Messier 7: outro bom DSO para observação urbana

M7 é outro aglomerado aberto na região de Escorpião. Tem magnitude aparente 3,3 e pode ser observado a olho nu com alguma facilidade, mesmo de São Paulo - capital, onde moro e faço minhas observações e astrofotografias. Apesar da alta poluição luminosa é possível visualizar esse aglomerado a olho nu dado que as condições de transparência do céu estejam boas e os olhos muito bem adaptados ao escuro. Com binóculos e telescópios é fácil observá-lo. Um bom DSO para observação em ambiente urbano.

Messier 7 ou NGC 6475, esse aglomerado é também conhecido como Aglomerado de Ptolomeu visto que foi o próprio o primeiro observador a registrar o aglomerado ainda no século II. Mais informações podem ser obtidas na internet, por exemplo, na Wikipédia.

Por ser um DSO bem brilhante, assim como M6, é fácil fotografa-lo de meu ponto de observação. Usei a mesma rotina que usei em M6 para a captura de lights, flats, darks e bias. Com aproximadamente 30 lights de 30 segundos, 15 flats, 15 darks e 50 bias consegui a foto que vai abaixo.

M7 a partir de uma DSLR Canon EOS600D

Não usei nenhum tipo de filtro e para esse tipo de objeto talvez não seja necessário. Mas penso que será útil para nebulosas. Para alinhamento, calibração e integração das fotos eu usei o DSS e para o pós-processamento eu usei o Iris.

Equipamentos: meu telescópio, um Ritchey-Chrétien 200mm f/D8 e montagem Sirius EQ-G. As câmeras foram uma DSLR Canon EOS 600D (também conhecida como T3i no mercado americano) não modificada e, para guiagem, usei uma QHY5L-II acoplada em uma buscadora de 50mm.

O aspecto geral da foto me agradou bastante e impressionou: a quantidade de estrelas de fundo que são observadas é fantástica. Imagino essa foto feita de um local com baixa poluição luminosa! M7 também é um DSO "fácil" de fotografar e serviu para ir consolidando uma rotina de astrofotografia de DSO: com um método bem definido de guiagem, captura, calibração e pós-processamento. Ainda observei que as estrelas estão boas no centro do campo, até uns 70% (estimativa) do campo, mas nas bordas as estrelas estão alongadas. Preciso melhorar isso.

O Iris atendeu bem novamente, vamos ver no futuro como ele se comporta com um DSO mais complicado como uma nebulosa.

Messier 6: um DSO para fotografar sob poluição luminosa

M6 é um aglomerado aberto de estrelas. Ele está na constelação de Escorpião e com sua magnitude aparente em 4,2 pode ser observado a olho nu com alguma facilidade. São Paulo - capital, onde moro e faço minhas observações e astrofotografias, é a cidade com a poluição luminosa mais alta do Brasil, provavelmente da América Latina e, já li em algumas referências, do Hemisfério Sul do planeta. Mesmo nesse ambiente é possível visualizar esse aglomerado a olho nu dado que as condições de transparência do céu estejam boas e os olhos muito bem adaptados ao escuro. Com binóculos e telescópios a tarefa é bem fácil e muito gratificante.

Mas voltando a M6, Messier 6 ou NGC 6405, esse aglomerado é também conhecido como Aglomerado da Borboleta pela lembrança que a disposição de suas estrelas nos traz. Não vou falar muito sobre ele para não ser repetitivo. Já tem muita coisa na rede sobre isso e acessível a todos. Eu indico, por exemplo, a página da Wikipédia. 

Por ser um DSO bem brilhante é fácil fotografa-lo de meu ponto de observação. Escolhi nesse final de semana M6 como objeto para treinar a captura de lights, flats, darks e bias. Com aproximadamente 30 lights de 30segundos, 15 flats, 15 darks e 50 bias consegui a foto que vai abaixo. 

M6 a partir de uma DSLR Canon EOS600D

Não usei nenhum tipo de filtro, o que estou considerando começar a fazer para aumentar meu tempo de exposição individual. Para alinhamento, calibração e integração das fotos eu usei o DSS e para o pós-processamento eu usei o Iris. 

Equipamentos: meu telescópio, um Ritchey-Chrétien 200mm f/D8 e montagem Sirius EQ-G. As câmeras foram uma DSLR Canon EOS 600D (também conhecida como T3i no mercado americano) não modificada e, para guiagem, usei uma QHY5L-II acoplada em uma buscadora de 50mm. 

O aspecto geral da foto me agradou bastante. Apesar de ser um DSO "fácil" de fotografar fiquei especialmente satisfeito, pois esse foi o primeiro que fotografei com um método bem definido de guiagem, captura, calibração e pós-processamento. Com a coisa bem metódica fica fácil perceber os erros, os acertos e as oportunidades de melhoria. Deu para ver bem como essa óptica se comporta: no centro do campo, até uns 70% (estimativa) do campo, a qualidade é bastante boa, mas nas bordas as estrelas estão alongadas (defeito da óptica ou erro de colimação?). Deu para entender bem como a guiagem funciona, como ajustar o software de guiagem (PHD2) e como respondeu bem nesse setup. 

Comparando foto com foto percebe-se que a flexão é pequena e (para minha exigência atual) dá para usar a buscadora tranquilamente como telescópio guia. Além disso, deu para ver que essa montagem carregada com 75% do seu limite está OK (porém, realmente no limite para astrofoto). Outra coisa também é o tratamento da imagem: o DSS funciona que é uma maravilha quando usados os parâmetros corretos. O Iris é muito poderoso, mas acho que daria para extrair mais das fotos, não sei... Fico na dúvida se não faltou sinal para o tratamento ou se é limitação do Iris. Mas isso é algo que terei que trabalhar para decidir se tenho que partir para um Photoshop, por exemplo.

Enfim, gostei do resultado e da noite de trabalho com a astronomia amadora. Estou ansioso para a próxima sessão de observação e astrofotografia.

Astrofotografia de DSO: calibração de imagem

Essa história de astrofotografia contamina nossa mente. Ao longo das últimas semanas, tenho me dedicado a estudar e entender melhor os conceitos de astrofotografia, em especial fotografia de céu profundo, um novo desafio que coloquei na minha atividade amadora de astronomia. Bom, após alguns anos fotografando planetas – o que é bem interessante – me deparei um pouco cansado dessa modalidade. Ok, existem mudanças na atmosfera visível dos planetas, da posição de suas luas, ocultações, trânsitos… Mas depois de um tempo (e já estou desde 2002 na astronomia amadora) isso acaba ficando realmente repetitivo.

Para dar um tempero e evoluir na atividade, foi um caminho natural para mim ir para fotografia de longa exposição de DSOs. No meu caso, optei por usar um câmera DSLR não modificada para começar com esse tipo de astrofotografia (tenho estudado também o uso de câmeras planetárias para DSO). Eu já possuía uma dessas câmeras, uma Canon EOS600D (nome do mercado europeu, T3i no mercado americano) que uso regularmente para fotografia. Essa câmera é bastante popular na área de astrofotografia de DSO, que demanda longa exposição. Tem um custo mais acessível que uma câmera CCD dedicada com mesmo tamanho de sensor e pode ser usada durante o dia como câmera para fotografia. Seu ruído na faixa de ISO 800 ou 1600 é relativamente baixo, permitindo uma boa sensibilidade e já tenho lido que usar o ISO 1600 é o ponto ideal de compromisso entre sensibilidade e ruído (menor que 1600, maior tempo de exposição; maior que 1600, maior ruído). Sua eficiência quântica (Q.E.) é da ordem de 40%, sendo que CCDs dedicados ficam na casa dos 55% e essas novas câmeras da ZWO ou QHYCCD estão na ordem de 60~65%.

Mas voltando à astrofotografia, a principal coisa que aprendi é que não basta acoplar a câmera, deixá-la aberta por diversos segundos e fazer a foto. Percebi que em astrofotografias de longa exposição são necessários tipos diferentes de quadros para compor a imagem final, melhorando sua qualidade final. Esse processo de mesclar as imagens propriamente ditas do objeto fotografado com esses quadros específicos se chama calibração de imagem. Para quem ainda não sabe do que isso se trata, vou explicar da forma que entendi o que são esses "quadros especiais". Nesse caso, meu foco foi nas DSLR. Vou preparar uma página semelhante caso estejamos usando uma câmera planetária.

Lights
Não é exatamente um frame de calibração, mas a imagem em si. Deixei aqui listado apenas para ter uma visão completa. O software de alinhamento que eu uso – o DSS – os chama de lights, mas você verá por aí as expressões subs, sub-frames ou sub-exposições. A quantidade de light frames que você fará depende do seu tempo disponível, do seu local de observação e de qual objeto você está fotografando. Mas um senso comum diz que quanto mais lights você tiver para compor sua imagem, melhor.

Darks
Os darks são feitos para retirar alguns tipos de defeitos que estão presentes no sensor ou que ocorrem no processo de astrofotografia: pixels mortos, hot pixels, amp glow. Os darks devem ser feitos com exatamente as mesmas características dos lights (ISO, tempo de exposição e temperatura) exceto que o telescópio deve ficar fechado, ou seja, capturando quadros escuros (daí o nome, darks). A questão da temperatura é delicada, pois, ao longo do processo de tomada de quadros, o sensor da câmera vai aquecendo e isso altera um pouco a qualidade dos darks. Duas formas de corrigir isso seriam usar uma câmera refrigerada ou, se a refrigeração não estiver presente, tomar os darks o mais rápido possível após o processo de aquisição dos lights. Isso não garantirá exatamente a mesma temperatura, mas ela será muito próxima. Para o processo de calibração de uma astrofotografia, é senso comum que algo em torno de 20 darks é o suficiente, 30 é o ideal, mais que isso não apresenta ganho sensível.

Flats
Os flats são usados para retirar vinheta da foto (aquele halo circular mais escuro que fica na borda de suas fotos).  Serve também para retirar manchas, marcas de poeira, riscos ou pequenos defeitos físicos que estejam presentes na sua óptica. E acredite, um ou todos esses problemas estão lá, mesmo que você não veja, e vão aparecer na sua foto final. De longe, em minha opinião, são os frames de calibração mais chatos de fazer e ainda estou buscando um método que seja confortável para mim. É importante que os flats sejam feitos com quadros uniformemente iluminados em todo o campo, e isso pode ser obtido de diversas formas. Entre os métodos que achei na internet estão:

• Apontar seu equipamento para o céu do amanhecer (ponto fraco: a iluminação muda rapidamente, alterando um pouco os flats),
• Usar um tecido branco cobrindo o telescópio e uma lanterna para iluminar o telescópio assim coberto (ponto fraco: iluminação não uniforme),
• Usar um tecido branco cobrindo o telescópio e a tela LCD do computador para iluminar o telescópio assim coberto (método que estou usando; pontos fracos: posicionar a tela na posição correta, telescópios de grande abertura ficarão com pontos sem iluminação)
• Comprar (ou fazer) uma caixa de luz (método que quero usar; ponto fraco: um acessório a mais para usar).

Idealmente, você deve fazer os flats ao longo da seção de fotos. Pode-se faze-los após os darks também ou até no outro dia. O mais importante é não remover a câmera do telescópio de forma que todos os problemas no caminho da óptica (poeira, riscos,....)  permaneçam nos flats na mesma posição que estão nos lights. Mantenha todos os elementos ópticos (filtros, roda de filtro, redutor, aplainador de campo), mantenha a mesma posição de foco e o mesmo ISO. A temperatura não é importante

Bom, como eu tenho feito? Abro o Notepad em modo de tela cheia para ter uma tela branca, uniformemente iluminada. Mantenho as configurações que falei – ISO, foco, exposição,... – e coloco minha DSLR no modo Av (nomenclatura da Canon para controle de exposição pela abertura), deixo a tela do notebook aberta e encostada na abertura do telescópio e faço as fotos. Um jeito de ver se está correto é olhando o histograma da câmera: a exposição deve ficar no meio do gráfico, como em uma foto bem exposta. Com essa configuração eu faço 30 flats. Existem formas mais científicas de fazer isso. Estou estudando cada uma delas e, assim que chegar a alguma conclusão eu descrevo aqui.

Bias
Os bias, também chamados em alguns lugares como offset, são usados para remover o sinal de leitura do chip CCD ou CMOS dos lights. Cada chip CCD ou CMOS está gerando um sinal de leitura ou ruído de leitura (read out signal ou read out noise) que é um sinal eletrônico criado pelo chip apenas pela leitura de luz. Esse é o mais fácil de obter: basta fechar o telescópio, manter o mesmo ISO dos lights e fazer cerca de 30 quadros na velocidade mais rápida de obturador que sua câmera permitir. Eu, por exemplo, com minha atual Canon EOS600D, faço esses bias na velocidade 1/4000.

Todos esses frames (lights, darks, flats e bias) deverão ser lidos no software de alinhamento e empilhamento para então produzir uma imagem. É trabalhoso, mas deverá auxiliar na criação de fotos com menos ruídos, sem vinheta, sem marcas de poeira e aquelas "pattern lines" características dos CMOS.

Fazendo fotos de DSO com uma câmera planetária

Tenho testado bastante minha câmera planetária ZWO ASI224MC com a captura de DSO. Ainda não cheguei à um ponto que considero bom, mas tem muita gente fazendo isso com suas câmeras planetárias e apresentando ótimos resultados. Na minha opinião ainda é difícil bater uma câmera dedicada para DSO ou uma DSLR (método que eu uso). Mas para DSOs mais brilhantes é um método muito promissor. O que percebi até agora com relação a vantagens e desvantagens:


Vantagens em exposições curtas para DSO

- Não há necessidade de sistema de guiagem automática se sua montagem estiver bem alinhada. (nota: eu uso guiagem pois sou preguiçoso para alinhar a minha montagem com erros pequenos),
- Não há necessidade de montagens super pesadas, super caras ou super robustas,
- Um equipamento para uso em fotos planetárias é suficiente,
- Peso reduzido do setup de astrofotografia,
- Exposições mais curtas = menos efeitos de perturbação atmosférica em cada quadro.

Desvantagens em exposições curtas para DSO
 
- Capta menos luz comparada à foto de exposição longa, de modo que a magnitude limite em cada quadro é menor,
- Tempo de processamento pode ser extremo se o número de quadros for muito grande,
- O campo de visão da câmera planetária é bem restrito e assim há um limite para o tamanho de DSO que você vai poder capturar. (há câmeras planetárias com sensores maiores,.... algo a se avaliar)

Um procedimento padrão que estou tentando estabelecer para minhas fotos desse tipo (Lucky imaging para DSO) poderia ser algo como:

Aquisição de quadros

• Alinhe corretamente sua montagem como feito para uma longa exposição.
• Ligue sua câmera de guiagem ao software de guiagem, tipicamente o PHD2
• Ligue sua câmera ao software de captura, tipicamente o FireCapture, mas pode ser outro de sua preferência.
• Use apenas formato de imagem de 12, 14 ou 16 bits (o que sua câmera permitir) e salve como TIFF ou PNG (formatos sem compressão).
• Use um valor de ganho alto. Na ZWO ASI224MC eu uso tipicamente 350.
• Não se esqueça de fazer imagens dark. Tanto o FireCapture quanto o SharpCap tem uma rotina que ajuda a fazer esses quadros. Os darks são particularmente importantes para a ASI224MC pois ela não tem refrigeração (ruído térmico) e apresenta um certo nível de Amp Glow (um aumento de brilho de fundo eletrônico que aparece nos cantos da imagem). Os darks vão ajudar a eliminar ambos os problemas.

Processamento

• Depois de feitas imagens, eu as carrego no AS!2 ou AS!3 e procedo a seleção por qualidade. 
•  Para o empilhamento eu seleciono um único ponto central do DSO.
• O AS!2 ou AS!3 salva uma imagem TIF que uso no pós-processamento.

Pós-processamento
 Para pós-processamento uso o Iris onde corrijo o brilho, realço os detalhes usando a ferramenta de wavelets, reduzo o ruído e ajusto o fundo preto (eliminando algum resíduo de poluição luminosa).

Lucky imaging para DSO

Lucky imaging é uma técnica bem conhecida para quem faz fotos planetárias. Bem rapidamente falando, um dos pontos desafiadores de fotos planetárias é conseguir capturar o planeta sem que ele fique borrado por causa das turbulências atmosféricas. Para isso, é muito comum gravar filmes em câmeras planetárias de alta velocidade, selecionar os melhores quadros desses filmes e combiná-los em um único quadro que depois será tratado para trazer à tona os detalhes do planeta. Acho que é daí que vem o nome lucky imaging: do inglês, em tradução livre, foto de sorte. Você tem que ter a sorte de tirar um número suficiente de quadros bons que vão gerar uma única foto boa no final.

Outra modalidade de astrofotografia é a de objetos de céu profundo onde, melhor que a velocidade, é o tempo de exposição da câmera. Os DSO são objetos de brilho muito tênue e então necessita-se de um tempo de exposição longo para fotografa-los. Ainda com tempo de exposição longo, são necessárias várias fotos que, combinadas e tratadas, vão dar origem à foto final. Mas, tempos de exposição longos podem trazer uma série de problemas para a captura: sofre maior influência da poluição luminosa (que sobrepõe o brilho do DSO), dificuldade de guiagem da montagem (que gera imagens com rastros), equipamentos caros (montagem e câmera), entre outros.

Ao lado dos tempos de exposição longos, podemos trabalhar com câmeras mais sensíveis (e caras) ou aumentar o ganho da câmera (que gera ruído). Aqui entram então em cena as novas câmeras planetárias. São câmeras CMOS modernas que, devido à sua alta sensibilidade, permitem fazer quadros com tempo de exposição muito curtos e, ainda assim, capturando o brilho dos DSO. Com isso, podemos fazer um número muito elevado de quadros do DSO, combina-los e tratá-los praticamente como uma foto planetária, obtendo resultados até que interessantes. Um exemplo é essa foto de M80 que fiz como teste usando uma câmera ZWO ASI224MC, meu telescópio RC8 e minha montagem Sirius EQ-G.

M80: Algomerado globular em Escorpião. Foto feita com a técnica de Lucky Imaging para DSO

Ok, a foto ainda precisa de uma série de melhorias. A principal delas é aumentar o número de quadros. Essa foto aí foi feita à partir de 800 frames de 8 segundos + 30 darks. Nessa captura usei o software FireCapture, para a seleção de qualidade de foto e empilhamento usei o Autostakkert AS!3 e para o pós-processamento usei o Iris (mas já vi fotos onde foi usado o Registax). Esses softwares, tirando Iris, são tipicamente usados para fotos planetárias.

Outra coisa que percebi é que as estrelas estão com um leve coma. Verifiquei e não é do telescópio, acredito que coloquei a câmera desalinhada no focalizador, o que gerou esse problema. Meu telescópio tem distância focal de 1600mm e, nessa escala, com um campo de visão estreito, qualquer defeito fica muito evidente.

Pretendo colocar nos próximos dias outra postagem com um pequeno método de como capturei essa imagem.

Reduzindo peso.

Depois de muito tempo sem observações por causa de uma longa e quase interminável pós-graduação, reforma de 60 dias na minha casa, viagem a trabalho e outros contratempos pude colocar o equipamento no quintal mais uma vez.

Mas ficar sem observar por algum tempo faz com que você fique buscando formas de mexer com o equipamento. Uma coisa que sempre me deixou curioso foi o fato de o meu telescópio, o RC8, ter dois dovetails - um Losmandy e um Vixen - e eu usar apenas o Vixen. Será que tirar esse dovetail Losmandy afeta o desempenho do telescópio? Bom, do ponto de vista de peso afeta sim. O dovetail Losmandy, seus suportes e seus parafusos pesam um total de 1,1 kg! Retirá-los representa um ganho interessante de peso para aliviar a montagem. É, por exemplo, mais pesado que minha câmera DSLR, anel T2, adaptador e filtro. Minha preocupação é com a óptica: li em dois lugares na internet que a retirada não é recomendada pois pode levar ao desalinhamento do tubo. Porém, discutindo com algumas pessoas em fóruns percebi que muitas pessoas já fizeram isso e outras tantas compraram seus RCs com apenas um dovetail.

Bom, para tirar a dúvida coloquei as mãos a obra: retirei o dovetail Losmandy de meu telescópio. A redução de peso é sensível e o desbalanceamento do tubo também: o espelho do telescópio em quartzo é espesso e, somado ao peso do focalizador de 2", acaba fazendo que a parte de trás do telescópio fique bem mais pesada que a frente. Requer um novo balanceamento do meu setup, algo especialmente chato de fazer nesse telescópio.

Feito isso é testar a óptica! Primeiro passo: teste de estrela. Por sorte não houveram mudanças na colimação da ótica; observando uma estrela fora de foco podemos ver os anéis de difração perfeitamente centralizados, da forma que estava antes de tirar o dovetail Losmandy. Fiquei bastante satisfeito pois tive uma redução de peso sensível e não perdi desempenho da minha óptica. Agora é, aos poucos, retomar minha rotina de observações e astrofotografia. Talvez demore um pouco pois estou construindo um pequeno observatório no meu quintal. Mas isso é assunto para outro tópico.