Яркость/Контрастность». Яркость устанавливаем -30, контрастность +50.

Открываем вкладку «Инфо». Передвигаем курсор к центру диска. Смотрим на цифры (по-прежнему нас интересуют не сами величины, а их отношение) – красный 220, зеленый 225, синий 215. Вот это уже более верное распределение энергии в смысле соответствия реальному солнечному спектру.

Спектр солнечного пятна
Обрежем изображение так, чтобы солнечное пятно заняло почти всю его центральную часть. Видим, что это группа пятен. Центральное пятно имеет четкую тень, полутень, и рядом меньшее пятно вытянутой миндалевидной формы со своей тенью и полутенью.

Орудия к бою, то есть, тьфу, курсор на пятно. Смотрим на цифры в «Инфо». Красный 130, зеленый 40, синий 2. Красная часть света упала по яркости почти в два раза, зеленая в шесть раз, синяя в сто раз! Спектр сильно перекосился в красную часть диапазона. При желании результат можно проверить по гистограмме.

И ведь все верно! Что такое пятно? Это часть солнечной фотосферы, охлажденная из-за присутствия в ней сильного локального магнитного поля, подавляющего выносящую наверх энергию конвекцию. Температура в тени пятна примерно на две тысячи градусов меньше, чем в невозмущенной фотосфере.

В фотосфере 6000 градусов, в пятне 4000 градусов. То есть, пятно излучает, как красная звезда, вроде Бетельгейзе, альфы Ориона. Максимум энергии как раз и излучается в красной области видимого света, а в синей области наблюдается сильный спад. Что мы и видим из полученных результатов. «Спектроскопию» полутени и вычисление его температуры можно проделать самостоятельно.

На самом краю Солнца
Однако, мы извлекли еще далеко не всю информацию из полученного изображения. Передвинемся теперь к краю солнечного диска. Посмотрим на его лимб. Можно наблюдать хорошо известный в солнечной физике эффект «потемнения к краю». Чем он объясняется?

Когда наш взгляд направлен не в центр, а на край солнечного диска, то на пути луча зрения оказываются слои с меньшей оптической толщиной, более высокие и разреженные, с меньшей температурой. (Строго говоря, мы воспринимаем в основном излучение слоя газа с оптической толщиной 1, а при взгляде на край диска такая толщина достигается в более холодных слоях солнечной атмосферы).

Ага! С меньшей температурой. Это мы уже проходили на примере солнечного пятна. Значит, интенсивность излучения должна быть меньше, а спектр должен показывать падение в синей части.

Наводим курсор на область, близкую к краю. Красный 170, зеленый 100, синий 5. Все так и есть. Заметьте, что излучение все же сильнее, чем у пятна.

Все? Да нет, конечно.

Снятся людям иногда голубые города
Займемся любимым делом – разложением цветного изображения на цветовые каналы. Выполняем операцию «Каналы – Разделить каналы». Получили три монохромных изображения.

Сравним их. Видно, что красный канал имеет наименьшую контрастность деталей. У зеленого канала контрастность выше. А наибольшая контрастность достигается в синем канале.

Именно в синем свете лучше всего видны и пятна, и эффект потемнения к краю, что естественно, имеет свое объяснение в солнечной физике. Вот почему я и говорил, что перекос пропускающей способности фильтров на пленке Astrosolar не всегда плох.

Кстати, подобные эффекты с пользой для себя и для дела можно использовать и при наблюдениях (визуальных и фотографических) объектов и ночного неба. Но это, как говорится, совсем другая история.

2008 © Михаил Прокопенко, фотографии автора
Статья перепечатывается с сайта www.pentaxnews.ru с разрешения автора.

Что ещё можно сделать:
Обсудить статью на Форуме >>>
Ознакомиться с экспозицией "Астрофотография" >>>
Написать письмо автору >>>