A astrofotografia é um hobby que está ganhando popularidade rapidamente graças ao rápido avanço da tecnologia do sensor CMOS. Há mais de uma década, o material de registro de luz empregado na astrofotografia era basicamente uma emulsão química. Sua baixa sensibilidade torna muito difícil registrar o sinal fraco do espaço profundo. Além disso, a falta de feedback em tempo real é uma grande fonte de frustração para os iniciantes. Erros operacionais, como fora de foco, só podem ser percebidos após várias noites de trabalho árduo após a revelação do filme. Em meados dos anos 90, o advento das câmeras CCD resfriadas forneceu soluções para os problemas de sensibilidade e feedback em tempo real. No entanto, seus preços altos e áreas de sensores miseravelmente pequenas limitaram seu uso a apenas alguns tipos de astrofotografia e a astrofotógrafos muito entusiasmados. Embora os CCDs tenham revolucionado a pesquisa astronômica, essa tecnologia nunca mudou realmente a paisagem da astrofotografia amadora. A verdadeira virada ocorreu em 2002. Depois que a Fujifilm anunciou sua FinePix S2Pro DSLR e exibiu incríveis fotos astronômicas tiradas por esta câmera, as pessoas começaram a explorar seriamente as DSLRs para astrofotografia. As DSLRs podem fornecer feedback em tempo real, o que é muito importante para iniciantes. Eles têm sensibilidades não muito piores do que CCDs, e DSLRs com sensores grandes (APS-C) são bastante acessíveis hoje em dia. O panorama atual da astrofotografia é moldado por uma série de DSLRs baseados em CMOS da Canon, mas DSLRs e câmeras sem espelho baseadas em sensores Sony estão ganhando popularidade muito rapidamente.
Por causa do meu trabalho, tenho oportunidades de usar uma ampla gama de instrumentos de imagem, de câmeras CCD multimilionárias em grandes telescópios profissionais a câmeras CCD amadoras e DSLRs. Meu treinamento em pesquisa astronômica também me fornece conjuntos de ferramentas para avaliar quantitativamente o desempenho dos sensores e saber seus verdadeiros limites. Isso ajuda não só minha pesquisa, mas também meu hobby de vida, astrofotografia. No lado do hobby, eu uso principalmente DSLRs (Canon 5D Mark II e Nikon D800) por seu alto desempenho e preços acessíveis. Para obter os melhores resultados de astrofoto, os filtros internos das DSLRs são modificados para ter maior rendimento no vermelho escuro, para que possam ser mais eficientes no registro da luz vermelha do gás hidrogênio ionizado no universo. Além dessa modificação do filtro, as DSLRs usadas para astrofotografia não são diferentes das DSLRs que usamos diariamente.
Uma preocupação muito comum sobre o uso de DSLRs em astrofoto é o ruído térmico gerado pelos sensores. Câmeras CCD resfriadas a -20 ou mesmo -40 graus C não apresentam tais problemas. No entanto, todos os sensores CMOS produzidos nos últimos cinco anos têm ruído térmico muito baixo. Sob a mesma temperatura do sensor, seu ruído térmico é na verdade muito menor do que CCDs comuns em câmeras astronômicas. Outro fator importante que muitas pessoas ignoram são as fontes de ruído, além do calor no sensor, uma das quais é o ruído de fóton gerado pelo próprio céu. Com os DLSRs mais recentes em muitas circunstâncias, o ruído do fóton do céu frequentemente supera o ruído térmico, tornando o resfriamento desnecessário. Apenas em lugares que são quentes e escuros (como os desertos no sudoeste dos Estados Unidos), o resfriamento é necessário para explorar totalmente o céu escuro.
Procedimento geral
O fluxo de trabalho na astrofotografia é bastante diferente daquele da fotografia diurna. Como nossos alvos são muito fracos, precisamos nos expor por alguns minutos ou mesmo algumas horas, para coletar sinais fotográficos suficientes de nossos alvos. No entanto, o fundo do céu geralmente é tão alto que satura a imagem quando a exposição é superior a 10 minutos ou mais (isso é especialmente verdadeiro sob um céu poluído pela luz). Portanto, o que fazemos é quebrar a longa exposição em muitas mais curtas (alguns a 10 minutos) para evitar a saturação e, em seguida, empilhar (média) as imagens de curta exposição no pós-processamento para combinar seu sinal. Isso dá um resultado que é equivalente a uma exposição muito longa.
No telescópio, uma vez que a montagem equatorial é configurada e alinhada ao Polaris, o que geralmente fazemos é primeiro usar uma estrela brilhante para focar. Isso costumava ser uma tarefa muito desafiadora, mas agora é muito fácil com a função de visualização ao vivo do DSLR. Em seguida, movemos nosso telescópio / lente para apontar para o nosso alvo. Geralmente podemos ver facilmente nossa constelação alvo através do visor da câmera se usarmos uma lente grande angular ou teleobjetiva curta. Por outro lado, se usarmos uma teleobjetiva longa ou um telescópio para atirar em objetos do céu profundo, os alvos geralmente são muito fracos para serem vistos diretamente. Alguns testes de exposições curtas com ISO muito alto podem ajudar a verificar nosso enquadramento. Feito isso, simplesmente disparamos muitas exposições longas por meio de um computador ou do disparador do temporizador. Como mencionado acima, os tempos de exposição típicos variam de alguns a 10 minutos, dependendo da velocidade de nossa lente e da escuridão do céu. Um ISO muito comumente usado é 1600. No entanto, com DSLRs recentes com sensores Sony, é possível usar ISO 800 ou até 400 e ainda obter resultados muito bons após o pós-processamento. A vantagem de ISOs mais baixos é, obviamente, sua faixa dinâmica mais alta. Nem é preciso dizer que sempre filmamos em RAW.
Além das exposições no céu, também tiramos muitas imagens de “calibração” para remover o sinal indesejado do céu, da ótica e da câmera. Por exemplo, tiramos exposições em objetos com brilho uniforme (como um dia sem nuvens ou céu crepuscular, ou um grande painel de LED) depois. Essas imagens (chamadas de “campo plano”) podem ser usadas para corrigir a vinheta causada pela lente / telescópio nas imagens no céu, para restaurar o brilho uniforme do fundo. No início ou no final da noite, cobrimos totalmente a lente / telescópio e tiramos exposições “escuras” quando a câmera está na mesma temperatura das fotos no céu. Essas imagens escuras podem ser usadas para remover o sinal térmico nas imagens no céu. Isso é essencialmente o mesmo que a redução de ruído de longa exposição na câmera da maioria das DSLRs, mas fazemos isso manualmente para evitar o desperdício do precioso tempo noturno. Também fazemos exposições extremamente curtas (1/8000 seg) (chamadas de “polarização”) quando a lente está totalmente coberta, para levar em conta qualquer sinal que a câmera gera quando não há luz e também não há tempo para o sinal térmico se acumular. Como as exposições no céu, pegamos várias (de algumas a várias dezenas) exposições planas, escuras e enviesadas e as calculamos para diminuir qualquer ruído aleatório nas imagens para melhorar a qualidade do sinal. Existem muitos pacotes de software (como DeepSkyStacker, que é gratuito) que podem processar as imagens no céu, campo plano, escuro e polarizado e empilhar as imagens calibradas no céu para formar uma imagem muito profunda, limpa e alta imagem de faixa dinâmica. Tudo isso deve ser feito a partir de arquivos RAW, pois as imagens JPEG.webp não são lineares e não permitem a remoção precisa de sinais indesejados.
Após a calibração básica e empilhamento de imagens, usamos um software como o Photoshop para processar posteriormente as imagens empilhadas. Normalmente, é preciso uma curva muito forte e um alongamento de saturação para trazer à tona os detalhes tênues em uma imagem astronômica empilhada. Também requer muita habilidade e experiência para conseguir isso, mantendo as cores precisas e uma aparência natural da imagem. É essencialmente como processar manualmente uma imagem RAW do zero, sem depender de nenhum mecanismo de processamento bruto. Não é incomum gastarmos mais tempo no processamento de uma imagem do que no tempo de exposição, e o pós-processamento costuma ser o que separa os astrofotógrafos de primeira linha dos normais.
Exemplos de campo amplo
Exemplos Deep-Sky
Este post convidado foi contribuído por Wei-Hao Wang, um astrônomo que trabalha em um instituto de pesquisa nacional de Taiwan, e atualmente está visitando o telescópio Canadá-França-Havaí na Grande Ilha do Havaí. Ele também é astrofotógrafo e começou esse hobby em 1990. Uma coleção de suas astrofotos recentes pode ser encontrada aqui.