天体写真を始めたかった。
惑星が地球に最も近い惑星の写真を撮りたいと仮定しましょう。どの惑星が望遠レンズで最大に見えるでしょうか?いくつかの惑星は小さくても惑星の地球に近く(火星)、いくつかの惑星はもっと遠くにありますが、はるかに大きく(木星のように)、どの惑星が写真を撮るのが最も簡単かわかりません。APS-Cカメラ付きの800mmレンズで木星の細部を見るのに十分であることは知っていますが、他の惑星はどうですか?
天体写真を始めたかった。
惑星が地球に最も近い惑星の写真を撮りたいと仮定しましょう。どの惑星が望遠レンズで最大に見えるでしょうか?いくつかの惑星は小さくても惑星の地球に近く(火星)、いくつかの惑星はもっと遠くにありますが、はるかに大きく(木星のように)、どの惑星が写真を撮るのが最も簡単かわかりません。APS-Cカメラ付きの800mmレンズで木星の細部を見るのに十分であることは知っていますが、他の惑星はどうですか?
回答:
地球から他の各惑星までの距離は軌道力学により異なるため、地球から見た各惑星のサイズは大きく異なる可能性があります。どの惑星が最大で、相対サイズの順序は頻繁に変化します。
たとえば、2018年4月1日現在、地球から見た惑星の角度サイズは次のとおりです。
金星は4月12日にサイズが水星を通過し、2018年
火星は2018年、4月19日サイズで水星を通過します
5月7日に火星が金星より大きく成長する、2018年
火星は6月18日に土星より大きく成長し、2018年
金星はなります7月20日サイズは土星、2018追い越す
金星は再び2018年、8月15日に火星よりも大きくなる
金星は2018年、9月12日に木星より大きく成長する
火星は9月26日、2018年に土星よりも小さいに縮小されます
金星2018年10月27日に角度サイズが1'1.33 "(1アーク分および1.33アーク秒)でピークに達します。
2018年10月27日(現在から7か月以内)までに、リストは次のようになります。
2018年12月中旬までに、金星は再び木星よりも小さくなります。
2019年7月末に、序列は次のようになります。
地球に最も近いとき、金星は地球から見た惑星の中で最大の角度サイズを持っています。最大で、金星の幅は0.01658度です。これは1分の1分に非常に近く、1/60度です。金星は、木星よりも数週間(2018年の9月中旬から12月中旬までの約13から14週間)だけ、年に一度ほど大きくなります。残りの時間は木星が他の惑星よりも大きいです。
残念ながら、金星が地球に最も近く、その最大の角度サイズである場合、これは、金星も地球と太陽の間にほぼ直接あり、地球に面している金星の側面のほとんどが暗く、明るい太陽がほぼ真後ろにあることを意味します。非常にまれなケースでは、金星と地球の軌道がちょうど合っており、金星は地球から見たときに太陽の前を直接通過します。このイベントをトランジットと呼びます。金星の最後の通過は2012年6月5日に発生しました。次は2117年の12月まで続き、2125年12月まで続きます。それらは約8年間隔でペアで発生し、121.5年の間で交互にギャップが生じます。次のペアが発生する105.5年前。
右上近くの大きな点は金星です。中央の小さな点は黒点です。太陽円盤の下部に薄い雲がいくつかあります。
金星と地球はどちらも内部惑星であるため、それらの相対距離は大きく異なります。連結時には、4140万キロメートルしか離れていません。反対側(金星が地球の太陽の反対側に直接あるとき)に、それらは257.757百万キロメートル離れています。その距離では、金星は10アーク秒よりわずかに小さい(.16アーク分または0.00278度の幅)。
木星は、反対側の約32アーク秒から、結合時の49アーク秒(0.817アーク分または0.0136度)まで変化します。ほとんどの場合、木星は40アーク秒よりも大きいです。木星は外側の惑星であり、太陽から地球の5倍離れているため、地球と木星の間の距離は、他の内側の惑星の場合よりもはるかに変動が少なくなります。また、木星と地球が最も近い場合、太陽は地球の反対側で180°にあり、地球から見た木星のほとんどすべての部分が日光に照らされ、木星も最大のときに最も明るくなります。
2013年1月21日に観測された木星。当時の幅は約44秒角でした。Canon 7D + Kenko 2X Teleplus Pro 300 DGX + EF 70-200mm f / 2.8 L IS II 画像は100%の切り抜きです。
火星は、結合時の約25アーク秒(0.00694度)から反対側の3.5アーク秒(0.001度未満)まで変化します。これは、火星が反対側の天王星より小さいことを意味する場合があります。火星の軌道は地球の軌道の外側にあるため、最大の場合は地球から見たときにほぼ完全に照らされ、最小の場合は太陽の背後または非常に近くに隠されます。
土星は、地球から見たとき、平均で約16〜20アーク秒(土星のリングシステムのより広い角度サイズを含まない)です。その軌道は木星の軌道のほぼ2倍であるため、連結と反対の間のサイズの変動は木星の軌道よりもさらに小さくなります。
他の惑星は、地球から見た角の大きさに関して、上記の惑星の平均サイズよりもはるかに小さいです。水星(最大約10秒角)および天王星(最大3.5秒角超)は、火星が最も遠い(3.5秒角未満)場合に火星より大きくなることがあります。木星は2位を下回ることはありませんが、金星は最大から5番目まで変化することがあります(ただし、水星と火星の両方が同時に金星より大きい場合は、4番目を超えるだけです)火星は、2番目から7番目に大きくなります。最も変動性の高い惑星は、軌道が地球の軌道に最も近いものであり、最も変動性の低い惑星は、地球の軌道よりもはるかに大きい軌道を持つものです。
対照的に、太陽と月は、地球の表面から見て、両方とも約0.5度、または30アーク分または1,800アーク秒です。これは、金星の幅の最も近い(かつ最も照らされた割合が低い)30倍であり、木星の最も明るく明るい位置での幅は36倍です。
左に木星、右に月。比較サイズに注意してください。この画像が2013年1月21日に撮影された夕方、彼らは互いに1度以内で通り過ぎました。木星の幅は、当時約44アーク秒でした。
もちろん、地球の平らな部分に立っている場合、その角度は180度(10,800アーク分または648,000アーク秒)であり、太陽と月の360倍です!
通常、木星は地球から見ると簡単に最大ですが、軌道によっては金星になることもあります(次回は9月、次に2020年)。
このサイトでは、正確な日付に関する詳細について回答します:https : //www.timeanddate.com/astronomy/planets/distance
地球の空にある金星の角度サイズは他のどの惑星よりも大きいですが、金星は太陽の方向にある金星の場合にのみ最大の角度サイズが発生する劣った惑星であるためです。木星は次に大きい角度サイズを持ち、木星が反対にあるときに発生します。したがって、木星は最も明るく照らされた状態でもあります(地球の観測者にとって)。また、金星の角度の大きさは、地球と太陽の軌道を回るのと同じ大きさで変化しますが、木星はさらに大きく、直径が最大から最小まで微妙に変化します。これは望遠鏡やカメラでは非常に明白です。
Jupiterには非常に大きな機能(バンド、Great Red Spot)があり、Venusにはないため、空の円ではなく詳細を表示したい場合は、Jupiterがその詳細を提供できることに注意してください。ただし、金星は月の相に似た三日月を示しますが、木星はそうではありません。
木星には4つの非常に大きな月があり、これらは非常に簡単に撮影できることにも注意してください。そのため、木星のバンドやグレートレッドスポットを解決できる場合とできない場合がありますが、ほとんどの場合、月を撮影して、夜から夜までの位置の変化を見ることができます。木星を撮影するのに反対する必要はありません。それらは木星の軌道全体にはっきりと見えます。
たとえば、以下は、望遠鏡に接続されたLogitechウェブカメラで撮影した積み重ね画像で作成された木星の写真です。
画像ソースには、ニコンとキヤノンの一般的なデジタル一眼レフカメラで撮影された木星の他の写真が含まれます。
簡単な答え:金星は最大の角度を定め、木星がそれに続きます。
中程度の長さの答え:Randall Munroeは、次の有用な視覚化を提供します(https://xkcd.com/1276/のより大きな視覚化から抽出)。
長い答え:軌道の相対的な位置に起因するいくつかの変動があります。相対的なサイズが時間とともにどのように変化するかを示すアニメーションについては、ウェインの答えを参照してください。
DSLRを使用した天体写真は通常、次のいずれかで行われます。
最初の方法は、空の大規模な構造(天の川、アンドロメダ銀河、クラスターまたは星雲など)をキャプチャするのに最適です。
2番目は惑星に使用できます。
実際には、望遠鏡では800mmはそれほど長くなく、f / 5.6の対応する開口部は約145mmであり、あまり大きくありません。800mm f / 5.6は巨大で高価であり、天体写真に使用するのは難しいでしょう。
あなたの質問から、私はあなたが惑星を見る多くの経験を持っていないことを集めます。視覚天文学は、良い写真を撮るために必要な経験をあなたに与えることができます。
天体写真は難しく、多くのお金、経験、忍耐が必要です。どこを、いつ、どの空の条件下で指し示すのかを知る必要があります。
250ドルの優れた、手頃な価格のアマチュア望遠鏡があります(この小さなドブソニアン、900mm f / 8など)。多くの天体写真用アダプターの価格ははるかに高くなります。あなたはそれをすべての惑星を見ることができ、土星の環上カッシーニ部門、大赤斑木星上だけでなく、木星の衛星やISS。まともな空では、素晴らしい深空のオブジェクトを見ることができます(アンドロメダ銀河、オリオン星雲、二重クラスターなど)。
倍率を変更するには、DSLRレンズよりも手頃な価格の別の接眼レンズが必要です。
ウェブカメラやDSLRを使用して、望遠鏡で写真を撮ることもできます。大きな赤い斑点、2つの月の通過、イオを備えた木星の例を次に示します。
Fuji X100sで600ドルのドブソニアン(1250mm f / 5)での単一露出として撮影されました。1/50秒、f / 4、ISO 1600。
一部のアマチュアの天体写真家は、なんとか惑星の素晴らしい写真を撮ることができます。以下に例を示します。
「最高の」カメラや「最高の」レンズがないように...「最高の」望遠鏡はありません-特定のタスクに他のタスクよりも適した望遠鏡があるだけです。
確かにカメラを取り付け、望遠鏡を惑星に向けて画像をキャプチャすることができますが、その画像の品質は他の多くの要因に依存します(その一部は制御できません)。
大気の見える条件
地球から見た別の惑星の見かけのサイズは非常に小さいため、この地球上の大気の安定性には画質が非常に敏感です。天文学者はこれを「シーイング条件」と呼んでいます。私が使用することを好む例えは、澄んだ水のプールの底にあるコインを想像することです。水がまだ残っている場合は、コインを見ることができます。誰かが波(小さな波紋または大きな波)の作成を開始すると、コインのビューは歪んで揺れ始めます。これと同じ問題は、惑星を見るときに私たちの大気でも起こります。
安定した雰囲気を得るには、ジェットストリーム、ウォームフロント、またはコールドフロントから数百マイル以内にいないことを確認します。また、スムーズな層流を可能にするために、地理が平坦な場所(およびできれば水)に配置する必要があります。暑い土地はサーマルを作り出します...そのため、涼しい土地(山の高地)や冷たい水を見渡すのが役立ちます。また、望遠鏡の光学面には、周囲温度に適応する時間があるはずです。そうしないと、画像が安定しなくなります...画質が揺らぎ、歪んでしまいます。
サンプリング定理
拡大の問題もあり、ナイキスト・シャノンのサンプリング定理に基づいて、これにはちょっとした科学があります。
望遠鏡は、開口サイズに基づいて解像力が制限されます。カメラセンサーにはピクセルがあり、これらにもサイズがあります。サンプリング定理のショートバージョンは、望遠鏡が提供できる最大解像度の2倍の解像度をセンサーが持つ必要があるということです。それを考える別の方法は、光の波の性質に基づいて、光の「点」が実際にエアリーディスクと呼ばれるものに焦点を合わせるということです。カメラセンサーのピクセルサイズは、Airy Diskの直径の1/2にする必要があります。希望する画像スケールに到達するには、何らかの形式の画像拡大(接眼レンズ投影やバーローレンズ(テレセントリックバーロウが望ましい)など)を使用します。
このサンプリング定理は、アンダーサンプリング(情報の損失)またはオーバーサンプリング(実際には詳細を解決できないピクセルの浪費)なしに、スコープがキャプチャできるデータを最大限に活用するのに役立ちます。
例
例として、カメラと望遠鏡の組み合わせを取り上げます。
ZWO ASI290MCは、人気のある惑星撮像カメラです。2.9µmピクセルです。
式は次のとおりです。
f / D≥3.44 xp
どこで:
f =機器の焦点距離(mm)
D =器具の直径(単位を同じに保つためのmm単位)
p = µm単位のピクセルピッチ。
基本的にf / Dは望遠鏡の焦点比です-それがそれについて考えるより簡単な方法であるなら。この式は、機器の焦点比が、カメラセンサーのピクセルピッチ(ミクロン単位)に定数3.44を掛けた値以上である必要があることを示しています。
2.9µmピクセルのカメラを使用して14インチf / 10望遠鏡の数字を差し込むと、次のようになります。
3556/356≥3.44 x 2.9
次のようになります:
10≥9.976
10が9.976以上であるため、これは機能します。したがって、これはおそらく大丈夫な組み合わせでしょう。
実際のイメージングカメラには2.9µmピクセルがありません... 5.86µmピクセルです。それらの番号を差し込むと
3556/356≥3.44 x 5.86 10≥20.158を取得
それは良くありません...これは、望遠鏡の画像スケールを拡大する必要があることを意味します。ここで2xバーローを使用すると、焦点距離と焦点比が倍になり、20≥20.158になります。「.158」についてあまり心配しなければ、これは機能します。しかし、左側と右側の間のシンボルが≥...であることを思い出してください。2.5xバーローを使用する場合、焦点比はf / 25に増加し、25≥20.158からまだ有効な組み合わせです。
APS-Cカメラを使用する場合(T2i、T3i、60D 7Dなど、18MPセンサーを備えた多くのCanonモデルのいずれかを使用するとします)、ピクセルサイズは4.3µmです。
6 "SCTなどの小さなスコープを使用するとします。これは、口径150mm、焦点距離1500mm(f / 10)です。
1500/150≥3.44 x 4.3
それはうまくいく
10≥14.792
それだけでは十分ではありません... 1.5倍以上の強力なバーローを使用すると、より良い結果が得られます。
ラッキーイメージング(ビデオフレームの使用)
しかし...バーロウレンズを使い果たして購入する前に(そして理想的には... TeleVue PowerMateなどのテレセントリックバーロウ)、別のカメラを検討し、APS-Cセンサーを備えた従来のカメラの使用を避けることをお勧めします。
惑星は小さいです。カメラの中央の非常に小さなスポットのみを占有します。そのため、センサーサイズのほとんどが無駄になります。
さらに、理想的な大気条件を取得することは、宝くじに当たるようなものです。それは決して起こらないということではありません...しかし、それは確かに非常に頻繁には起こりません。あなたが住んでいる場所によっては、非常にまれかもしれません。もちろん、アタカマ砂漠の高地にいる場合は、これが毎日の天気かもしれません。
ほとんどの惑星イメージャーは、単一の画像を取得しません。代わりに、約30秒のビデオフレームを取得します。実際にはすべてのフレームを使用するわけではありません...最高のフレームのわずかな割合を取得するだけで、スタックに使用されます。この手法は、「ラッキーイメージング」と呼ばれることもあります。これは、ほとんどの不正なデータを拒否するためです...
ビデオを記録できるDSLRは通常、損失の多い圧縮ビデオ技術を使用します。いくつかの良いフレームだけが必要な場合、それは良くありません。損失のない完全なフレームが必要です(.SER形式などのRAWビデオデータが望ましい)。これが機能するには、かなり高速のビデオフレームレートのカメラが必要です。グローバルな電子シャッターを介してビデオを撮影できるカメラは理想的ですが、少し高価です。
続行する前に...重要な注意:特定のカメラモデルを例として使用します。ZWO ASI290MCは、この記事の執筆時点で惑星画像用の非常に人気のあるカメラです。来年または翌年...おそらくそれは別のものになるでしょう。カメラのメーカー/モデルを購入する必要があるというメッセージを取り上げないでください_____。代わりに、カメラを惑星のイメージングにより適したものにする重要な機能をどのように解決するかというアイデアを取り上げてください。
ASI120MC-Sは低価格のカメラで、60fpsでフレームをキャプチャできます。ピクセルサイズは3.75µmです。3.44 x 3.75 = 12.9 ...したがって、f / 13以上の焦点比を持つスコープが必要になります。
これがASI290MCの最適な選択です...キャプチャレートは170fps(USBバスとコンピューター上のストレージが維持できると仮定)とわずか2.9µmの小さなピクセルピッチ(3.44 x 2.9 = 9.976なのでf / 10でうまく機能します)
処理
フレームをキャプチャしたら(Jupiterの場合は、30秒程度のフレームに抑える必要があります)、フレームを処理する必要があります。フレームは通常、AutoStakkertなどのソフトウェアを使用して「スタック」されます。通常、その出力は、Registaxなどのウェーブレットを介して画像を強化できるソフトウェアに取り込まれます(btw、AutoStakkert、Registaxはどちらも無料のアプリケーションです。これを実行できる商用アプリもあります)。
これは答えの範囲を超えています。データの処理方法には多数のチュートリアルがあります(これは少し主観的になりますが、実際にはStack Exchangeの目的ではありません)。