Astrofotografia: introduzione

Benvenuti in questo tutorial di introduzione all’astrofotografia: un viaggio a 360 gradi per avere un quadro completo di questo interessante, ma assai complesso, campo della ripresa fotografica.

Si tratta infatti di un mondo che certamente include la fotografia, ma anche molto di altre discipline scientifiche, prima tra tutti l’astronomia, ma anche fisica, ottica, meccanica. Per questo si tratta di un settore estremamente complesso e ricco di insidie per chi inizia.

Essendo inoltre un mondo molto costoso, addirittura più di quello già assai ingordo di soldi quale è la fotografia classica, qualsiasi errore di valutazione può portare a spendere un sacco di soldi inutilmente.

Per questo è fondamentale – e lo dico per esperienza personale – avere un quadro completo della situazione e conoscere da subito limiti, problematiche e necessità oggettive di questo affascinante hobby.

Premessa doverosa: essendo un tutorial di introduzione, rivolto a chi è davvero a digiuno di conoscenza su questo argomento, tutto viene reso estremamente sintetico e semplificato. Non se ne vogliano quindi a male i più esperti.

Astrofotografia: cosa si fotografa

Innanzitutto scopriamo cosa sia in termini pratici l’astrofotografia.

Questo termine indica un genere di fotografia che si occupa di una gamma di soggetti davvero molto ampia e variegata, ma tutti accomunati da un fattore specifico: si trovano nello spazio, ossia fuori dall’atmosfera terrestre.

Il primo approccio lo facciamo andando a conoscere da vicino questi soggetti. Per comodità li dividiamo in tre grandi famiglie, non per tipologia, ma sulla base della loro collocazione nello spazio. I tre ambiti sono:

• sistema solare
• Via Lattea (la nostra galassia)
• spazio esterno alla Via Lattea

Vediamo ora cosa ci si trova e – in linea generale – come si fotografa.

Astrofotografia nel sistema solare

Nel sistema solare abbiamo tre tipi di soggetti:

• Sole
• Luna
• pianeti

Ciascuno di essi richiede un approccio diverso per la fotografia. Premesso che per tutti è necessario un telescopio, ovviamente, per ciascuno ci sono poi differenze su lunghezze focali, tecniche di ripresa e altri accorgimenti speciali.

Vediamoli in breve

Il Sole si fotografa di giorno, ed è l’unico ad avere questa caratteristica. Serve sempre un apposito filtro solare posto davanti alla lente frontale del telescopio, che sia in grado di bloccare gran parte della enorme quantità di luce in arrivo.

Nota: mai, ripeto mai, guardare o inquadrare il sole direttamente senza lo speciale filtro solare davanti all’obiettivo o telescopio. Rischiate di rovinarvi per sempre la vista in una frazione di secondo.

La Luna si fotografa in due modi: intera o in dettaglio. Per averla inquadrata intera – magari durante un eclisse – è sufficiente un teleobiettivo classico, diciamo una focale oltre il 300mm, ovviamente con successivo crop. Per fotografarne crateri e mari servono invece focali elevatissime.

Con i pianeti il discorso si fa più articolato. Nello spazio, e quindi in astrofotografia, le dimensioni contano. Ma conta anche la distanza. Quindi, meglio dire che contano le dimensioni apparenti e non quelle assolute, ossia dimensioni rispetto alla distanza.

Soggetti grandi a grande distanza ci risulteranno piccoli. Mentre quelli piccoli, ma a distanze minori, potrebbero apparirci uguali o persino più grandi dei primi.

Pensate semplicemente a Luna e Sole. La prima è infinitamente più piccola del secondo, ma in cielo ci appare quasi uguale.

Lo stesso vale per la luminosità, sempre da correlare con la distanza.

Marte e Venere sono piccolini rispetto ai giganti gasosi Giove e Saturno, ma essendo molto più vicini ci appaiono di dimensioni simili. Sono questi i 4 pianeti alla portata fotografica dei nostri strumenti amatoriali.

Urano e Nettuno, pur essendo molto grandi, sono troppo lontani per avere una dimensione apparente alla nostra portata. Plutone è ormai un ex-pianeta, e comunque è ancora più piccolo e distante dei primi due: praticamente un puntino nel buio.

Astrofotografia nella Via Lattea

La Via Lattea, come saprete, è una della tante galassie dell’universo. Ma è anche quella in qui si trova il nostro sistema solare. Quindi ci siamo letteralmente dentro, assieme a una enorme gamma di oggetti.

Questo ci permette di avere a portata di telescopio un gran numero di cose interessanti da fotografare.

Si tratta di soggetti dalle dimensioni enormemente variabili, dalle nebulose planetarie agli ammassi stellari, dalle supernovae fino alle enormi nubi stellari, passando per una incredibile varietà di nebulose dalle forme più strane.

Queste ultime – coi loro nomi fantasiosi – offrono in assoluto la gamma di oggetti più belli e affascinanti di cui occuparsi se si fa astrofotografia.

Le focali necessarie vanno da quelle di un normale teleobiettivo fotografico fino a migliaia di mm necessari per gli oggetti più piccoli.

Astrofotografia nello spazio esterno

Qui, nel grande vuoto oltre la Via Lattea, ci sono miliardi di galassie, e ciascuna in teoria sarebbe altrettanto ricca di oggetti come nebulose e ammassi stellari come lo è la nostra. Ma la distanza gioca a nostro sfavore.

Sono tutte talmente lontane da essere a malapena visibili, quindi quello che contengono è fuori dalla nostra possibilità di visione Pensate che solo una manciata di galassie è infatti alla portata di normali telescopi amatoriali, mentre un paio si possono fotografare anche con normali teleobiettivi.

Ma la maggioranza (di quelle più vicine, ovviamente) è visibile solo a grandi osservatori o ai telescopi spaziali. Quelle oltre una certa distanza sfuggono persino alla vista di strumenti superbi come il James Webb space telescope (JWST).

In termini di focali, escluse alcune galassie che ci appaiono abbastanza grandi, prima tra tutte Andromeda, le altre alla nostra portata ottica richiedono focali molto elevate.

Astrofotografia: come si fotografa

Dopo questa breve carrellata sui nostri possibili soggetti, andiamo a vedere come si fa in pratica l’astrofotografia, ossia come si fotografano pianeti, galassie e nebulose.

Come fotografare le nebulose

Le nebulose sono sostanzialmente delle colossali “nuvole” di materia cosmica addensate nel vuoto dello spazio.

Possono essere luminose (si comportanto come una lampade neon: gas che diventano luminescenti sotto l’azione di energia) oppure oscure. Queste ultime sono meglio visibili quando hanno dietro una “nube” luminosa che ne evidenza la forma.

Indipendentemente dalla focale del telescopio necessario per inquadrarle, si fotografano facendo una serie di scatti successivi, che vengono poi interpolati mediamente un procedimento detto stacking.

Serve a ridurre il rumore e aumentare il rapporto tra “luce e sfondo”, detto in parole molto semplici. Piu scatti abbiamo da interpolare, migliore sarà il risultato fnale.

Non si usa quindi un singolo scatto come nella fotografia tradizionale.

Inoltre, raramente si fotografa a colori. Si, sembra strano ma è così. Non che non si faccia in astrofotografia, ma per le nebulose di solito si preferisce un sistema diverso.

Tutto nasce dal fatto che le nebulose luminose (non quelle oscure… che sono scure) emettono tre colori specifici di luce. Essi sono originati da altrettanti specifici gas, di cui l’universo è ricchissimo, che vengono resi luminosi quando sono investiti da energia.

Come dicevamo è lo stesso principio dei tubi al neon. Li dentro abbiamo gas neon, nei fari delle auto – ad esempio – gas xenon, mentre nelle nebulose troviamo tantissimo:

• ossigeno
• zolfo
• idrogeno

Per la precisione troviamo delle loro “varianti”, chiamate scientificamente:

• idrogeno alfa – Ha
• ossigeno 3 – O3 oppure OIII
• zolfo 2 – S2 oppure SII

Ciascuno di essi, quando diventa luminoso sotto l’azione di energia, emette luce di uno specifico colore. Tono del:

• rosso per SII
• rosso/arancio per Ha
• azzurro per OIII

Questi sono dunque i colori reali che vediamo se facciamo una foto a colori classica. Il risultato, salvo per alcune nebulose, è abbastanza anonimo.

Il metodo fotografico preferito è invece quello di usare una fotocamera monocromatica, ossia bianco e nero, sulla quale si applica un filtro che lascia passare solo uno dei 3 colori emessi dai nostri 3 gas di cui parlavamo poco fa.

Quindi, prima si fa una serie di foto bianco e nero con un filtro che vede solo il colore di Ha, poi quello che vede il colore di OIII e infine quello per vedere SII.

Sono 3 serie di foto. Le interpoliamo poi serie per serie con lo stacking, per ridurre il rumore e aumentare il rapporto luce/sfondo. Alla fine di questo processo ci troveremo con tre foto bianco e nero, una per ciascun gas.

Ognuna di queste 3 foto viene assegnata a uno dei colori del sistema RGB: rosso, verde e blu. In pratica, ognuna delle tre immagini (dello stesso soggetto) bianco e nero diventa uno dei tre canali RGB che conosciamo, ad esempio, in Photoshop.

In questo modo si crea una immagine a colori molto spettacolare, che permette peraltro di rendere visibili le zone in cui sono i vari gas (per scopi scientifici è molto importante).

Questa ricombinazione viene detta metodo dei “falsi colori” perche origina appunto colori non reali.

A seconda di come vengono assegnati R, G e B alle tre foto bianco e nero, abbiamo una specifica palette. La più celebre è detta Hubble palette, perchè è quella usata dai tecnici NASA per ricombinare le riprese di Hubble telescope.

Hubble, JWST e i grandi telescopi degli osservatori effettuano infatti riprese bianco e nero con filtri.

Per fare queste foto con filtri servono fotocamere astronomiche bianco e nero + i relativi filtri passa banda per ciascun colore. Sono soldi. Tanti soldi.

Si può optare anche per una fotocamera astronomica a colori, ma costa sempre tantissimo, e il risultato per le nebulose non è parimenti spettacolare.

La normale fotocamera può essere usata per la basica foto a colori, ma il suo sensore (a meno di non modificarla) è poco sensibile all’emissione di Idrogeno alfa (Ha), quindi ne perde buona parte.

Come fotografare le galassie

Le galassie sono meno interessanti in termini di colori rispetto alle nebulose, per cui è possibile fotografarle direttamente a colori. Nel loro caso conta la forma.

Inoltre, le loro emissioni Idrogeno alfa sono meno eclatanti, quindi usare normali fotocamere è abbastanza soddisfacente, anche se certamente non ottimale.

Per contro – tranne per un paio che hanno dimensioni apparenti notevoli – è necessario usare focali molto molto elevate, con tutti i problemi tecnici che questo comporta.

Come fotografare gli ammassi stellari

Per gli ammassi stellari, in inglese star cluster, vale grossomodo quanto detto per le galassie. Tranne il fatto che sono molto più vicini seppur infintamente più piccoli. Ma conta la dimensione apparente, e qui vince. Anche loro si possono tranquillamente fotografare a colori, persino con una normale fotocamera.

Come fotografare i pianeti

I pianeti, infine, non si fotografano in senso classico. Si, certo, con un potente teleobietto sulla nostra fotocamera possiamo divertirci a inquadrare Giove, con le sue lune piu grandi, o Saturno, coi suoi anelli, e fargli uno scatto. Qualcosa vedremo, ovvio, ma saremo ben lontani da una immagine soddisfacente.

Per avere un buon risultato dobbiamo usare focali enormi e soprattutto un sistema di ripresa basato su sequenze video, da cui si estraggono poi i singoli fotogrammi e si interpolano per ottenere una immagine fotografica di qualità. Quindi sono riprese video e non scatti.

In questo caso di procede direttamente a colori, salvo per scopi più strettamente scientifici.

Gli strumenti dell’astrofotografia

Dopo aver visto l’aspetto più strettamente fotografico, diamo un occhio alle attrezzature. E preparate il portafogli.

Abbiamo visto che serve un telescopio (per alcuni soggetti può bastare anche un semplice teleobiettivo) associato a una fotocamera.

Sappiate che i risultati di qualità si ottengono solo con fotocamere astronomiche.

Si possono anche usare (ma non con risultati di pari qualità) fotocamere tradizionali modificate per astrofotografia. Persino le non modificate possono scattare, certo, ma la qualità è ancora minore, soprattutto in termini di resa dei colori perchè non vedono il rosso di Ha, che è diffusissimo nell’universo.

Le fotocamere astronomiche sono speciali perchè hanno un sistema di raffreddamento del sensore che non esiste nelle relfex e mirrorless. Questo riduce in maniera incredibile il rumore nelle riprese, che sono sempre a sensibilità elevatissime.

Abbiamo visto che possono essere a colori o in bianco/nero (associandole ad appositi filtri). Il loro costo è sempre molto elevato. Nel caso delle BN dovete aggiungere il costo dei filtri e del porta filtri rotante, necessario per cambiarli a ogni serie di riprese senza dover smontare tutto.

Una volta assemblato il sistema telescopio+fotocamera, vi serve un sostegno. E non un semplice cavalletto.

Perchè apparentemente il cielo ruota, le stelle sembrano muoversi. Anche se in realtà il cielo è fermo ed è la Terra a ruotare dandoci questa sensazione di stelle in perpetua corsa, per noi esiste comunque un movimento.

Quindi dobbiamo inseguire le stelle mentre le fotografiamo. Perchè i tempi di scatto sono lunghissimi, parliamo di minuti e si può arrivare tranquilamente a 600 secondi per ciascuna foto.

Per inseguirle serve una montatura astronomica: una sorta di cavalletto molto evoluto con 2 assi di movimento e 2 sistemi motorizzati. Molto pesante, molto costoso.

La montatura deve essere guidata nelle lunghe pose, quindi serve un minicomputer dedicato o un PC portatile connesso. E il suo inseguimento va monitorato in tempo reale e, se serve, corretto secondo per secondo.

Per cui serve il sistema di autocorrezione della guida: un secondo piccolo telescopio, con una sua specifica fotocamera connessa al computer di guida, che a sua volta dialoga con la montatura.

Fatevi due conti di quanto avete speso fino a ora.

Astroinseguitore

Esiste anche una alternativa più semplice, e si chiama astroinseguitore. Si tratta di una versione semplificata della montatura, che quasi sempre lavora solo su uno dei due assi di rotazione.

Costa meno, pesa meno e ingombra meno. Certo, ma regge meno peso ed è meno adatta per pose lumghissime. Diciamo che va bene se usate una fotocamera tradizionale con un obiettivo. Non per telescopi e neppure per grandi teleobiettivi fotografici.

Prima di fotografare

Una volta che avrete tutto, non pensate che poi basti andare all’aperto e fare click. Le varie fasi, riassunte con ottimismo, sono:

Serve una notte di cielo perfettamente sereno, con meteo che dia tutta la notte stabile senza nuvole, senza Luna (a meno che non vogliate fotografare proprio lei).

Dovete scegliere un luogo con poca umidità atmosferica (montagna, lontano da mare e laghi) e al buio assoluto, lontano da centri abitati e da aree urbane con alto inquinamento luminoso.

Arrivate, montate l’attrezzatura e dopo aver provato tutto… dovete fare l’allineamento polare. Ossia dovete allineare l’asse di rotazione della vostra montatura astronomica con l’asse terrestre.

Credetemi, si tratta di una operazione estremamente complessa e difficile. Non credete a chi, esperto di anni, vi dice che basta poco. Le prime volte non riuscirete proprio. Poi piano piano si, ma ruba tanto tempo.

A seconda della strumentazione che avrete assemblato, ci sono varie procedure di allineamento.

Quella detta a tre stelle, tipica delle montatura Skywatcher, è un autentico calvario se non siete dei super esperti. Se invece usate un minipc dedicato, tipo le Asiair, allora ve la potete cavare più rapidamente, ma vi assicuro non è comunque facile.

Una volta allineata la montatura non la potrete più neppure sfiorare, pena dover ricominciare da capo.

E vi assicuro che l’allineamento deve esser perfetto; non preciso, ma assolutamente perfetto. Altrimenti non tiene pose lunghe, anche se avete il sistema di autocorrezione della guida (sarebbe quel secondo piccolo telescopio con relativa camera).

Dopo aver fotografato

Ammesso che tutto sia andato bene nella vostra notte di ripresa e abbiate riportato a casa le serie di scatti giusti, ora dovete postprodurre. Tralasciando tutto quello che riguarda il perfezionamento della foto finale, esiste un grosso lavoro da fare prima, per arrivarci.

Dalla ripresa avrete una (colore) o piu serie (bianco e nero con filtri) di scatti. Ma oltre agli scatti veri e propri, per l’astrofotografia è necessario fare alcuni tipi di scatti speciali:

• flat
• dark
• bias

Sono scatti speciali che servono a lavorare i raw.

I flat vanno fatti con una lavagnetta luminosa messa davanti al telescopio e con le stesse impostazioni degli scatti raw, ne servono almeno 20. Servono in sostanza a eliminare la vignettatura dello strumento ottico.

I dark sono fatti con il copriobiettivo montato, quindi sono appunto dark, neri. La fotocamera deve essere con le stesse impostazioni dei raw, compresi sensibilità (ISO) e tempo di scatto. E vanno fatti con la fotocamera alla stessa temperatura della notte di ripresa.

Se avete una fotocamera astro, che ha la temperatura regolata elettronicamente, li potete fare anche il giorno dopo a casa, riportando la camera alla stessa temperatura. Se avete usato una fotocamera tradizionale, allora li dovete fare sul campo la notte stessa. Anche questi almeno 20.

Il che significa che se avete scattato a 300 secondi, dovrete fare 20 scatti neri da 300 secondi… ossia almeno 100 minuti seduti in attesa, oltre a quello che avete atteso per fare le foto vere.

I bias sono i più facili: scatti con il tempo di posa più rapido possibile. Almeno 100.

Una volta che avete raw, flat, dark e bias li potete dare in pasto a un software specifico per astrofotografia che si occuperà, con vari passaggi, di arrivare all’immagine finale.

Conclusioni

Se vi siete stancati nel leggere questo tutorial introduttivo, immaginate quanto potrete stancarvi nel fare tutto quello che abbiamo visto fino a ora.

Se invece avete resistito e siete determinati a fare astrofotografia… allora vi aspetto con i tutorial tecnici specifici!