Del 11 - Brug teleskopet som objektiv.

Når lange og længste brændvidder er nødvendige, er det ofte bedre at tilslutte et astronomisk teleskop til kameraet i stedet for et fotobjektiv.

Del 11: Brug af teleskop som objektiv

Astrofotografer er umættelige, når det kommer til længsel efter lange brændvidder. Grunden til dette findes hurtigt: Mange objekter på nattehimlen ser på os meget små eller endda mikroskopiske ud på grund af deres store afstand. Den, der ønsker at indfange dem detaljeret og formatfyldende, undgår ikke lange brændvidder med tilsvarende små billedvinkler.

Alle producenter af systemkameraer imødekommer ønsket om lange brændvidder gennem deres udvalg af teleobjektiver. Udvalget strækker sig til dele af 600 millimeter, og endda 800 millimeter objektiver kan findes i tilbehørssortimentet til digitale spejlreflekskameraer. Generelt kunne man allerede gøre meget med disse "super-teleobjektiver" inden for astronomi, især da lysstyrkerne med 1:4,0 og 1:5,6 for objektiver af denne brændvidde er sensationelt gode. Hvis, ja, hvis det ikke var for deres ekstremt høje anskaffelsespris, der i ekstreme tilfælde udgør et højt firedobbelt eller endda femcifret beløb.

Naturligvis er disse teleobjektiver ikke specifikt designet til astrofotografer, men er primært efterspurgte inden for sport, dyre- og reportagefotografering. Som modydelse for den høje pris tilbydes en fremragende billedkvalitet selv ved fuldt åbnet blænde.

Men det ville ikke være fair at reducere et sådant super-teleobjektiv til dets linsesystem. For at imødekomme kundens krav er de udstyret med en autofokussystem, justerbar blænde, avanceret korrektion til "nær" optagelser og ofte også en billedstabilisator. Alt sammen ting, der er vigtige og nyttige for klassisk fotografering, men som ikke har nogen betydning i astrofotografering, men selvfølgelig har en økonomisk omkostning.

Den høje pris skyldes også de mange linser, der er nødvendige for at konstruere et teleobjektiv, der er universelt anvendeligt: Det er ikke ualmindeligt, at der er op til 18 linser i et sådant objektiv.



Et teleobjektiv i astrobrug.



Den, der alligevel vil dyrke astrofotografering, kan til optagelser med lange brændvidder i stedet for de dyre teleobjektiver også bruge et astronomisk teleskop. På dette tidspunkt vil jeg dog dæmpe alt for store forventninger: Selv et astronomisk teleskop med en høj fotografisk billedkvalitet kan ikke fås til discountpris.

Men da et teleskop har betydeligt færre linser (eller i stedet for linser spejle), ikke har autofokus eller billedstabilisator, ja ikke engang en blænde, er priserne markant lavere end for et komplet fotobjektiv. Og der er praktisk talt ingen begrænsning for brændvidden; selv brændvidder over 800 millimeter kan dækkes af overkommelige amatørteleskoper. "Almindelige" amatørteleskoper fås med brændvidder op til cirka 4000 millimeter ved en blænde på 1:10.

Lad os opsummere forskellen mellem teleobjektiver og teleskoper i en tabel:

Hvad betyder tallene på teleskoperne?

De karakteristiske værdier for fotoobjektiver er brændvidde og lysstyrke, altså den største justerbare blændeåbning. Enhver, der fotograferer seriøst, er fortrolig med disse tal.

Astronomer er mere interesserede i åbningen, altså diameteren af indgangspupillen (frontlinse eller hovedspejl) og angiver denne til forvirring for mange også i tommer (forkortelse "). Derimod er brændvidden ikke så vigtig for dem.

Hvis et teleskop f.eks. tilbydes som følger: 8" Schmidt-Cassegrain, F/10, betyder det klart:

Teleskopet er et spejlteleskop af typen "Schmidt-Cassegrain". Dets åbning er 8 tommer. 8 tommer svarer til cirka 200 millimeter (1 tomme = 25,4 millimeter). Åbningsforholdet (altså blænden) er 1:10. Brændvidden skal derefter beregnes ud heraf: 10 * 200mm = 2000 millimeter!

Nogle gange angives kun åbningen og brændvidden. For eksempel står der på fatningen af et (gammelt) teleskop: D 75 mm F 1200 mm. Dette betyder, at den frie diameter på frontlinsen er 75 millimeter, og brændvidden er 1200 millimeter. Blænden beregnes herefter til 1:16 (1200 : 75).



Denne teleskop er forsynet på linsefatningen med betegnelserne "D155mm" og "f 7" (pile). Diameteren er således 155 millimeter, åbningsforholdet (blænden) er 1:7. Gennem multiplikation beregnes brændvidden til 1085 millimeter.

Billedfejl

De fleste amatørteleskoper er primært beregnet til visuel observation. Når de bruges til fotografering, kan følgende problemer opstå:

Vignettering – mørke bildekant, der opstår, fordi det felt, som et teleskop oplyser, er mindre end diagonale af sensorformatet. Ikke mange teleskoper er i stand til at oplyse en sensor i fuldformat ("full-frame" 24 x 36 millimeter) i tilstrækkelig god kvalitet. Udvalget af brugbare teleskoper er markant større for mindre sensorer (APS-C-format).



Dette billede af Plejaderne opstod efter tilslutning af et fuldformatkamera til et teleskop. Det er tydeligt, at teleskopet ikke er i stand til at oplyse sensoren fuldt ud, hvilket den kraftige vignettering beviser.



Billedfeltkrummning – når "skærpeplanet" ikke er en plan, men en hul kugle, lider teleskopet af billedfeltkrummning. Jo større den anvendte optagesensor er, desto mere vil denne svaghed i form af uskarp stjerneafbildning i kanten af billedfeltet blive bemærket, når der er fokuseret præcist på billedets centrum.

En løsning er såkaldte "billedfeltudjævningslinser", et ofte to-linse system, der udjævner det "krumme" billedfelt og dermed skaber skarphed i hele billedfeltet. Billedfeltudjævningslinser skal være tilpasset den specifikke teleskopoptik, dvs. strengt taget bør der til hvert teleskoptype med billedfeltkrummning være en passende beregnet billedfeltudjævningslinse, hvilket ikke er tilfældet i praksis.



På grund af billedfeltkrummning bliver stjernerne uskarpe i de perifere områder, når der fokuseres på billedets centrum. Hvis man fokuserer på stjerner i kanten af billedfeltet, vil billedets centrum være uskarpt.



Uskarphed i billedkantene – når der fokuseres på billedets centrum, kan der ikke kun opstå uskarpheder i de perifere billedområder på grund af billedfeltkrummning (se ovenfor), men også andre alvorlige billedfejl, der betegnes som "aberrationer". Primært er det "koma", der forværre stjerneafbildningen i billedkantene.

Eksempelvis lider Newton-skinnes teleskoper systematisk af koma uden for den optiske akse. Inden for visse grænser kan brugen af et linsesystem ("koma-korrektor") markant forbedre billedkvaliteten mod kanten.



Når stjernerne ser ud som små kometer med hale ved kanten, er billedfejlen "koma" på spil.



Skærpeplans placering – med visse teleskoper kan det ske, at man med et tilsluttet spejlreflekskamera ikke opnår et skarpt billede af et langt væk motiv. Dette gælder især Newton-designet teleskoper. I sådanne tilfælde kan det nogle gange kun hjælpe at udskifte okularudtrækkeren med en fladere model for at bringe kameraet i skærpeplanet.

Er teleskoper et erstatning for objektiver?

Ved gennemlæsning af de mulige billedfejl, der er beskrevet, kan dette spørgsmål igen stilles. Derfor en kort opsummering:

1. Astronomiske teleskoper er ikke objektiver; de fleste er gode til visuel observation, men kun begrænset anbefalet til fotografering. En diskussion om, hvilke teleskoper der klarer sig godt i astrobrug med et tilsluttet kamera, præsenteres i tutorial nummer 13 i serien "Astro- og stjernehimmel-fotografering" ("Hvilke teleskoper er velegnede til astrofotografi").
   
   
2. Med mange teleskop typer skal man forvente, at der opstår billedfejl i kanten af billedet, som i nogle tilfælde ikke kan korrigeres ved brug af et korrigerende linjesystem. Nogle teleskopoptikker har problemer med at oplyse sensoren på en digital spejlreflekskamera helt ud til billedkantene. Dette gælder selv crop-kameraer med en sensor på ca. 14 x 22 millimeter, men endnu mere for fuldformatskameraer (sensorstørrelse 24 x 36 millimeter). Hvis man ønsker at bruge et fuldformatskamera med et teleskop, er man derfor nødt til at vælge blandt de få teleskopmodeller, der kan producere et brugbart billede over hele sensorfladen.
   
   
3. Med optagebrennvidder over 500 millimeter er der stadig ingen alternativ til teleskopet, i det mindste når man tænker på omkostningerne ved super-teleobjektiver.
   
   

Brennviddeforlængelse

Der tilbydes såkaldte "Barlow-linser" til forlængelse af en teleskops brændvidde. De fungerer som en telekonverter på fotolinser og monteres mellem teleskopet og kameraet. Afhængigt af modellen kan du opnå forlængelsesfaktorer fra 1,5x til 5x.

Den typiske dobbelte forlængelsesfaktor fordobler den effektive brændvidde på teleskopet, men reducerer blænde-tallet med hele to fulde lukkefaser. Dvs. et teleskop med en brændvidde på 800 millimeter og blænde 1:4,0 bliver til en optik med en brændvidde på 1600 millimeter og blænde 1:8. Belystiden skal således fordobles! En Barlow-linse med en forlængelsesfaktor på 1,5x ville ændre det nævnte teleskop til et system med en brændvidde på 1200 millimeter ved (cirka) blænde 1:5,6, dvs. belystiden skal fordobles sammenlignet med brugen uden telekonverter.

En positiv sideeffekt ved Barlow-linsen er, at kameraet kun registrerer billedets centrum, og dermed er billedfejlene i de perifere områder uden for billedfeltet og forsvinder.



Billede af månen med et fuldformatskamera på et teleskop med lang brændvidde. Teleskopet oplyser ikke sensoren fuldt ud; vignettering er resultatet.

Det samme kamera på samme teleskop producerer et fejlfrit billede, efter at brændvidden er forlænget ved brug af en Barlow-linse. Brændviddeforlængelsen førte til en større afbildning af kratre:

Brændviddereducering

Der findes også det modsatte af en Barlow-linse, nemlig et linsesystem til at reducere den effektive brændvidde. Det kaldes "Shapley-linse", "Focalreducer" eller blot "Reducer" og monteres også mellem teleskop og kamera. Der findes forskellige modeller med faktorer mellem 0,8 og 0,33.

Blændeåbningen ændres med samme faktor som brændvidden, dvs. brugen af en Shapley-linse resulterer i en højere lysstyrke og dermed en forkortelse af den nødvendige eksponeringstid.

Nogle Shapley-linser fungerer samtidig som et feltudjævningslinse, dvs. de gør en krumb skarpheds"planet" til et fladt område. Dette fungerer selvfølgelig kun med teleskoper, som disse Shapley-linser er blevet udviklet til, og ikke universelt på alle teleskoper.

Et problem ved brugen af Shapley-linser er, at det projicerede billede på chippen bliver mindre, hvilket betyder, at områder i billedets kant, der tidligere lå uden for billedfeltet, bliver synlige. Eventuelle afbildningsfejl uden for billedets centrum vil derfor blive forstærket.



Igen et billede af månen, taget med et fuldformatkamera på et teleskop med lang brændvidde. Sensorbelysningen er utilstrækkelig (sorte billedkanter).

Det samme kamera på det samme teleskop efter at brændvidden er reduceret med en Shapley-linse. Størrelsen på kraterenes afbildning blev mindre, vignetteringen også! Denne kombination er derfor ubrugelig:

Kameraets tilslutning

For at tilslutte et digitalt spejlreflekskamera (DSLR) til et teleskop, skal teleskopet have en okularudtræk med en diameter på 2 tommer (= 5,08 centimeter). Mindre diametre som den stadig udbredte 1,25-tommers-forbindelse på begynderteleskoper egner sig ikke, da åbningen ikke er stor nok til at belyse en DSLR-sensor og ville forårsage kraftig vignettering. Kun med en Barlow-linse kunne man belyse hele billedfeltet.

De fleste teleskoper til salg har dog den nødvendige 2-tommers-forbindelse, hvor et 2-tommer-okular indsættes til visuel observation. Dette okular bruges ikke til fotografering. I stedet indsættes kameraet i okularudtrækket. Dette betyder, at billedsensoren er placeret i brændfladen af teleskopet, derfor kaldes det også "fokalfotografering".

Der er behov for to mekaniske dele uden optiske komponenter:

T2-adapter – Den har på den ene side en bajonetforbindelse, der passer til det anvendte kamera, og på den anden side en standardiseret "T-genge". Der findes T2-adaptere til alle gængse kamerabajonetter, f.eks. til Canon EOS, Nikon F, Pentax K osv. Det er vigtigt at vælge den korrekte T2-adapter til det eget kamera ved køb.

Link til en udbyder af T2-adaptere til forskellige kamera-systemer:

http://www.baader-planetarium.de/sektion/s17a/s17a.htm#t2

2-tommers-hylse – Denne hylse har en diameter på 2 tommer og en "T-genge" på bagsiden, så den kan skrues ind i T2-adapteren.

Link til en udbyder af en 2-tommers-hylse (der kaldes "stikforbindelse" der):

http://www.baader-planetarium.de/sektion/s08/s08.htm#+16

Brugere af fuldformatkameraer bør overveje en anden løsning, da en standard T2-adapter har en så lille åbning (diameter 38 millimeter), at det kan forårsage vignetteringer. Løsningen er et specielt stykke (til Canon EOS), der erstatter T2-adapter og 2-tommers-hylse og tilbyder en større åbning (47 millimeter).

Link til udbyderen af "Adapter fra 2 tommer til Canon EOS" til fuldformatkameraer:

http://www.teleskop-express.de/shop/product_info.php/info/p260_Adapter-von-2--auf-EOS-Bajonett---volle-EOS-Oeffnung-.html

På venstre side er T2-adapteren med Canon EOS-bajonetten, i midten er 2-tommers-hylsen:

Digitalkamera med monteret T2-adapter og skruet 2-tommers-hylse. Begge dele indeholder ingen linser:

2-tommers-hylsen indsættes i stedet for et okular i teleskopets udtræk:





Forlængelseshylse – Ved linseteleskoper (refraktorer) kan det ske, at okularudtrækket ikke kan trækkes langt nok ud for at nå skarphedsplanet. I så fald kræves brug af en eller flere 2-tommers-forlængelseshylser.

Fokus

Da autofokus-funktionen ikke er tilgængelig på teleskoper, skal den bedste fokuspunkt findes manuelt. Det er ikke så let, som det måske lyder, for indstillingsskiverne på moderne spejlreflekskameraer er ikke beregnet til dette. Det betyder, at synet gennem kameraets søger og den visuelle vurdering af skarpheden i søgeren ikke er tilstrækkelige.

Fokuseringen sker grundlæggende ved hjælp af fokusknap på teleskopet, som hos nogle teleskoper ændrer længden af okularudtrækket, mens den hos andre flytter hovedspejlet inden i teleskopet aksial.

Jo længere den effektive optagebrændvidde er, og jo mere lysstærk (altså jo mindre blænde- eller åbningsforholdets nævner er) optikken er, desto mindre spillerum er der ved fokusering. Temperaturændringer kan medføre ændringer i fokuspunktet. En een gang indstillet fokus skal derfor kontrolleres flere gange i løbet af en observationsnat og om nødvendigt korrigeres.

1. Kamera uden Live-View

Kameraer uden Live-View-funktion er i ulempe. I det enkleste tilfælde fokuserer du en lys stjerne i søgeren så skarpt som muligt. Derefter tager du testbilleder med en relativt kort eksponeringstid, hvor stjernen ikke må overeksponeres. Kontroller resultatet af dine billeder ved at se dem tilbage på kameradisplayet, hvor den maksimale forstørrelse altid skal bruges til at vise et billedeudsnit.

Ved langsomt at justere skarpheden ved gentagen billedkontrol når du gradvist frem til det punkt med den bedst mulige fokusering. At overskride det bedste fokuspunkt flere gange og derefter korrigere i modsat retning har vist sig at være en god måde at finde ud af, hvor optimalet ligger; du cirkulerer nærmest det bedste fokuspunkt ind.

Hvis kameraet er tilsluttet en bærbar computer, anbefales det at bruge en software til at lette dette arbejde. Især til astrofotografering er softwaren "ImagesPlus" til stor hjælp ved fokusering. Kameraets styringsmodul af ImagesPlus sælges for cirka 70 dollars på hjemmesiden http://www.mlunsold.com. En demo-version kan anmodes hos softwarens forfatter.

Fokusering på en stjerne med "ImagesPlus":





Ikke specifikt designet til astrofotografering, men stadig en god fokuseringshjælp er softwaren "DSLR Remote", som er i stand til at vise et billede efter det næste i høj forstørrelse, hvilket muliggør pålidelig vurdering af skarpheden af en afbildet stjerne. Denne software koster cirka 95 dollars og kan købes på hjemmesiden http://www.breezesys.com/DSLRRemotePro/index.htm. En version, der kører i 15 dage, kan downloades der. Begge softwarepakker er på engelsk.

Fokusering på en stjerne med "DSLR Remote":

2. Kamera med Live-View

Med Live-View-funktion bliver fokuseringen næsten legende let. En lys stjerne bringes omtrent ind i centrum af synsfeltet, og fokus justeres groft i søgeren. Derefter aktiveres Live-View-funktionen, og stjernen ses i maksimal forstørrelse på kameradisplayet. Ved at trykke på fokusknappen på teleskopet findes optimal skarphed meget hurtigt og pålideligt.

Det bliver endnu mere behageligt, hvis det livebillede kan vurderes på skærmen på en tilsluttet bærbar computer. Med Canon EOS-kameraer med Live-View (fra Canon EOS 1000D, 450D, 40D, 5D Mark II, 1D Mark III, 1Ds Mark III) er den nødvendige software og forbindelseskabel inkluderet i kamerapakken.

Denne metode til fokusering fungerer fremragende på stjerner op til cirka tredje størrelsesklasse, på månen, solen (med beskyttelsesfilter!) samt på de lyse planeter.

Live-View på månen med en Canon EOS 450D. Live-View-funktionen er en kæmpe hjælp til at indstille skarpheden på kameraet på teleskopet:

Live-View på skærmen på en bærbar computer: Nemmere, hurtigere og mere præcist kan fokusering ikke være:

Vibrationsfare!

Brugen af lange brændvidder indebærer en stor risiko for rystelsesuskarphed. På trods af perfekt fokusering kan uskarpe fotos opstå. Problematisk er her spejlslag og lukkerfunktionen på kameraet kort før eller under eksponeringen.

Afhængigt af hvor stabil kombinationen af montering og stativ er, som bærer teleskopet, kan selv de mindste rystelser af denne art i visse tilfælde forringe skarpheden.

• Spejlslag – Konsekvenserne af spejlet, der hurtigt svinger opad før udløsning, kan undgås ved at aktivere "spejlforlåsningen" på kameraet. Det første tryk på udløseren får kun spejlet til at vippe opad. Derefter venter man få sekunder, indtil de forårsagede vibrationer er aftaget, og udløser igen for at starte eksponeringen.

Naturligvis bruges en kabel- eller fjernudløser her, ellers ville berøringen af udløserknappen på kameraet igen føre til rystelser.



Aktiveret spejlforlåsning i menuen på en Canon EOS 40D.



• Lukkerfunktion – Den kan ikke undgås, da lukkeren styrer eksponeringen. Jeg har gentagne gange kunnet bevise, at bevægelserne fra lukkeren under visse omstændigheder faktisk kan føre til uskarpe billeder. I virkeligheden er en mere stabil montering det eneste, der hjælper. Afhængigt af kameramodellen kan du alternativt forsøge at udløse kameraet, mens Live-View-funktionen er aktiveret. Derefter kører lukkeren delvist meget "blødere".

Eksempelbilleder

Dette billede af månen er næsten uskåret og blev fotograferet med en brændvidde på 3700 millimeter og en fuldformat-DSLR (Canon EOS 5D Mark II). Et spejlteleskop af typen "Maksutov-Cassegrain" med en blænde på 1:14,6 blev brugt. Eksponeringen var på 1/30 sekund ved ISO 400.

Uddrag fra det foregående billede i fuld størrelse. Det antyder, hvilken detaljerigdom på månen der kan fanges med en skarp optik og lang brændvidde. Denne form for månefotografering er en sjælden lejlighed for at kunne drage fordel af en mangfoldighed af megapixel inden for astrofotografering.

Et noget forstørret billede af solen, taget med en speciel H-alfa-filter, der gør solens chromosfære synlig. Optagebrennvidden var 2270 millimeter.

Dobbeltstjerner er et taknemmeligt motiv for optagelser gennem teleskop uden sporingskontrol. Her blev der kun eksponeret i 30 sekunder ved ISO 800 og en brændvidde på 2800 millimeter for at kunne opdele dobbeltstjernen Mizar (rød pil) i stjernesagen af Store Bjørn. Den danner sammen med Alkor (til højre) igen et par, som med besvær kan genkendes som en dobbeltstjerne med det blotte øje.

Et teleskop med ni meters brændvidde var nødvendigt for at afbilde Oriontåbens hjerte. Åbningsforholdet var 1:10, så det kun var nødvendigt at eksponere i 90 sekunder ved ISO 1000 takket være tåbens store lysstyrke, og der kunne undlades en sporing af føringen.