Cum fotografiem galaxia Andromeda (M31) cu o cameră DSLR/Mirrorless sau cu o cameră dedicată astro

Andromeda este cea mai apropiată galaxie de Calea Lactee, fiind situată la 2.6 milioane de ani-lumină. Numele ei este același cu al constelației din care face parte și este preluat din mitologia greacă reprezentând-o pe soția lui Perseu.

Atracția gravitațională dintre galaxia noastră și Andromeda va face ca acestea să se unească peste aprox. 4.5 miliarde de ani formând o nouă galaxie. Până atunci, ea rămâne unul dintre obiectele cele mai luminoase din catalogul Messier (M31) și o țintă spectaculoasă atât pentru astrofotografii începători cât și pentru cei avansați. Pentru mine Andromeda a reprezentat debutul în domeniul astrofotografiei în iulie 2022 când am fotografiat-o cu un DSLR obișnuit de pe trepied. A fost primul subiect de astrofotografie ...așadar am o atracție specială pentru ea.

Având o dimensiune aparentă mare (3.2º x 1º), se poate fotografia cu focale mici (100-400mm), atât cu obiective foto cât și cu mici telescoape. Obiective zoom de tipul Canon/Nikon/Sigma 70-200, 70-300, Canon 100-400 sau Tamron/Sigma 150-600, sau fixe de tipul Samyang 135mm pot fi utilizate cu succes.

Teoretic, galaxia Andromeda este vizibilă cu ochiul liber din zonele fără poluare luminoasă, cu cer negru. Deși știu unde să o caut pe cer, până acum eu n-am văzut-o direct, doar am fotografiat-o. Probabil n-am avut parte de un cer sub bortle 3...

Am fotografiat galaxia Andromeda de 4 ori, din fiecare sesiune foto învățând câte ceva:

Sesiunea 1 - iulie 2020, Orlești-Vâlcea, Bortle 4
Prima încercare de a fotografia o galaxie, prima încercare de astrofotografie pentru mine:

Am fotografiat pentru prima dată galaxia Andromeda în iulie 2020, fără star-tracker, direct de pe trepied folosind un DSLR Canon 7D (nemodificat astro, adică unul standard) și un obiectiv Canon EF 85 1.2 L @1.2. Am facut 31 expuneri la ISO 1600 de 5 secunde fiecare, apoi le-am suprapus folosind Starry Sky Stacker pe Mac. Așadar un timp de integrare de 5 x 31=155 sec = 2.5 min.

Deși imaginea finală era extrem de slabă, pentru mine a fost un rezultat revelator: nu-mi venea să cred că se poate fotografia o galaxie cu un astfel de echipament. Până atunci nu știam că imagini spectaculoase cu nebuloase sau galaxii se pot face și cu aparatură modestă. Credeam că astfel de fotografii cu spațiul cosmic se fac doar din observatoare astronomice. Însă am avut norocul să descopar tutorialele lui Peter Zelinka în care acesta explica foarte clar cum se poate fotografia o galaxie sau o nebuloasă folosind un star-tracker și un DSLR împreună cu obiective foto.

Așa a început pentru mine drumul în ale astrofotografiei... Este drept că mai făcusem fotografii cu Calea Lactee din zone montane, iar imaginile făcute noaptea m-au fascinat mereu. Însă nu încercasem niciodată ceea ce se numește fotografie de tip DSO (Deep Sky Object).

Un aspect dificil a fost învățarea cerului, adică identificarea unor repere celeste (stele luminoase din constelații) pe care să le folosesc pentru a identifica subiectele fotografiate. Îmi amintesc că la început dura chiar mai mult de 1 oră găsirea pe cer a țintei. Odată am renunțat frustrat după mai bine de 1.5 ore de căutat Andromeda pe cer cu al meu Canon 7D și obiectivul Sigma 150-600 la 150 mm...

Sesiunea 2 - 21 iulie 2021, Orlești-Vâlcea, Bortle 4:

După ce am cumpărat un star-tracker (SkyGuider Pro cu iPolar) am refotografiat Andromeda. De această dată am avut 36 cadre de 1 min și 20 sec fiecare pe care le-am suprapus + 3 cadre dark. Am folosit iso 1600, obiectivul Sigma 150-600 Contemporary, @400mm, f/6.3. Am avut un timp de integrare de 48 minute.

Deja observasem câteva îmbunătățiri: în primul rând nu mai aveam un star-trails evident (stele alungite). Apoi rezoluția și claritatea detaliilor erau mult mai bune folosind o focală mai mare. Dar procesarea era încă extrem de rudimentară.

Sesiunea 3 - 31 iulie 2021, Grădiștea de Munte, Bortle 3:

Această încercare de a fotografia galaxia Andromeda a fost cea mai reușită din anul 2021. Fusese prima oară când făcusem progrese...minore.

Am folosit același star-tracker SkyGuider Pro împreună cu Canon 7D și am avut 38 cadre la iso 3200 a câte 2 minute fiecare, 3 cadre dark. Obiectivul Sigma 150-600 la f/6.3 și focală de 400mm. Pe atunci nu știam să fac ghidare. Timp integrare: 1 ora și 16 min. Mi se părea că o sesiune foto durează foarte multe ore... De fapt timpul de integrare era extrem de scurt și ar fi fost necesare încă vreo 2-3 ore minim.

Mult timp, acestea au fost cele mai bune imagini ale mele cu Andromeda. Am început să experimentez și cu PixInsight, un program foarte bun, însă destul de dificil de utilizat, mai ales la început, deoarece are o interfață total diferită de cea obișnuită din Photoshop.

Sesiunea 4 - 29 octombrie 2022, Orlești-Vâlcea, Bortle 4:

S-au schimbat câteva aspecte între timp: identific subiectul mult mai simplu folosind algoritmii de Plate-Solving oferiți de AsiAir+, am îmbunătățit axa de declinație a star-trackerului permițându-mi să rotesc foarte precis angrenajul pe această axă și fac o echilibrare mult mai exactă a aparatelor atât pe RA cât și de DEC (deseori procedeul de echilibrare durează peste 30 min; mi-am dat seama că fără acest pas făcut foarte corect, întreaga noapte poate fi un eșec). De asemenea, învățând mai bine PixInsight, se pot observa îmbunătățiri evidente în procesul de prelucrare imagini.

Am utilizat echipament superior: camera color Zwo Asi 533 MC-PRO, răcită la -10C, același SkyGuider Pro cu iPOlar, ghidare pe axa RA, minicalculator AsiAir+, obiectiv Sigma 150-600 @200mm, f/7.1 impreuna cu un filtru antipoluare luminoasa Optolong L-Pro.

Timp integrare: 6 ore si 27 min. Am colectat 129 cadre de 3 min fiecare, 20 cadre Flat și 100 cadre Bias. Am început la 19:30 și am încheiat pe la 02:30 dimineața.

Abia acum mă declar mulțumit de rezultat, deși se poate și mai bine ...

Eu folosesc două repere celeste: constelația Cassiopeia și constelația Andromeda.
Atenție: a nu se confunda galaxia Andromeda - M31 (subiectul nostru) cu constelația Andromeda. Aceasta din urmă, evident, ocupă o zonă mult mai largă din cer și este formată din numeroase stele ușor vizibile.

PAS 1) Mai întâi identific pe cer constelația Cassiopeia care are acea formă ușor recognoscibilă de "W" sau "M" întors. Trasând o linie imaginară pe o lungime cât Cassiopeia în direcția indicată de unghiul de sus al "W"-ului Cassiopeiei (așa cum am indicat în imaginea alăturată) putem găsi cu aproximație poziția galaxiei Andromeda.
PAS 2) Odată identificată zona din cer unde vom căuta galaxia, trecem la pasul al 2-lea, un pas mai precis. Identificăm cele 2 stele din mijlocul constelației Andromeda și trasăm o linie imaginară între acestea prelungind-o pe o distanță egală cu distanța dintre cele 2 stele (vezi imaginea).

- În felul acesta putem identifica cu o precizie acceptabilă poziția galaxiei M31.

Cei care sunt obișnuiți cu cerul pot sări peste primul pas și pot identifica galaxia M31 luând ca reper doar cele 2 stele din constelația Andromeda.
Pasul 1) este util începătorilor care au probleme în găsirea constelației Andromeda, dar care, cu siguranță, pot identifica foarte simplu Cassiopeia.

Perioada de fotografiat Andromeda este din a 2-a parte a lunii iulie până în noiembrie. Am fotografiat galaxia în iulie, august și octombrie. Luna octombrie mi se pare perfectă pentru acest subiect: temperatura este încă plăcută iar nopțile sunt suficient de lungi astfel încât să te poți apuca de fotografiat devreme.

Andromeda este mare (3.2º x 1º, ceea ce permite focale reduse) și luminoasă (magnitudine 3.4, ceea ce permite timpi mai mici de integrare). Este genul de țintă care se poate fotografia și cu un DSLR nemodificat, adică cu un aparat foto normal, așa cum se vede și-n articolul de față. Dacă avem un star-tracker (nu neapărat o montură cu Go-To), un aparat DSLR/Mirrorless și dacă avem un total de minim 2-3 ore de integrare într-o zona cu cer bortle<6 ne putem aștepta la un rezultat acceptabil. Evident procesarea cadrelor este la fel de importantă ca și achiziția datelor.

Este indicată o cameră color (DSLR/Mirrorless) modificată astro sau o camera color astronomică. Se poate folosi și o cameră astronomică mono, dar pentru începători mi se pare că întregul proces s-ar complica fiind necesare filtre L R G B, iar apoi imaginea finală este rezultanta expunerilor pentru fiecare filtru.

Dacă utilizăm o cameră astronomică de obicei se utilizează și un filtry UV/IR (dacă cerul nu are poluare luminoasă) sau un filtru anti-poluare luminoasă, dacă cerul nu este suficient de negru, așa cum am folosit și eu: Optolong L-Pro.

Timpii de expunere nu trebuie să fie foarte lungi. Chiar și cadre de 1 minut sunt suficiente, dacă strângem destule. Este important să alegem un ISO/Gain adecvat (se poate încerca cu ISO 400-3200) care să permită un dynamic range mare pentru a nu supraexpune centrul galaxiei care este foarte luminos în comparație cu extremitățile. De asemenea este foarte important să tragem cadre de calibrare: în primul rând Flat-Frames, dar și Dark-Frames sau Bias-Frames. Pentru cadrele Flat folosesc tableta pe care rulează aplicația AsiAir-ului pe care o utilizez pe post de panou luminos (o așez cu ecranul în jos peste obiectiv și afișez pe aceasta o imagine complet albă). Cadrele Flat elimină vignetarea obiectivului și petele cauzate de praful depus pe senzor, filtre sau lentile.

Înainte de a începe sesiunea foto am verificat umiditatea și prognoza pentru rouă oferite de aplicația Clear Outside și văzând că sunt șanse mici de a se depune rouă am decis să nu folosesc încălzitoare care complică angrenajul și îngreunează aparatura crescând șansele de a avea erori de ghidare la star-tracker. În zonele de munte/deal există mereu un risc să se aburească obiectivul/telescopul.

Cei care sunt avansați, pot face 2 sesiuni foto pe care să le combine. Una în care fotografiază color galaxia și încă una în care utilizează un filtru H-alpha. Suprapunând imaginea H-alpha peste Andromeda vor apărea zone de culoare roșie (ca niște insule roșiatice) generând astfel o imagine mai spectaculoasă. Încă nu am încercat această tehnică.

În ultima sesiune foto dedicată Andromedei am utilizat un obiectiv Sigma 150-600 Contemporary la 200mm, f/7.1, o cameră Zwo Asi 533 MC-Pro răcită la -10C și un filtru anti-polure luminoasă Optolong L-Pro. Am avut o rezoluție de 3.88 arcsec/pixel. Gain-ul camerei l-am setat la 101 (gain - unitate).

Star-tracker-ul iOptron SkyGuider Pro s-a descurcat admirabil, obținând expuneri de 3 minute cu stele rotunde. Probabil aș fi putut extinde expunerea la 4 minute și tot aș fi avut stele circulare... Alinierea polară precisă împreună cu echilibrarea acestuia pe axa de rotație și declinație fac diferența dintre o noapte reușită și una pierdută. Deseori aloc peste 30 minute unei echilibrări corespunzătoare a star-tracker-ului.

Ca de obicei ASIAIR+ este creierul întregului ansamblu prin intermediul căruia se execută majoritatea operațiunilor: verificarea focusului, identificarea punctului de pe cer spre care este îndreptat teleobiectivul prin algoritm de PLATE-SOLVING, setarea camerei (nr. cadre, timp expunere, Gain), ghidare.

De asemenea am folosit o cameră de ghidare ZWO ASI 120 MM mini, trepiedul Manfroto CX PRO3 și 2 baterii dedicate (Baterie Omegon Pro Powerbank 96k LiFePO4 307Wh 12V + Celestron Powertank Lithium Pro LiFePO4 159Wh). Una din baterii este pentru alimentarea răcirii camerei și cealaltă pentru AsiAir+.

Primul pas este încărcarea cadrelor (Light, Flat, Bias etc.) în Pixinsight Script >> Batch Processing >> WeightedBatchPrepocessing pentru a suprapune cadrele, urmând ca programul să exporte un singur cadru final cu care vom lucra. Prefer varianta aceasta mai simplă, fără prea multe setări, deși sunt multe alte optiuni de suprapunere (inclusiv în PIXINSIGHT) mai avansate. Sunt și alte soft-uri: DeepSkyStacker (cel mai utilizat software pt. Windows), SIRIL (Windows, Linux și Mac) sau Starry Sky Stacker (Mac).

Câțiva din pașii de prelucrare din PixInsight asupra cadrului master-light final:

• Screen Transfer Function (STF) ...pentru a vedea imaginea
• Dynamic Crop
• Background Neutralization ... pentru eliminarea tentei verzuie
• Color Calibration
• SCNR
• Photometric Color Calibration (deși nu este necesar)
• Dynamic Background Extraction ... cu alegerea manuala a punctelor pentru eliminarea gradientului cauzat de poluarea luminoasa
• Starnet2 ...pentru generarea a 2 cadre: cadrul fără stele și cadrul cu stele. Din acest moment toate prelucrările se vor face asupra cadrului fără stele.
• Extract Cie L* component... se generează și se aplică o mască de luminanță pentru a continua prelucrarea doar asupra galaxiei
• Curves Transformation ... pentru mărirea saturației și îmbunătățirea culorilor
• eventual HDR MultiScale Transform ... pentru a expune mai bine centrul galaxiei
• Apoi se suprapun cadrele, cel fără stele peste cel doar cu stele, folosind PixelMath
• Se transformă imaginea din stare liniară în non-liniară și se exportă în Tiff
• Eventual se execută procedee de micșorare a stelelor, fie utilizând Morphological Transformation, fie folosind noile scripturi gata făcute de Bill (AnotherAstroChannel) descrise in filmul lui Lukomatiko. Scripturile se pot descărca de aici.

Mai jos se pot vedea mai multe cadre:
- un cadru neprelucrat (.FIT) fotografiat cu ASI 533 MC-PRO la 3 min
- cadrul master rezultat în PixInsight după suprapunerea tuturor cadrelor, neprelucrat. Gradientul este evident.
- cadrul master prelucrat final din care s-au extras stelele.
- cadrul doar cu stele