עמוד הבית
מי אנחנו
פורומים ורשימת תפוצה
אלמנך שמי ישראל
אסטרו-לאב
ציוד לצפייה בשמיים
בנה במו ידיך
חדשות ומאמרים

 

חדשות ומאמרים

 

ציוד ותצפיות

מערכת השמש

ציוד ותצפיות

אסטרונומיה ואסטרופיזיקה

שונות

עבודות גמר

קבוצות הכוכבים

הלוח העברי, חגים ומועדים
גלרייה
 
 

צילום אסטרונומי לכל אחד - חלק ב

מאת: ד"ר יגאל פת-אל

אין לך אחד שאינו מכיר את הצילומים המרהיבים של החלל כפי שהם נעשים מבעד למערכת האופטית הטובה בעולם, זו המותקנת על טלסקופ החלל על שם האבל. בזכותם של צילומים מרהיבים אלה נחשפו רבים ליופי המרתק של השמים. 

הצילומים שנעשו בטלסקופ נחלל עש האבל הם אכן מהפכה של ממש כיוון שבפעם הראשונה שוגרה מערכת אופטית אל מחוץ לאטמוספירה והתאפשרו צילומים של השמים שלא דרך האטמוספירה הבלתי יציבה של כדור הארץ. אולם זו לא המהפכה היחידה: מהפכת הצילום הדיגיטלי והמערכות הממוחשבות המניעות טלסקופים, הפכו את הצילום האסטרונומי נגיש כל כך, שרמת הצילומים המושגת היום בציוד פשוט יחסית מתחרה בצילומים הקרקעיים שבוצעו באופן אנלוגי בטלסקופים הגדולים בעולם בזמנו.  

מה ההבדל בין צילום אסטרונומי לצילום רגיל?  

ישנם 2 הבדלים עיקריים.  

הראשון נעוץ בראש ובראשונה בעובדה שכדור הארץ מסתובב ועקב כך זזה כל כיפת השמים סביבנו במשך היממה.  לכן, כדי לצלם גרם שמים אנחנו חייבים לצלם אותו בעזרת מערכת עקיבה. כלומר, מערכת בעלת מנוע שמפצה על סיבוב כדור הארץ סביב צירו ושומרת על האובייקט המצולם בשדה. 

ההבדל השני נעוץ באופיים הנראה של גרמי השמים. רוב גרמי השמים האקזוטיים אינו נראה בעין ולעתים גם לא מבעד לעדשת הטלסקופ ולכן נדרש זמן חשיפה ארוך מאוד, לעתים של שעות רבות, כדי לקלוט את האור הקלוש הנפלט מהם.  

בשורות הבאות אנו נראה כיצד אנו מתמודדים עם הבעיות של צילום אסטרונומי וכיצד אפשר לצלם צילומים מרהיבים בהשקעה קטנה יחסית. 

נחלק את הנדרש לכמה חלקים: 

המערכת המכנית העוקבת

המערכת האופטית

המצלמה 

המערכת המכנית העוקבת 

כמה שישמע מוזר, זו ההבדל בין צילום מוצלח ללילה שלם של עבודה שלא יניב שום פרי. כיוון שמערכות העקיבה מפצות על סיבוב כדור הארץ ואמורות להיות מכוונות לנקודה מסוימת בכיוון מסוים לאורך זמן, יש לשים לב לנקודות הבאות: 

המערכת המכנית חייבת להיות מדויקת ביותר, ללא חופשים במערכות הצירים.

כושר הנשיאה של המערכת המכנית יהיה כזה שיוכל לשאת את הטלסקופ, המצלמה ומערכות אחרות שארחיב עליהן בהמשך.

רצוי שהמערכת תהיה רובוטית. כלומר, אפשר לכוון לכל אובייקט בשמים בלחיצת כפתור ללא צורך לבזבז זמן יקר בחיפוש אחר גרמי שמים חמקמקים.

המערכת תהיה בעלת פרוטוקול המאפשר לשלוט עליה ממחשב חיצוני. 

מערכות מומלצת מסוג זה  

Meade LXD75 – מערכת רובוטית המסוגלת לשאת טלסקופים קטדיופטריים עד קוטר 200 מ"מ.

SkyWatcher HEQ5/ Orion Sirius GOTO – מערכות רובוטיות מדויקות המסוגלות לשאת עד 15 ק"ג.

SkyWatcher EQ6 / Orion Atlas – מערכות רובוטיות מדויקות המסוגלות לשאת עד 25 ק"ג. 

כיצד מתבצעת העקיבה? 

לרוב נדמה כי העקיבה מבוצעת באופן אוטומטי ללא צורך בתיקונים בזמן העיבה ולא כך הדבר. מסיבות שונות ובעיקר מפאת הרגישות הרבה של המערכות המצלמות כיום, יש צורך בתיקוני עקיבה בתדירות גדולה, עד כדי תיקונים זעירים מדי שניות. את התיקונים אפשר לבצע בשתי צורות: 

שיטת הצלב המואר. זו השיטה הקלאסית שבה ממקמים עינית שבה יש צלב מואר על מערכת אופטית מקבילה למערכת המצלמת ובעזרת מקשי כוונון מבצעים תיקונים קלים של כיוון המערכת באופן שהכוכב נשמר במרכז הצלב. חסרונה של שיטה זו היא בכך שהיא מייגעת ומתישה.  

שיטת מצלמת המעקב – שיטה זו דומה מאוד לשיטה הראשונה אלא שמצלמת CCD קטנה מחליפה את העין. מצלמים שדה ניסיוני ובוחרים כוכב בשדה הראיה. בעזרת תוכנה מיוחדת הכוכב נשמר באותו מיקום והתוכנה שולחת פקודות לכן הטלסקופ ומתקנת את מיקומו בהתאם. שיטה זו נוחה יותר ומדויקת לאין ערוך. יש ברשת מגוון רחב של תוכנות חינמיות שהמובילה בהן קרויה PHD. 

המערכת האופטית 

כאן, השיקולים זהים לבחירת מערכת אופטית לצילום יום, אלא שיש שני פרמטרים קריטיים: 

קוטר הטלסקופ

יחס המוקד (הצמצם). 

קוטר הטלסקופ הוא הקריטריון הקובע את כמות האור הנכנסת למערכת. ככל שקוטר הטלסקופ גדול יותר, כמות האור גדלה ביחס ישר ליחס שטחי העדשות או המראות. 

יחס המוקד (צמצם) – זהו היחס בין אורך המוקד לקוטר הטלסקופ ובמערכות אסטרונומיות הוא קבוע ולא ניצן לשינוי. ככל שהיחס קטן יותר, המערכת תהיה מהירה יותר וזמן החשיפה הדרוש לקבלת כמות אור (לפיקסל) יהיה תלוי בריבוע ההפרש בין יחסי המוקד. לכאורה, אין הבדל בין זמן החשיפה הנדרש לצלם גרם שמים בשני טלסקופים בעלי אותו יחס מוקד, ללא קשר לקוטרם, אלא שבמערכת הקטנה יותר, הדמות תהיה קטנה יותר וברגע שנרצה להגדילה לגודל המתקבל במערכת הגדולה יותר, יבוא ההבדל בקוטר לידי ביטוי. יש צלמים המחזיקים כמה מערכות במקביל – יחס מוקד מהיר לצילומים של שדה רחב לצד מערכות בעלות אורך מוקד ארוך (גם כאן רצוי יחס מוקד קטן ככל האפשר), לצילומים מפורטים. 

כמובן שגם סוג המערכת האופטית קריטי ויש תצורות אופטיות שונות. למעשה, כל עוד מצלמים במערכות עם יחס מוקד סביר (בדרך כלל מדובר על יחסים בין 4 ל-8) אפשר להוציא תוצאות אך איכות המערכת האופטית, כמו בכל מערכת צילום, תקבע את איכות התמונה. להלן כמה סוגי מערכות עם יתרונותיהן וחסרונותיהן: 

טלסקופים שוברי אור 

אלה הטלסקופים הקלסיים שבקידמתם מערכת עדשות, שדומים לעדשות סטנדרטיות של מצלמות רגילות. חסרונם הגדול הוא בעצם מהותם והיא שבירת האור, שבגללה אורכי גל שונים מגיעים למוקדים שונים ויש לתקן את העיוות הזה. התיקון מתבצע בשתי צורות נפוצות: 

הגדלת אורך המוקד של הטלסקופ. חסרונה של שיטה זו הוא ביחס מוקד איטי מאוד (בדרך כלל גדול מ-8 או 9), משקל רב מאוד של המערכת בגלל גודלה הפיזי. 

תיקון אופטי (מערכות אפו-כרומטיות) – התיקון מושג בשימוש בסוגי זכוכיות אקזוטיים לעתים גם בשילוב עם הוספת עדשה נוספת למערכת העדשות בקדמת הטלסקופ. הודות לתכנון האופטי המעולה, קיימות מערכות כאלה בשוק גם עם יחסי מוקד בין 5 ל-7. צבעי הכוכבים המושגים במערכות אלה מעולים וחסרונן היחיד הוא מחירן הגבוה יחסית. 

טלסקופים מחזירי אור 

אלה הטלסקופים הנפוצים ביותר הודות למחיר הנמוך שלהם. הם סובלים משתי בעיות הנובעות מאופי המערכת האופטית: 

יציבות המערכת האופטית – כיוון שהמערכת בנויה מכמה אלמנטים אופטיים החייבים להימצא על ציר אופטי  אחד (קולימציה), מסיבות שונות (טלטול, טמפרטורה וכדומה) המערכות  יוצאות תדיר מקולימציה. בעיה זו אפשר לתקן בעזרת קולימטור לייזר פשוט בהליך האורך כמה דקות בתחילת כל ערב צילום. 

עיוות קומה הנגרם בקצה שדה הראיה ה"מורח" את הכוכבים. אפשר להתגבר, ולו חלקית, על העיוות הזה באמצעות עדשות מיוחדות (עדשות מתקנות קומה).  התיקון הטוב ביותר מושג על ידי החלפת שתי המראות בשתי מראות בעלות חתך היפרבולי המספקות שדה שטוח לחלוטין (ריצ'יקרטיין, מערכת הזהה לזו המצויה בטלסקופ החלל).  יתרונן הגדול של המערכות מחזירות האור הוא מחירן הנמוך מאוד, יחסית. גם מחירן של המערכות היקרות מסוג ריצ'י קרטיין מצוי בירידה מתמדת. 

טלסקופים קטדיופטריים 

אלה המערכות הקרויות בלשון הצלמים "עדשות מראה", כיוון שהן משלבות מערכת של עדשות ומראות שתכליתן להקטין את האורך הפיזי של המערכת. גם כאן יש כמה סוגים של מערכות אופטיות שהחדה בהן היא המערכת מסוג מקסוטוב-קסיגריין שחסרונה הוא ביחסי המוקד המאוד איטיים שלה. עד כה היו נפוצות המערכות מטיפוס שמידט-קסיגריין, אלא שהן סבלו מעיוות קומה, בדומה למערכות המחזירות וכן מתיקוני קולימציה. לאחרונה הוציאה חברת Meade האמריקאית  את הדגם הקרוי ACF, המשלב אלמנט היפרבולי ובכך למעשה יוצר שדה שטוח בדומה למערכת ריצי'-קרטיין.  זו המערכת הקטדיופטרית היחידה בשוק שמעניקה תוצאות הדומות למערכות מסוג זה. כיוון שייצורן של מערכות אלה הוא בייצור המוני, באופן מפתיע מחירן אינו גבוה יחסית ובדרך כלל הן מגיעות כשהן כוללות את החצובה הרובוטית כיחידה אחת. 

המצלמה 

כאן הגענו לעיקר ובמה שעשה את ההבדל. בעוד שהמערכות האופטיות נותרו בעיקרון ללא שינויים דרמטיים (למעט המחירים הצונחים), הרי שהמעבר מהצילום האנלוגי לצילום הדיגיטלי עושה את ההבדל. בעבר, בגלל הרגישות הנמוכה של סרטי הצילום, נדרשו שעות ולעתים ימים כדי להפיק צילום של גרמי שמים. כיום אפשר להפיק תוצאות דומות בזמני הקצרים פי כמה עשרות! ולא רק זמני החשיפה השתנו אלא גם יכולת העיבוד. בעבר אי אפשר היה לשנות את מה שנתקבל על סרט הצילום. במדיה הדיגטלית השמים הם הגבול; אפשר לחבר תמונות רבות לתמונה אחת, אפשר להבליט אזורים מסוימים בצילום ולהחליש אזורים אחרים, להפחית רעש ובקיצור – השמים הם הגבול. כיום, יש צלמים רבים המשתמשים במצלמות DSLR לצילומים אסטרונומיים. לצדן, קיימות כמובן המצלמות הייעודיות, מצלמות ה- CCD האסטרונומיות. אציין להלן את החסרונות והיתרונות של שני הסוגים: 

מצלמות DSLR 

יתרונן –

מסוגלות לצלם בצבע ללא צורך בחיבור כמה ערוצי צבע

אפשר לצלם תמונות רבות ולצרפן לתמונה אחת. אפשרות זו קריטית כאשר העקיבה אינה מושלמת, כאשר השבב מתחמם וכאשר רוצים באופן כללי להגדיל את היחס אות לרעש.

הן משמשות לכל מטרה ולא רק לצילום אסטרונומי. אפשר לצלם עמן את המשפחה, נוף וכל דבר.

מחירן נמוך ביחס למצלמות הייעודיות. 

חסרונותיהם הם למעשה היתרונות של מצלמות ה- CCD המיועדות לאסטרונומיה: 

מצלמות DSLR מגיעות לרוב עם מסנן החוסם אורכי גל בתחומי באדום. לצילום יום-יומי זה יעיל אך הרסני לצילום אסטרונומי בו מרבית הקרינה הנפלטת מגרמי שמים היא בתחומי הגל המסוננים.  התוצאה – יש להגדיל את זמני החשיפה לעתים עד פי 20 מזמני חשיפה במצלמות ייעודיות. יש דגמים בהן אפשר להסיר את המסנן אך זה כרוך בעלויות נוספות, פוגם בביצועי המצלמה בצילום יום-יומי ומסיר את האחריות. 

צילום צבעוני יתרונותיו בצדו, אך פירוש הדבר צילום איטי יותר מאשר מבעד לשבב מונוכרומטי.

שבבי המצלמה מייצרים רעש תרמי הנובע מהתחממותם. בעיה זו גורמת לרעש רקע ככל שזמן החשיפה גדל. ההתמודדות עם הרעש התרמי היא בצילומים אפלים (בהן הטלסקופ מכוסה) ומצולם רק הרעש התרמי באותו זמן חשיפה שבה נלקחה התמונה. מכל תמונה יש להחסיר את תמונת הרעש התרמי. כיוון שטמפרטורת השבב משתנה יש לצלם תמונת רעש תרמי בצמוד לכל צילום רגיל. פירוש הדבר הכפלת משך הצילום. כמו כן, תופעה זו מחייבת כיבוי המצלמה וקירורה מדי זמן. 

במצלמות דיגיטליות מיועדות יש שתי שיטות להתמודדות עם הרעש התרמי והן קשורות בשליטה על טמפרטורת השבב: אם יודעים את הטמפרטורה המדויקת שבה נלקח הצילום (בצלמות הייעודיות נתון זה נשמר), אפשר ליצור בנק של תמונות רעש תרמי. שיטה יעילה יותר היא קירור השבב, לרוב עד כמה עשרות מעלות מתחת  לטמפרטורת הסביבה. התוצאה – הקטנה דרמטית של הרעש התרמי. במצלמות יקרות יותר אפשר לשלוט על הטמפרטורה של השבב ואז משפיק ליצור ספריה של תמונות רעש תרמי המתאימות לזמני חשיפה שונים ולטמפרטורה שבה אנו מצלמים.  

המצלמות הייעודיות הן בעלות יעילות קוונטית (אחוז האור ההופך למידע דיגיטלי) המתקרב ל-90%. בשימוש במצלמות מונוכרומטיות, אנו קובעים באילו מסננים להשתמש. לצד הצילום בשלושת מסנני ה- RGB הקלאסיים וחיבורים לכדי תמונת צבע אחת, אפשר להשתמש במסננים צרים מאוד, שמעבירים רק אורכי גל מסוימים, ששילובם מאפשר אף הוא קבלת תמונות צבע, אך באיכות עדינה יותר. יתרון נוסף של שיטה זו הוא האפשרות לצלם מתוך עיר מוארת וגם כאשר הירח מאיר, כיוון שמסננים אלה חוסמים את מירב הספקטרום ומניחים רק לאורכי הגל הדומיננטיים לעבור. 

במצלמות ייעודיות השליטה על מהירות הצילום, מספר הצילומים, הטמפרטורה, החלפת המסננים וכדומה מבוצעת על ידי המחשב. זה מאפשר שליטה נוחה ביותר על הצילום. גם המיקוד נעשה בזמן אמת על גבי מסך המחשב, לרוב עם תוכנות תמיכה העוזרות למקד את הצילום. יתרון נוסף של מצלמות אלה הוא משקלן הקל יחסית, שאינו מעמיס על הטלסקופ וגורע מאיזונו וכן העובדה שלרוב אין צורך במתאמים מיוחדים כדי להתאימן לטלסקופים.  

יש כמה סוגים נפוצים של מצלמות CCD ייעודיות: 

חברת Meade  הוציאה סדרה הקרויה DSI שבה מצלמות מונוכרומטיות וכן צבעוניות, שמאפשרות רישום טמפרטורת השבב. חברת Orion הוציאה לאחרונה מצלמה ייעודית עם שבב גדול (25 מ"מ), מקוררת לכ-30 מעלות מתחת לטמפרטורת הסביבה. מצלמות אלה יקרות יותר ממצלמות DSLR.

רמה אחת מעל מצויות המצלמות של חברת SBIG  המהוות מעין סטנדרט של צילום אסטרונומי. הן מקוררות ומאפשרות שליטה על הטמפרטורה, מגיעות עם גלגלי מסננים ממוחשבים, מאפשרות קירור נוסף על ידי מים והשבבים