Kužel zvířetníkového světla sahající až k oblouku Mléčné dráhy v březnu 2020, jasný objekt je planeta Venuše. Na obzoru však září žluté rušivé umělé osvětlení. Barvy mléčné dráhy, vodíkových mlhovin i hvězd jsou fyzikálně korektní. Foto: Petr Horálek.
S rozvojem digitální fotografické techniky a její cenovou dostupností je čím dál snazší věnovat se fotografování noční oblohy a astronomických úkazů. Snímky s Mléčnou dráhou daleko od zdrojů rušivého světelného znečištění se přitom dají zachytit už na lepší chytrý telefon s vestavěnou funkcí noční fotografie. Autoři takových snímků mohou použít různé úpravové filtry činící snímek ještě atraktivnější, a to zejména na sociálních sítích. Tím se ovšem množí i otázky, zda zaznamenané snímky odpovídají realitě. Relativně triviální otázka má ovšem velmi netriviální odpověď. Tématu krajinářské astrofotografie se ve své diplomové práci během navazujícího studia oboru MMT Fyzikálního ústavu SLU v Opavě věnoval Mgr. Petr Horálek.
Neboť fotografování noční oblohy, astronomických úkazů i objektů se dnes může věnovat opravdu každý díky cenové dostupnosti citlivé digitální fototechniky (od pokročilejších chytrých telefonů po digitální zrcadlovky), vzniká diskuse, co za snímek je vlastně již astrofotografie, neboť ne vše se za astrofotografii v kontextu s focením noční oblohy (a především následným zpracováním) dá považovat. Zde je tedy pořeba rozlišit problém terminologicky:
- Noční fotografie s krajinou (Nightscape): Snímky noční oblohy s krajinou (zpravidla Mléčná dráha nebo obecně hvězdné nebe nad krajinou), autor se neřídí vědeckými poznatky o emisích z vesmíru a o spektrální charakteristice svého aparátu či mobilu. Může snímek upravovat podle svého vkusu bez příhledu k vědeckým informacím, používat různé filtry, nerespektovat znalosti o pozorovatelném vesmíru. Vzniká tak umělecké dílo, snímek ovšem není astrofotografií.
- Astrofotografie (Astrophotography): Snímky objektů či astronomických úkazů, při jejichž záznamu je kladen důraz na vědeckou podstatu objektu/úkazu a metodami matematického zpracování digitálního signálu je snaha získat informace ukazující na tzv. fyzikální podstatu. Bavíme se tedy o dosažení fyzikální korektnosti.
- Krajinářská astrofotografie (Landscape Astrophotography): Kombinace obou výše zmíněných oborů, autor ovšem bere důraz na fyzikální podstatu objektu/úkazu zachyceného nad krajinou, respektuje znalosti o pozorovatelném vesmíru, cílem je především vzdělávací hodnota snímku (v oblasti fyziky, astronomie a dalších přírodních věd). Vychází ze současných studií o emisích z vesmíru a o spektrální charakteristice svého aparátu. Fyzikální korektnost se snaží zachovat zejména v barvách (ne všechny metody matematického zpracování dig. dat se dají aplikovat – např. kvůli použití širotoúhlého objektivu nelze pořizovat tzv. flatfieldy, využívají se ale jiné fundamentální metody).
Ve všech třech případech se autoři snaží pracovat s digitálním šumem, v případě 1) pouze přes základní odšumovací algoritmus nějakého běžně dostupného programu, v případech 2) a 3) jde o fundamentální metody vyvinuté vědeckou komunitou (profesionálními astronomy). Úpravy fundamentálního charakteru (kombinované snímání za účelem statistické redukce šumu, použití kalibračních snímků jako BIAS, flatfield, darkframe atd.) ale nečiní výsledky vzdálené od reality, naopak se snaží potlačit neduhy dané nedokonalostí hardwarového i softwarového systému digitálního fotoaparátu za účelem odhalení sktečných struktur snímaného objektu. Matematické úpravy tedy astrofotografii „nereálnou“ nečiní, právě naopak.
Snímek Galaxie a jižní pól publikovaný NASA jako snímek dne 1. ledna 2021. Snímek je výsledkem fundamentálních úprav pomocí astrofotografických metod za účelem zvýraznění struktur mezihvězdné látky u Mléčné dráhy. Foto: Petr Horálek (FÚ SU v Opavě), Josef Kujal (Astronomická společnost Hradec Králové)
Nejčastěji se ovšem diskuse o reálnosti astrofotografie opírá o argument, že to, co je na snímku, takto nikdy nikdo neviděl. Lidské oko za referenční senzor ale považovat nemůžeme. Sítnice oka pracuje na zcela jiném principu než senzor digitálního fotoaparátu (mobilu) anebo políčko filmu klasického fotoaparátu. Zatímco na sítnici pokryté světločivnými buňkami, tzv. fotoreceptory, dochází k fotochemickým reakcím, navíc barvy vnímá oko různě podle míry osvětlení (ve dne používá oko na barvy citlivé čípky, v noci tyčinky vnímající jen v odstínech šedi), výstup z digitálního senzoru v prakticky jakémkoliv typu digitálního aparátu je generován pomocí tzv. fotoelektrického jevu na chromaticky stále stejně citlivém senzoru. Barevné podání snímku je pak generováno softvérově v samotném aparátu. Oproti lidskému oku je spektrální citlivost aparátu stejná jak ve dne, tak v noci. Noční digitální fotografie jsou tedy oproti vnímání lidským okem barevné a odpovídají právě té spektrální citlivosti, jakou aparátu určil jeho výrobce. Že noční fotografie není reálná, protože neodpovídá vlastní vizuální zkušenosti, je tedy zcela zcestný argument. Otázka, zda je astrofotografie či krajinářská astrofotografie reálná, je tedy nasnadě jen v případě, že onu realitu porovnáváme se stejným typem záznamu. Nelze přitom diskutovat o nějaké realitě, ale vždy o fyzikální korektnosti. Realita je totiž daná počátečními podmínkami a ty se mohou lišit.
Snímek Na dosah byl zaznamenán jako panorama jednotlivých expozic na citlivý fotoaparát bez dalších úprav. Evropská jižni observatoř před publikací snímku provedla pouze tzv. barevnou korekci výsledného obrazu, a to na základě vědecké studie o skutečných barevných emisí v Mléčné dráze a airglow, přirozeném záření zemské atmosféry. Snímek je tedy fyzikálně korektní. Foto: Petr Horálek/ESO.
Krajinářská astrofotografie se snaží pracovat právě s tím, na co (a v jaké míře) je použitý fotoaparát v noci citlivý a reprezentovat barvy jevů i objektů noční oblohy korektně. Na nočním nebi se běžně setkáváme s červenofialovou emisí zářícího vodíku (ve vlnové délce 656,3 nanometru), ale mohli bychom pokračovat dále. Například je známo, že vzduch sám vysoko v atmosféře svítí: Daleko od měst lze zaznamenat tzv. airglow, přirozené záření zemské atmosféry, které je důsledkem celé škály energetických fotochemických řetězových reakcí v molekulách a atomech vzduchu mezi 90 a 300 kilometry nad zemí, mimo jiné v důsledku reakcí na ultrafialové záření ze Slunce. Airglow má několik specifických emisí, z nichž jedna, emise kyslíku, se dá snadno zachytit i nemodifikovaným fotoaparátem, neboť září právě v zelenožluté oblasti 558 nanometrů. Samotné hvězdy mají své barvy odpovídající jejich povrchové teplotě (hvězdy zářící do modra mají na povrchu přes 20 tisíc Kelvinů, načervenalé hvězdy naopak méně jak 4 tisíce Kelvinů). I Mléčná dráha má definované odstíny: Na základě fotometrického měření z dat družice Gaia/ESA (Andrae, 2021) se její neutrální teplota barvy pohybuje v rozmezí 4840-5150 Kelvinů. Lidově řečeno má odstín „sněhově bílé za slunečného dne“. Výjimkou jsou oblasti, kde se před Mléčnou dráhou (zejména před její centrální oblastí) nacházejí tmavá mezihvězdná mračna a ta způsobují zčervenání vzdálených hvězd podobně, jako zemská atmosféra zeslabuje svit Slunce na obzoru Během zpracování výsledného obrazu se tak fotograf musí snažit tyto barvy reprezentovat správně.
Pojem „krajinářská astrofotografie“ je přitom poměrně mladý a jde o odvětví fundamentálního oboru vědecké fotografie, tzv. astronomické fotografie (zkráceně astrofotografie). Jak už název napovídá, krajinářská astrofotografie kombinuje astronomickou fotografii s krajinou. Na rozdíl od klasické noční fotografie jsou krajinářští astrofotografové zaměřeni na edukativní či i vědeckou stránku foceného objektu či úkazu na obloze nad zvolenou krajinu a snaží se zachovat fyzikální korektnost (správné barvy definované spektrální charakteristikou zvolené aparatury, reálné kompozice s ohledem na délku trvání jevu, metody zpracování zachovávající edukativní rozměr výsledné kompozice atd.). S rozvojem a snazší dostupností kvalitních digitálních aparátů se krajinářské astrofotografii věnují čím dál větší počty fotografů po celém světě a svou fotografickou činností poukazují na celosvětový problém škodlivého světelného znečištění.
Podrobnosti o této problematice najdete v diplomové práci Mgr. Petra Horálka: https://is.slu.cz/th/urlvw/2022_Krajinarska_Astrofoto_Diplomka_Pisemna_Cast_Horalek.pdf
Kontakty a další informace:
Mgr. Petr Horálek
Autor diplomové práce
Email: petr.horalek@slu.cz
Telefon: +420 732 826 853
RNDr. Tomáš Gráf, Ph.D.
Vedoucí diplomové práce
Email: tomas.graf@fpf.slu.cz
Telefon: +420 553 684 548