Астрофотография — это особый вид фотографии, в которой основным объектом экспозиции является ночное небо и ее содержимое в виде объектов глубокого космоса, Солнечной системы, и который используется как в художественной сфере, так и в научной. В последние десятилетия развитие цифровых технологий открыло этот вид искусства для массового потребителя — теперь даже владелец смартфона способен запечатлеть звездное небо без сильного проигрыша в качестве изображения. Астрофотография отражает почти идентичное, доподлинное содержимому на небе — тому, что чаще всего незаметно невооруженным глазом. В этой статье будет рассказано о том, какие события привели к современному положению астрофотографии, заслуге фотографирования космических объектов в астрофизических исследованиях и создании карт звездного неба.
Любой вопрос или замечания Вы можете написать в комментариях. Также я открыт для личного диалога в телеграме или беседы в нашем чате. А еще у меня есть телеграм-канал о космологии.
Зарождение астрофотографии
19 августа 1839 года на заседании Академии наук физик Франсуа Араго ознакомил общественность с новой технологией фотографирования, называемой дагерротипией, патент на которую был приобретен у химика Луи Дагера и гелиографа Нисевора Ньепса французским правительством и предоставлен во всеобщее использование как общественное достояние. Дагерротип представлял собой процесс химического воздействия света на плоскую посеребренную пластинку из меди. Эту пластину помещали в камеру-обскуру с объективом на длительное время (15-30 минут), где на серебряном слое отражалось воздействие фотонов, которое позже проявляли парами ртути. Чтобы изображение не переэкспонировалось после появления на свету, верхний слой закрепляли тиосульфатом натрия, а затем промывали водой.
Франсуа Араго видел огромный потенциал дагерротипии в астрономии — он упоминал о ней не только как о способе сохранения изображений неба, но и для фотометрии (измерения яркости космических объектов) и спектроскопии. В недалеком будущем, буквально через два десятилетия, Кирхгофом и Бунзеном будут зафиксированы первые линии Фраунгофера в спектре Солнца. И все же первая фотография внеземного тела была сделана не во Франции, а в Америке — профессор медицины Нью-Йоркского университета Джон Уильям Дрейпер любил проводить эксперименты со светом для улучшения чувствительности первых фотопластин. К марту 1840 года ему удалось создать первое детальное изображение Луны с общим временем экспозиции двадцать минут.
Вскоре фотографированием стали заниматься не только отдельные лица — интерес к этому делу появился у институтов и астрономических сообществ, потому начали создаваться специальные «астрографы», то есть рефракторы со встроенными камерами и химическими лабораториями для создания и проявления пластинок. Именно с помощью подобного устройства 16 июля 1850 года Уильяму и Джорджу Бондам удалось сделать фотографию Веги — первую фотографию звезды. Потребовалось всего лишь 100 секунд, чтобы запечатлеть ее.
Тем временем французами Леоном Фуко и Луи Физо были сделаны дагерротипы нашего светила, но которых отчетливо были видны солнечные пятна. А 28 июля 1851 года последним достижением дагерротипов стала первая фотография солнечного затмения, сделанная неким наблюдателем Берковским (его имя никогда не было опубликовано) в Кенигсбергской обсерватории — в ходе фотографирования были зафиксированы солнечные протуберанцы и корона.
Мокрые тарелки, быстрые кадры
Еще в 1834 году Уильямом Тальботом были предприняты первые попытки создания фотограмм с помощью бумаги, покрытой нитратом серебра. Позднее он заменил нитрат на хлористое серебро, которое темнело при попадании на него фотонов. Проблему с высвечиванием снимка удалось решить обработкой бумаги в йодистом калии, которая блокировала взаимодействие света и серебра. По сути, открытие дагеротипии и калотипии произошло в одно время, и более того, последняя пришла в Россию на три месяца раньше дагеротипов. Но у них было большое преимущество в скорости накопления света — калотипы требовали выдержки более часа, проблему чего удалось решить только в начале 1840-х годов, сократив выдержку до одной-двух минут. Кроме быстрого накопления света, калотипы можно было тиражировать при помощи контактной печати, увеличивать в размерах. Свое распространение процесс получил лишь в пятидесятых годах из-за патентов создателя, который всеми силами предотвращал использование его метода посторонними лицами.
Тем не менее калотип стал первым позитивно-негативным способом создания фотографии, пример которого в будущем использовал коллодионный процесс, созданный Фредериком Арчером. Этот метод включал в себя достатки калотипа, при этом время экспозиции вновь сократилось, а свободное распространение метода предоставило ему большую популярность среди фотографов. Единственным недостатком коллоидов было то, что для фотографирования требовалось создать мокрый раствор, состоящий из опасных веществ (например, эфира). Именно с помощью этого метода впервые были измерены положения звезд (астрометрия) и их величины (фотометрия). До этого астрономам приходилось на глаз с телескопа наносить положения звезд на карту, оценивая их яркость и переменность — ни о какой точности не было и речи. За одну ночь астроном мог отметить положение нескольких десятков звезд, а фотография регистрировала все предоставленное ей поле за доли секунды.
В 1860-х годах стали появляться детальные фотографии Луны, а Уорреном де ла Рю с помощью либраций была создана стереоскопическая фотография трехмерного изображения гор и кратеров. Им же было предсказано будущее звездных карт, которые будут созданы лишь с помощью фотографий неба. В 1870-х годах Резерфорд впервые зафиксировал зернистую структуру Солнца, а Генри Дрейпер получил спектр и линии поглощения Веги.
Сухие эмульсии бромистого серебра, созданные примерно в то же время, что и ранее описанные достижения, позволили произвести революцию фотографии — вместо 30-минутной экспозиции на дагерротипе новая разработка требовала всего лишь 1/15 секунды. Также сухая смесь не требовала наличия химической лаборатории, могла быть подготовлена заранее и реализовываться через несколько часов после экспонирования, что в общем позволило популяризировать астрофотографию и достичь новых вершин. Например, в 1880 году была сделана первая дипскай-фотография, на которой была изображена туманность Ориона (M42) — ее на 11-дюймовом рефракторе Кларка сделал Генри Дрейпер. Примечательно, что для этого он использовал ведущий часовой механизм, компенсирующий суточное вращение Земли — сегодня такие устройства называются астротрекерами.
Carte du Ciel
Последним из пионеров любительской астрономии был англичанин Исаак Робертс, который после 1885 года начал активно фотографировать ночное небо с помощью своего двадцатидюймового рефлектора f/5. Например, в 1888 году она провел трехчасовую экспозицию туманности в Андромеде (M31), а в 1893 выпустил книгу под названием «Подборка фотографий звезд, звездных скоплений и туманностей». Изначально у него был примечательный план, заключавшийся в создании фотографических карт всего северного неба, но позже он от него отказался, передав инициативу своим коллегам, одним из которых был Дэвид Гилл, который активно отстаивал позицию систематической каталогизации неба. Он получил финансирование от Королевского общества и начал исследование южного неба — обработать огромное количество полученных пластин он не успевал, потому начал отправлять свои исходники помощникам, одним из которых был Якобс Каптейн. Доброволец не имел возможности проводить наблюдения самостоятельно, потому в период 1896-1900 годов вместе с Гиллом составлял и каталогизировал карты, которые вошли в их каталог «Cape Photographic Durchmusterung», насчитывающий более 454 тысяч звезд. Таким образом Каптейн стал первым астрономом, внесшим весомый вклад в науку, не проводящим наблюдения.
Еще один прорыв произошел по инициативе братьев Поля и Проспера Генри, которые в 1880 году начали каталогизировать звезды Млечного Пути по фотоснимкам. Для этого они построили шестидюймовый астрограф, с помощью которого наблюдатели достигли максимальной детализации (около 0,03 мм для звезды). Ошемляющим фактом стало то, что бессметное количество объектов Млечного Пути с помощью одной фотографии каталогизировалось за две минуты, когда вручную для этого потребовалось бы несколько лет. Братья получали фотографии очень тусклых звезд — для 12-й звездной величины это была двухминутная экспозиция, и для 16-й звездной — около десяти минут.
На примере туманности в Плеядах, где было обнаружено около двух тысяч новых звезд, стало ясно, что одной обсерватории с каталогизацией всего неба не справиться. По этому вопросу при поддержке Гилла Мушес была созвана международная конференция, в которой участвовало 58 астрономов из 16 стран. Темой обсуждения стала Карта неба (Carte du Ciel), которая бы стала каталогом карт со звездным полем в трех разных экспозициях. Фотографирование должно было проходить с помощью рефракторов, идентичных рефрактору братьев Генри. Для контроля и курирования создания каталога был создан международный комитет, ставший прародителем послевоенного Международного астрономического союза. Тем не менее, процесс каталогизации стал слишком утомительным, да настолько, что полный каталог не был закончен и к 1964 году. Вместо этого интерес научного сообщества к астрофотографии появился для астрофизических исследований. Начали строиться огромные оптические приборы, наблюдающие внегалактические объекты — именно на базе этих устройств были открыты многообразие галактик и расширение Вселенной.
Наследие
К началу 20-го века сохранилось несколько тысяч изображений Луны, Солнца, солнечных затмений. Были сфотографированы все известные на тот момент планеты Солнечной системы и создана карта звездного неба, панорамы звездного неба, фотографии галактик и Млечного Пути, спектры звезд и газовых образований.
Для проведения качественных астрофизических исследований потребовались новые способы фотографирования космических тел. Так появилась электрооптика, где регистрация света производилась преобразованием света в электрический ток. Фотоэлектрические методы регистрации развили фотометрию и спектрометрию, а также стали причиной создания цифровой съемки (CCD's) и космической астрономии. В 1976 году, спустя после 18 лет после первого цифрового изображения, астрономами Аризонского университета производятся первые снимки космических объектов. Эффективность накопления света составляет около 70% в сравнении с 4% от химических эмульсий. Компьютерный анализ полученных фотографий также сделал ПЗС-матрицы популярными в научных кругах. Тогда этим преимуществом в виде новой технологии пользовались единицы, но уже к концу 80-х, когда начиналась эпоха космических телескопов, астрономы-профессионалы применяли исключительно новые технологии. Также преимуществом цифровой астрофотографии стала возможность ее свободной обработки.
Рубеж 20−21 веков ознаменовался резким скачком популярности астрофотографии — теперь любой желающий мог позволить себе цифровую камеру, которая снимает звездное небо. Рынок астрономических товаров приобретал новые позиции, такие как астрокамеры, астрографы и экваториальные монтировки для астрофотографии. В это же время появлялось много новых запатентованных изобретений для астрофотографов (например, наша отечественная маска Бахтинова). Даже те, кто не интересовался космосом, не могли не видеть красивые фотографии телескопа им. Хаббла, который стал вехой современных технологий и спектрального анализа. И по сей день сохраняется и развивается тенденция любительской астрофотографии. Астрофотографом стать может любой желающий, а видов астрофотографии стало огромное множество: как художественная, так и натуральная. Раньше для фотографирования звездного неба у людей уходили часы, сейчас космос доступен для нас по одному щелчку камеры.
Ну и напоминаю, о том, чтобы читатель не стеснялся задать вопрос или поправить меня в комментариях. Также у меня есть телеграм-канал, где я рассказываю о последних новостях космологии и астрофизики, а также пишу об астрофотографии. Пишите мне в личку или наш чат. Всем добра!
Ссылки на интересные материалы:
Выставка астрофотографий "100 ans d'astrophotographie" (ссылка);
History of Astrophotography, Catchers of the Light (ссылка);
The Rise and Fall of Astrophotography, Dr. Joseph S.Tenn, GRIFFITH OBSERVER, 1987 (ссылка).
