O surgimento das camaras CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) OSC
(One Shot Color) veio solucionar um grande problema próprio de regiões
geográficas onde a instabilidade atmosférica é a regra no dia-a-dia. Isto
porque tradicionalmente para sistemas ópticos comuns, são necessárias longas
exposições que podem envolver até algumas dezenas de horas, muitas vezes
repartidas por várias sessões de astrofotografia durante algumas noites.
No nosso caso, vivendo nos Açores
e numa ilha onde sobretudo a humidade é reinante ultrapassando facilmente os
90% e onde, “pode não chover na minha rua, mas pode estar a chover na rua do
vizinho ao lado”, as hipóteses de fazer astrofotografia de longa exposição ou
mesmo de um pouco menor duração, usando dispositivos ópticos de curta distância
focal, tornam-se muito diminutas. Tudo isto agravado por um Bortle flutuando
entre 6 a 8.
Mapas de
distribuição da poluição luminosa e da precipitação pluviométrica em 2019, na
ilha de S. Miguel
Neste caso a “ciência” está em
usar sistemas ópticos rápidos na aquisição de fotões com distâncias focais
muito curtas, tais como astrógrafos ou aplicar por exemplo Hyperstars em
sistemas Schmidt-Cassegrain em simultâneo com as câmaras OSC agora colocadas à
disposição no mercado da astronomia amadora. Esta prática é agora
potencializada pelo aparecimento dos primeiros filtros de banda dupla e tripla
agora lançados e comercializados pela empresa chinesa Yulong Optics Co. Ltd.
(ramo comercial Optolong), nomeadamente os filtros de Banda Estreita L-eNhance
(2019) e L-eXtreme (2020).
Seria impensável utilizar a
tradicional roda de filtros com camaras monocromáticas pela simples razão da
morosidade na obtenção necessárias das imagens em H-alfa, S-II e O-III, através
dos respectivos filtros. Com uma OSC refrigerada, do género ZWO ASI294MC Pro,
da qual tenho suficiente experiência, é possível numa sessão mínima de 1 hora,
obter um conjunto de “subs” que integrados produzirão imagens de nebulosas da fraca magnitude, que de outro modo levaria 3x mais tempo.
Nebulosa de emissão do Coração ou
Sharpless 190 ou ainda IC 1805, situada na constelação da Cassiopeia. Imagem
resultante da integração de duas horas, em duas sessões distintas em Agosto de
2020.Camara ZWO ASI294MC Pro (60x120s), filtro Optolong L-eNhance, Offset 8, Temperatura 0 C, 220
Gain, binning 1x1, com pré-processamento 40 Flats, 20 Darks e 20 Bias.
No nosso “setup” utilizámos um
porta filtros de extrema operacionalidade conhecido como UFC 2” Slider com o VaryLock
da Baader (Universal Filter Changer).Este dispositivo, sistema Baader UFC, foi
desenhado para ser aplicado para uma variedade grande de telescópios e camaras, mas
com um formato de reduzida espessura, podendo no entanto acomodar filtros com dimensões
de 50x50 mm. Assim adaptam-se a ópticas de curta distância focal como o
EdgeHD Hyperstar ou aos RASA da Celestron assim como aos restantes astrógrafos de
foco primário com reduzido “backfocus”.
(a)
(b)
(a) Câmara ASI294MC Pro com Sistema UFC
VaryLock com Optolong L-eHancefilter, OAG com ASI224MC e Rotator manual
(b) Sistema completo: Takahashi 102FS f/8,
iOptron CEM60, USBFocus_v3, Astrolink 4 mini e RPi 4 da StellarMate
Em 2019 apareceram no mercado
pela primeira vez e pela mão da Optolong, um filtro triplo de banda estreita
denominado L-eNhance e que incluía as linhas de transmissão H-alfa nos 656nm,
H-beta em 486.1nm e OIII nos 501nm, onde é possível verificar que a
primeira linha de transmissão inclui os comprimentos de onda associadosao H-beta e
OIII, traduzindo-se na captação de imagens com maior profundidade e com níveis
de transição mais suaves.
Filtros
Optolong L-eNhance e L-eXtreme
Porta filtros
UFC de duas polegadas da Baader
Gráfico das
linhas de transmissão do filtro de bandadupla L-eNhancedaOptolong
Gráfico das linhasespectraisde
transmissão do filtroOptolong L-eXtreme
Pelo contrário no filtro L-eXtreme (um refinamento da
L-eNhance) as bandas de passagem são extremamente selectivas (7 nm) conferindo maior
contraste às imagens das nebulosas brilhantes de emissão mais pronunciada em
OIII e àquelas de emissão mais ténue em H-alfa, por bloquear as emissões H-beta
e aquelas intermediárias entre esta e a OIII. O filtro é de uma espessura
mínima de 1,85 mm. De referir o corte apreciável nas emissões relativas à
poluição luminosa tanto num filtro como no outro (acima dos 90% *).
(*)
Optolong L-eXtreme Filter Comparison, Jim Thompson, P.Eng, Test Report – August
25th, 2020.
Imagem original. Nebulosa do Feiticeiro ou Sh2-142, situada na constelação
do Cepheu a 8000 anos luz e com um Enxame Globular Aberto de estrelas no seu
seio, a NGC 7380.
Imagens obtidas em duas
sessões (Junho e Outubro de 2020), perfazendo duas horas e meia de exposições
com subs de 120 segundos.
A imagem SHO resulta do
algoritmo APP Hubble 2 com filtro Optolong L-eNhance de banda tripla (H-alfa,
H-beta e OIII) sob uma camara OSC (ZWO ASI294MC Pro).
Refractor Takahashi
102FS com redutor de focal f/6 Takahashi, montagem equatorial alemã iOptron
CEM60 em autoguiagem OAG com ZWO ASI224MC.
Software APP-Astro
Pixel Processor 1.083 beta 1.
Imagem com
extração H-alfa, OIII e SII da imagem original
Os procedimentos para processamento das imagens foram feitos com o software
APP - Astro Pixel Processor 1.080 da Aries Production, concebida em Junho de
2017 pelo astrofísico E.M.W.P. Havercamp (mais conhecido por Mabula) para
processar imagens do céu profundo, calibrando, registando, integrando e
produzindo as imagens finais de forma intuitiva e fácil com a aplicação de
algoritmos futurísticos (que implica também um mínimo de 8 GB de RAM, sobretudo
quando é necessário fazer mosaicos).
O APP pode ser instalado em Linux DEB e RPM, bem como em Windows e
MacOS.
Astro Pixel
Processor– APP com a imagem original da M20
Enquanto a denominada Palete
Hubble é obtida normalmente pela utilização de filtros de banda estreita
(H-alfa, OIII e SII), transformando as imagens monocromáticas obtidas nos
canais a cores RGB, agora trata-se de indexar as imagens RGB em SHO
monocromáticas onde, S II = vermelho, H-alfa = verde e O III = azul.
Roteiro de procedimentos
A – Extração dos canais monocromáticos H-alfa, OIII e SII:
1.
Execução para o H-alfa
Ir para o “TAB 0”
1- Selecionar padrão RGGB;
2- Validar caixa“Force Bayer”;
3-
Selecionar opção
“Halfa-OIII extractHalfa”;
4-
Validar caixas“Neutralize”e “Saturation” na coluna à
direita.
Ir
para o “TAB – LOAD”
Fazer o
carregamento das respectivas imagens (Lights, Flats,Darks e Bias).
Ir para o “TAB –
INTEGRATE” e integrar deixando todas as opções como estão pré-definidas.
2. Execução para o OIII
Ir
para o “TAB 0”e selecionar a opção “Halfa-OIII extract OIII”;
Ir
para o “TAB 5—NORMALIZE”e normalizar;
Ir
para o “TAB 6 – INTEGRATE”e integrar.
3.
Execução para o SII – repetir os passos anteriores
“TAB
0”–Selecionar opção “Halfa-OIII mono”;
“TAB
5—NORMALIZE” e normalizar;
“TAB
6 – INTEGRATE” e integrar.
(a) H-alfa
(b) OIII
(c) SII
B – Atribuição das imagens monocromáticas H-alfa, OIII e SII (SHO)nos canais RGB:
Em “TAB 8 – TOOLS”, selecionar opção
“COMBINE RGB” e de seguida selecionar “ADD CHANNEL”em simultâneo com as 3 imagens (Halfa, OIII, SII);
Na
opção “CHOOSE COMPOSITE FORMULA “ selecionar “SHO (HUBBLE) 2”
Na opção “SHOT
WITH FILTER”, selecionar “Hidrogen alfa” e premir “OK”
Repetir a operação
para SII e OIII:
Em “CHOOSE
COMPOSITE FORMULA” selecionar “SHO (HUBBLE) 2”
Em “SHOT WITH
FILTER” selecionar “Sulfur II”
Premir “OK”
Em “CHOOSE COMPOSITE
FORMULA” selecionar “SHO (HUBBLE) 2”
Em “SHOT WITH
FILTER” selecionar “Oxygen III”
Premir “OK”
C -
Parâmetros a introduzir (poderão variar sendo que, a nosso ver, os melhores
resultados foram obtidos com os valores indicados).
H-alfa
|
Enxofre II
|
Oxigénio III
|
4.712
|
7.119
|
10.000
|
1.000
|
1.000
|
1.000
|
R 33
|
R 100
|
R 0
|
G 9
|
G 0
|
G 10
|
B 18
|
B 0
|
B 100
|
L 35
|
L 0
|
L 16
|
Finalmente ir para opção “NORMALIZE” e
selecionar “ADD” seguido de “RE(CALCULATE)” que editará a imagem final a cores.
D -
Trabalhar com as opções da coluna do lado direito (gradiente de cor, contraste,
brilho,ruído, etc) e depois salvaguardar a imagem resultante em formato FITS ou TIFF de 16 bits para posterior edição por exemplo no PhotoShop.
Exemplo:
caso da Messier 20
Imagem
original
Imagem SHO
Messier 20 ou Nebulosa difusa da
Trífida constituída por uma nebulosa de reflexão azul e uma de emissão
avermelhada, situada na constelação do Sagitário. Imagem resultante da
integração de 19 subs de 120 segundos cada, utilizando um refractor Takahashi
102FS a f/6 e uma camara ZWO ASI294MC Pro (0 graus Celsius, 220 gain, 8
offset). Filtro Optolong L-eNhance.
Pré processamento com
40 flats, 20 darks e 20 bias com Astro Pixel Processor 1.083 beta 1.
Guiagem em off-axis com
ZWO ASI224MC e montagem equatorial alemã iOptron CEM60.
Processo de aquisição
robótica com Stellarmate, plate solver astrometry.net, focagem automática USB_Focus v3.
A imagem Hubble palete,
obtida a partir da imagem original, usando o algoritmo SHO (Hubble) 2 do Astro Pixel
Processor com extração para H-alfa, OIII e SII.
Ponta Delgada, Fajã de
Baixo, Bortle 8, 4 de Outubro de 2020.
Conclusão
Apesar deste roteiro Hubble Palette,
assim estruturado, não ser verdadeiramente uma técnica fidedigna, os algoritmos
presentes no Astro Pixel Processor (neste caso o SHO (HUBBLE) 2), conseguem
realizar um bom trabalho de aproximação.
Por outro lado, como muitos objectos do
céu profundo emitem na banda estreita H-alfa, realçando as suas imagens a cor
esverdeada, a utilização dos filtros L-eNhance e L-eXtreme contribuem, ao
estreitar ainda mais os comprimentos de onda H-alfa, H-beta e OIII no primeiro caso
e H-alfa e OIII no segundo caso, para conferir um maior contraste e
profundidade aliado a uma transição mais suave quando da atribuição dos canais
RGB nas imagens obtidas e cortando muito ruído introduzido pela poluição
luminosa. Utilizar o método SHO baseia-se no facto de que o
filtro OIII é muito próximo do azul no espectro de luz visível, assim como o SII
é bem próximo do vermelho enquanto o H-alpha se situa entre ambos.
Assim, as camaras OSCs com os seus CMOS
refrigerados e uma variada gama dimensionada de pixéis, prometem adaptar-se às
mais diversas configurações ópticas. A evolução tecnológica dos sensores CMOS a
par do melhoramento refinado de novos filtros, prometem grandes
desenvolvimentos futuros para a astronomia amadora e profissional estreitando
cada vez mais a colaboração entre ambas e democratizando irreversivelmente a
primeira e a ciência.
Nebulosa
da Lagoa – método SHO (hubble) 2 do Astro Pixel Processor
