Astrofotografia: campo de visão (FOV) - Parte 2

Nebulosa Trífida (Messier 20), objeto será utilizado para
demonstração e ilustração do artigo.

Devido a algumas dúvidas que recebi de leitores do blog após a publicação do artigo sobre FOV, resolvi dar continuidade ao assunto publicando esta segunda etapa na qual iremos falar um pouco mais sobre este tema tão interessante e por diversas vezes também confuso.

Quando falamos sobre sensores digitais e distância focal estamos basicamente falando também sobre campo (FOV) e resolução da imagem. Calma, eu explico. Conforme o artigo anterior, o tamanho do sensor determinará o campo disponível em razão da distância focal; e o tamanho dos pixels do sensor determinará a resolução da imagem também em razão da distância focal. Resumindo:

• Tamanho do sensor >> campo da imagem;
• Tamanho do pixel >> resolução da imagem.

Trataremos neste artigo o primeiro caso. Para facilitar e deixar as coisas mais intuitivas tomaremos como base o tamanho da diagonal do sensor, para isso utilizaremos o Teorema de Pitágoras, no qual a hipotenusa refere-se à diagonal do sensor, enquanto que os catetos referem-se ao comprimento e à altura. Portanto, calcularemos o valor da diagonal do sensor da câmera QHY163M (mesmo sensor da ASI1600MM-C):

Teorema de Pitágoras, utilizamos esta ferramenta para
calcular a diagonal do sensor.

• Comprimento (cateto - c): 17,70mm
• Altura (cateto - b): 13,40mm
• Diagonal (hipotenusa - a): a² = b² + c² -> a = 22,20mm

Agora calcularemos a diagonal do sensor da câmera ZWO ASI178MC-C. Utilizando novamente o Teorema de Pitágoras, temos:

• Comprimento (cateto - c): 7,40mm
• Altura (cateto - b): 5,00mm
• Diagonal (hipotenusa - a): a² = b² + c² -> a = 8,93mm

Então temos os seguintes valores:

• Diagonal sensor QHY163M = 22,20mm;
• Diagonal sensor ZWO ASI178MC-C = 8,93mm.

Diante destes dados sabemos que a câmera com sensor menor irá produzir um campo de visão (FOV) também menor caso ambas sejam utilizadas no mesmo telescópio, ressaltando que isto em nada afeta a resolução, pois um campo menor pode ter mais resolução do que um campo maior, sendo a resolução inerente ao tamanho do pixel do sensor, conforme apontamos anteriormente. Portanto, podemos considerar que (de uma maneira simplificada), o FOV nos diz o "aumento" que teremos com a configuração, quanto menor a diagonal  do sensor maior será a ampliação do objeto*. 

Vejamos agora uma simulação na qual utilizaremos um telescópio refrator ED80 (80mm de abertura / 600mm de distância focal / F7.5) com as duas câmeras citadas capturando a Nebulosa Trífida (Messier 20). Porém, antes da simulação, vejamos o tamanho angular deste objeto e o FOV de cada configuração:

• Tamanho angular da Nebulosa Trífida: 0,47° x 0,30°;
• FOV QHY163M com dist. focal de 600mm: 1.69° x 1.28°;
• FOV ASI178MC-C com dist. focal de 600mm: 0.71° x 0.48°;

De acordo com os números percebemos que a ASI178MC-C fará melhor uso do FOV nestas condições devido à distância focal e ao tamanho do objeto em questão. Vejamos a simulação:

Simulação** comparando os dois campos com o mesmo objeto
e a mesma distância focal.

Agora vejamos as astrofotografias feitas exatamente com os equipamentos aqui discutidos:

Nebulosa Trífida com refrator ED80 e câmera QHY163M
(22,20mm de diagonal do sensor).

Nebulosa Trífida com refrator ED80 e câmera ASI178MC-C
(8,93mm de diagonal do sensor).

Conclusão:

As duas fotos da Nebulosa Trífida são de minha autoria e serviram muito bem para demonstrar a diferença de FOV para um mesmo telescópio com dois sensores diferentes. Contudo, enfatizo que há mais diferenças entre as duas imagens e que não foram abordadas neste artigo, até acredito que cada parâmetro mereça ser avaliado individualmente em artigos distintos porque demandam informações interessantes para o bom entendimento de cada um deles. Exemplo disso é o tempo de exposição, a primeira imagem conta com aproximadamente 8 horas de exposição com sensor monocromático e filtros LRGB, já a segunda imagem conta com apenas 1 hora de exposição com sensor colorido. O tempo de exposição impacta significativamente na relação sinal/ruído e no nível de detalhes.

Espero que este artigo tenha lhe ajudado a considerar um pouco mais o FOV no momento do planejamento de uma captura ou que permita para quem não pratica astrofotografia entender como o processo é feito.

Abraços e até a próxima!

*Esta consideração serve apenas para fins ilustrativos e de aprendizagem.

**Crédito da imagem de simulação: simulação de FOV gerada pelo site Astronomy Tools.

Nebulosa do Camarão (Prawn Nebula) - IC 4628

A Nebulosa do Camarão (Prawn Nebula) catalogada como IC 4628, ou também como Gum 56, situa-se ao sul da estrela Antares, na constelação de escorpião que é uma das mais ricas em nebulosas. Primeiro objeto que registrei durante o XI EBA (Encontro Brasileiro de Astrofotografia), ressalta a importância de se fazer astrofotografia em um local escuro, pois aumenta o contraste e revela detalhes mais finos dos objetos fotografados.

Tipicamente trata-se de uma nebulosa de emissão, por isso vemos este padrão avermelhado que é resultante da emissão vermelha de hidrogênio. As zonas escuras são nuvens de poeira que bloqueiam a luz das estrelas de fundo, produzindo este aspecto enegrecido na imagem. Por fim, ao fundo, temos esta imensidão de estrelas que habitam o bojo da Via Láctea.

IC 4628 é um objeto brilhante se comparado aos demais Deep Sky Objects e relativamente grande, pois abrange o equivalente a três luas cheias no céu, sendo ideal para telescópios de curta distância focal. Particularmente a classificamos como um dos objetos do catálogo COM (Catálogo de Objetos Manjados – uma forma bem humorada de classificar os objetos de céu profundo mais conhecidos), além disso é relativamente fácil registrá-la e quase todo astrofotógrafo amador possui uma chapa em seu portfólio pessoal.

Algo interessante que costumo fazer para analisar as imagens é separar os canais de cor no Adobe Photoshop a fim de comparação:

[Canal R]

[Canal G]

[Canal B]

Percebam a diferença do canal vermelho em relação aos demais.

#Curiosidades:

Geralmente a astrofoto revela algum detalhe curioso que alimenta a imaginação. Nesta, por exemplo, para mim há a silhueta do Timão (da dupla Timão e Pumba no Rei Leão) no centro da imagem.

#Dados do objeto:

Nome: Nebulosa do Camarão

Catálogo: IC 4628 ou Gum 56
Descrição: nebulosa brilhante

Constelação: Escorpião

Magnitude Visual: +10.00

Tamanho Aparente: 90.0 x 60.0 arcmin.

Dist. Estimada: 6.000 anos-luz (fonte APOD)

Fonte: SkySafari 4 Plus app

Localização de IC 4628 na constelação escorpião.

#Equipamento:

Telescópio: Refrator Orion ED80

Distância Focal: 600mm

Câmera: QHY163M

Montagem: SkyWatcher HEQ5 Pro

Filtros: LRGB Optolong

Guiagem: buscadora Meade 8x50 com câmera Starlight Superstar mono

Acessórios: aplanador de campo Orion; roda de filtros manual StarGuider

#Dados da captura:

Luminância (filtro L): 33 quadros de 300s Bin 1x1 -10° C

Vermelho (filtro R): 15 quadros de 120s Bin 2x2 -10° C

Verde (filtro G): 13 quadros de 120s Bin 2x2 -10° C

Azul (filtro B): 15 quadros de 120s Bin 2x2 -10° C

Exp. Total: 4,2 horas

Calibração: darks Bin 1x1 e Bin 2x2

Local: Padre Bernardo / Goiás / Brasil (XI EBA)

Data: 14 de julho de 2.018

Escala bortle: 3-4

Programas para aquisição: APT; EQMod; PHD 2

Programas para processamento: PixInsight e Photoshop CS6

#Image Plate Solver:

Resolution* ........ 1.316 arcsec/pix

Rotation ............ 177.853 deg

Focal ............. 595.44 mm (cropped)

Pixel size ........ 3.80 um

Field of view ..... 1d 34' 20.3" x 1d 12' 23.9"

Image center ...... RA: 16 58 04.574  Dec: -40 21 20.91

*Esta resolução considera a imagem em resolução total (4300 x 3300 pixels).

#Melhor resolução:

Flickr: resolução 1900 x 1458

A primeira luz!

“A primeira luz” é um termo muito comum entre os astrônomos amadores ao citarem a primeira observação astronômica realizada com o telescópio novo, tal termo não se limita aos observadores brasileiros, nas terras de língua inglesa falam The first light. O telescópio, a grosso modo, nada mais é do que um sistema coletor de fótons, que é o quantum da radiação eletromagnética, através destes fótons emitidos pelos objetos celestes formam-se as imagens que chegam aos nossos olhos.

Alguns destes fótons viajaram apenas alguns milésimos de segundos, como no caso das observações terrestres, ou então viajaram minutos-luz, caso dos objetos do Sistema Solar, ou vieram de mais longe ainda, vieram de um passado distante e precisaram transpor anos-luz de distância, ou talvez, dezenas, centenas, milhares, milhões de anos-luz até serem coletados por um telescópio aqui na Terra.

Dizemos que observar o Universo é observar o passado pois a luz não é instantânea, ela necessita de tempo para chegar de sua fonte emissora até o receptor; ela é limitada por sua velocidade, que é até o presente momento, de acordo com a Física, o que há de mais veloz na natureza, que corresponde a 300.000 km/s. A esta velocidade os fótons necessitam de 8 minutos para chegarem do Sol à Terra, por isso dizemos que a Terra está a 8 minutos-luz de distância do Sol. Oito minutos correspondem a 480 segundos, se multiplicarmos este tempo pela velocidade da luz encontraremos a distância da Terra ao Sol, conforme a equação do Movimento Retilíneo Uniforme (MRU), temos que:

S = S° + v*t

Então,

S = 0 + (300.000 km/s) * (480 s) = 144.000.000 ( 144 milhões de quilômetros)

De acordo com os nossos cálculos, a distância entre a Terra e o Sol é de 144 milhões de quilômetros, o que é uma boa aproximação com o valor oficial de 149.600.000 km (149 milhões e 600 mil quilômetros), ou seja, obtivemos uma aproximação de 96% !

As distâncias no Universo são assombrosas e vão além da imaginação humana, o nosso cotidiano é permeado por números que são insignificantes nas escalas cósmicas. Veja como exemplo o tempo necessário para a luz percorrer de Brasília-DF a Pelotas-RS, cujo percurso em linha reta é de 1.835,45 km, seriam necessários apenas 0,006 segundos, ou seja, 6 milésimos de segundos.

Voltando aos telescópios, na noite anterior o meu novo telescópio coletou os seus primeiros fótons, apesar da grande quantidade de nuvens no céu, consegui uma pequena janela entre elas para fazer um registro da Lua:

Esta pequena estrela no canto inferior direito é uma estrela na constelação de Escorpião, seu nome é Acrab ou Graffias. Em grego Graffias significa "a pinça" (uma das garras do animal escorpião). Na Bandeira do Brasil ela representa o estado do Maranhão.

Considerando a distância média da Terra à Lua em 384.400 km, os fótons coletados pelo o meu telescópio precisaram de 1,3 segundos para serem refletidos da Lua para a Terra. Você pode me perguntar: “Por que refletidos e não emitidos?” Lhe respondo porque a Lua não emite Luz, na verdade ela reflete a Luz emitida pelo Sol, mas este é um assunto para outro tópico.

Abraços a todos!