L'astrofotografia, o fotografia astronomica è il genere fotografico in cui la fotografia ha come soggetti corpi celesti. Le tecniche astrofotografiche possono impiegare fotocamere digitali, smartphone, sensori elettronici, o fotocamere con pellicola chimica.
Nelle fotografie astronomica si usano in genere tempi di esposizione lunghi e aperture focali più ampie, mentre per le foto ad alta risoluzione si usano altissimi ingrandimenti ed esposizioni di solito più brevi. Esposizioni prolungate con lunghe focali richiedono di conseguenza treppiedi molto solidi e meccaniche di precisione.
A causa della rotazione terrestre da ovest verso est, la sfera celeste ruota apparentemente in senso opposto (da est verso ovest) e con essa tutte le stelle e i pianeti visibili nel cielo. A lunghe esposizioni, questo risulta in un effetto "mosso" nelle foto, che può essere compensato. tramite apposite montature dette equatoriali, che contrastano il moto apparente.
Mentre nella fotografia classica gli obiettivi hanno focali contenute (da per i grandangolari ai 400 mm per i teleobiettivi) e aperture elevate (da basi di f/1,2 a f/5,6) per consentire riprese con tempi di esposizione ridotti, tipicamente minori di 1/60 di secondo, nella fotografia astronomica si usano tipicamente focali maggiori (con conseguenti maggiori ingrandimenti) e luminosità minori (per ridurre i costi). Tutto ciò, unito al fatto di dover riprendere oggetti piuttosto deboli, richiede tempi di esposizione superiori al secondo.
Storia
L'astrofotografia è sorta nei primi anni dell'800 con le prime applicazioni in campo astronomico di immagini della Luna, del Sole e di altri pochi oggetti luminosi. Agli inizi la bassa sensibilità delle pellicole chimiche portava scarsi risultati, ma nel tempo fu migliorata la qualità delle immagini grazie a pellicole più sensibili, il che ne permise una sempre maggiore applicazione. La tecnica fotografica divenne quindi, col tempo considerata, necessaria per lo studio astronomico. Essa permise di scoprire svariati oggetti deboli del cielo, ma anche di ampliare la gamma di studi, come le applicazioni con grandi lastre fotografiche per fotografare ampie porzioni di cielo.
L'abbattimento dei costi di produzione permise lo sviluppo della fotografia anche in campo amatoriale, avvicinando il mondo degli astrofili all'ambito della foografia. In questo modo si ebbe un notevole contributo nella ricerca di comete, supernove, asteroidi e così via.
Negli anni ottanta del novecento cominciarono a diffondersi i primi CCD presso gli osservatori astronomici. Questo strumento digitale consentiva enormi vantaggi pratici, in termini di sensibilità del sensore, qualità delle informazioni e tempo di ripresa.
Negli anni novanta questa tecnologia arrivò in mano anche ad astronomi disposti a spendere parecchio economicamente, ottenendo un enorme salto di qualità. Ma con l'avvento delle webcam l'accesso al digitale divenne notevole grazie all'abbattimento dei costi e ad un rapporto qualità/prezzo conveniente.
Stesso discorso per l'introduzione delle fotocamere digitali, specie per le reflex, le quali montando un sensore ormai del tutto competitivo con la qualità delle vecchie pellicole, ha permesso l'attuale rivoluzione del settore.
Astrofotografia con treppiede
La più semplice tecnica astrofotografica è quella della semplice foto con un treppiede. Questo mezzo permette di scattare con maggiore semplicità ma presenta anche il problema di non consentire l'inseguimento del cielo il quale potrebbe risultare "mosso".
Normalmente si applica una regola che aiuta gli astrofotografi ad immortalare una porzione di cielo o un oggetto eliminando l'effetto mosso del moto apparente, la regola del "500", che consiste nel calcolare il tempo massimo d'esposizione considerando la lunghezza focale dell'obiettivo con cui si sta scattando.
dove l è la lunghezza focale e t è il tempo massimo di esposizione da usare.
Esempio: 500 r 18m = 27,7 secon.a.
Tipiche di questa tecnica sono le foto cosiddette "strisciate", ottenute riprendendo una porzione di cielo per un tempo prolungato nelle quali si visualizza lo spostamento apparente delle stelle sotto forma di archi o strisce nel cielo. Questa tecnica, oltre a visualizzare il moto degli astri, permette di individuare le meteore, che appariranno come una traccia diversa da tutte le altre. Inoltre, in queste foto, è possibile distinguere la stella polare, che appare come un punto quasi fermo trovandosi esattamente sopra l'asse di rotazione terrestre.
Sempre con il treppiede, utilizzando pellicole molto sensibili, oppure tramite una reflex digitale opportunamente regolata, è possibile catturare le principali stelle e le costellazioni, mantenendo il tempo di esposizione basso, al di sotto dei 4 secondi. Con questo tempo il moto apparente del cielo non presenta ancora l'effetto "mosso", pertanto è possibile ottenere ottime fotografie.
Astrofotografia con inseguimento
Per evitare l'effetto "mosso" del cielo, si utilizza una montatura equatoriale motorizzata; in questo caso i tempi di esposizione possono prolungarsi per delle ore senza grossi problemi per il risultato finale. La macchina fotografica può essere montata su un semplice astroinseguitore, ossia una montatura equatoriale adatta per fotografia, oppure sfruttare un telescopio equatoriale. In questo caso esistono due modalità di fotografia, quella in parallelo e quella a fuoco diretto. Astrofotografia in parallelo Con questa tecnica il corpo macchina viene fissato al telescopio mediante un adattatore. La macchina fotografica sfrutta un proprio obiettivo con cui inquadra la porzione di cielo preferita. Strettamente connesso all'obiettivo e all'ingrandimento prodotto, si avrà quindi una crescente esigenza di precisione per ottenere immagini stellari puntiformi. In questo modo è possibile fotografare qualsiasi oggetto luminoso e non: dalla Luna, ai pianeti, sino agli oggetti del profondo cielo.
Per mantenere sotto controllo l'inseguimento della montatura viene utilizzato un reticolo illuminato da applicare all'oculare del telescopio. Esso permette di mantenere all'interno di un campo ristretto una stella di riferimento con cui si possono eseguire le relative correzioni.
Tale metodo tuttavia è molto faticoso e non privo di difetti.
Nel corso degli anni sono stati sviluppati appositi software che consentono di guidare automaticamente la montatura, con un'ulteriore camera dedicata solo a questo scopo.
Astrofotografia a fuoco diretto
In questo caso la fotografia si ottiene smontando l'obiettivo della macchina fotografica (dove possibile) ed adattando il corpo macchina direttamente al fuoco del telescopio, utilizzando il tubo ottico come se fosse un qualsiasi obiettivo fotografico. Il vantaggio di questa tecnica è quello di poter sfruttare l'intero diametro dello strumento a disposizione: questo porta ad una maggiore nitidezza e risoluzione dei dettagli, irraggiungibile con i normali obiettivi fotografici e la ripresa dall'oculare.
Gli strumenti per l'astrofotografia L'astrofotografia è praticata a livello amatoriale tramite strumenti piuttosto precisi. Essenziale è certamente la presenza di una montatura stabile e ben bilanciata e la possibilità di eseguire tutte le correzioni di inseguimento necessarie.
La pellicola L'astrofotografia tramite la fotocamera a pellicola, è quasi totalmente soppiantata dal digitale. La foto analogica comunque mantiene per certi versi la sua validità, seppure le pellicole soffrono del difetto di reciprocità, per cui dopo un certo tempo di esposizione, la pellicola fotografica va in saturazione e non si impressiona più. Per questo motivo è necessario saper scegliere la giusta pellicola in base al soggetto da fotografare. Questo aspetto costituisce, più di ogni altro, un limite oggettivo a tale metodo di ripresa.
Il sensore digitale
Anche con la fotocamera digitale, ci sono i limiti del rumore elettronico, ma è comunque possibile eseguire interessanti foto astronomiche.
Anche coi modelli compatti, sui soggetti che richiedono tempi di esposizione brevi, la qualità è ottima.
È possibile eseguire foto sia con il metodo della proiezione d'oculare (mediante l'inserimento di un oculare tra la fotocamera ed il tubo ottico-telescopio; tecnica utilizzabile prevalentemente per riprendere gli oggetti del sistema solare) che a fuoco diretto, qualora si abbiano gli opportuni adattatori.
Questo sistema sostituisce ormai completamente il metodo analogico. Esistono in commercio persino dei modelli dedicati alla fotografia astronomica, come la Nikon 810a e Canon EOS 60Da. Il metodo di ripresa è uguale a quello tradizionale, col vantaggio di visualizzare subito il soggetto ottenuto. Tuttavia, proprio per ovviare al problema di un uso così "spinto" è importante applicare il metodo del dark frame, il quale rende l'immagine astronomica perfetta.
La webcam La webcam viene utilizzata esclusivamente con i metodi di proiezione d'oculare o fuoco diretto. È uno strumento molto in voga tra gli astrofili perché il rapporto qualità/prezzo risulta essere molto conveniente. Specie nella ripresa dei pianeti, sfruttando la velocità di ripresa in frame al secondo, è possibile da un filmato congelare un'unica immagine quasi esente dalle deformazioni del seeing. Grazie alla tecnica di modifica introdotta da Steve Chambers, le webcam Vesta e Toucam della Philips, nonché altri modelli, vengono modificate affinché la velocità di scorrimento dei frame venga rallentata. In questo modo la webcam aumenta la propria sensibilità divenendo un piccolo CCD sfruttabile con gli oggetti del profondo cielo.
Il CCD
Il CCD è considerato attualmente lo strumento di eccellenza per l'astrofotografia. Esso viene utilizzato al fuoco diretto di un telescopio, consentendo di ottenere immagini di altissima qualità.Il suo utilizzo è tuttavia piuttosto complesso poiché richiede una serie di pre-regolazioni necessarie alla calibrazione del sensore. Anche il telescopio deve essere perfettamente funzionante e allineato. Tuttavia. ultimamente i sensori ccd stanno venendo sostituiti da sensori cmos, sia per motivi "industriali" che per motivi di sensibilità. Questo porta vantaggi (minori costi, maggiore sensibilità) ma anche svantaggi (impossibilità di fare binning, ossia di condividere la carica elettronica fra i pixel; scarsa linearità dei sensori cmos rispetto ai ccd)
La fotocamera superconduttrice L'Agenzia spaziale europea (ESA) ha sviluppato una fotocamera superconduttrice (Superconducting camera) operante a bassissima temperatura (tipicamente inferiore a un Kelvin), i cui sensori sono in grado di sfruttare la superconduttività. È prevista l'installazione di tale fotocamera, in grado di registrare l'arrivo di fasci costituiti da pochissimi fotoni, nel Cerro Chajnantor Atacama Telescope nel Cile settentrionale, la cui costruzione si prevede è iniziata nel 2015.
L'ottenimento dell'immagine definitiva, nel caso del CCD come di una webcam, richiede una certa conoscenza nell'ambito dell'elaborazione digitale delle immagini, tramite l'uso di appositi software.
Soggetti dell'astrofotografia
In astronomia, la fotografia differenzia le proprie tecniche e gli strumenti in base ai soggetti da inquadrare.
Grande campo Per immagine a grande campo si intende una vasta porzione di cielo notturno: una o più costellazioni, la Via Lattea, grandi nebulose diffuse e così via.
Le fotografie di immagini a grande campo si possono eseguire nelle forme più semplici mantenendo bassi i tempi di esposizione, usando un semplice treppiede fotografico. Tuttavia per ottenere un'immagine più completa è necessario utilizzare una montatura equatoriale motorizzata per inseguire l'oggetto.