Quería comenzar la astrofotografía.

Supongamos que quiero tomar fotos de los planetas cuando están más cerca del planeta Tierra, ¿qué planeta se vería más grande si se considerara un teleobjetivo? Algunos planetas son más pequeños pero más cercanos al planeta Tierra (Marte), otros están más lejos pero son mucho más grandes (como Júpiter), por lo que no sé qué planeta es el más fácil de tomar una foto. Sé que una lente de 800 mm con una cámara APS-C es suficiente para ver algunos pequeños detalles de Júpiter, pero ¿qué pasa con los otros planetas?

Debido a que la distancia desde la Tierra a cada uno de los otros planetas varía debido a la mecánica orbital, el tamaño de cada planeta visto desde la Tierra puede variar significativamente. Qué planeta es el más grande y el orden de los tamaños relativos cambia con frecuencia.

Por ejemplo, en este momento a partir del 1 de abril de 2018, los siguientes son los tamaños angulares de los planetas vistos desde la Tierra:

• Júpiter - 42.69 "(segundos de arco)
• Saturno - 16.68 "
• Mercurio - 11.27 "
• Venus - 10.59 "
• Marte - 8.49
• Urano - 3.38 "
• Neptuno - 3.21

Venus pasará el tamaño de Mercurio el 12 de abril de 2018.
Marte pasará el tamaño de Mercurio el 19 de abril de 2018.
Marte crecerá más que Venus el 7 de mayo de 2018.
Marte crecerá más grande que Saturno el 18 de junio de 2018.
Venus lo hará. superará a Saturno en tamaño el 20 de julio de 2018.
Venus volverá a ser más grande que Marte el 15 de agosto de 2018.
Venus crecerá más que Júpiter el 12 de septiembre de 2018.
Marte se reducirá a más pequeño que Saturno el 26 de septiembre de 2018.
Venus tendrá un pico de tamaño angular de 1'1.33 "(un minuto de arco y 1.33 segundos de arco) el 27 de octubre de 2018.

Para el 27 de octubre de 2018 (menos de siete meses a partir de ahora), la lista se verá así:

• Venus - 1'1.33 "
• Júpiter - 31.44 "
• Saturno - 15.79 "
• Marte - 12.28 "
• Mercurio - 5.70 "
• Urano - 3.73 "
• Neptuno - 2.33 "

A mediados de diciembre de 2018, Venus volverá a ser más pequeño que Júpiter.

A finales de julio de 2019, el orden jerárquico se verá así:

• Júpiter - 42.68 "
• Saturno - 18.25 "
• Mercurio - 9.68 "
• Venus - 9.66 "
• Urano - 3.56 "
• Marte - 3.53 "
• Neptuno - 2.34 "

Cuando está más cerca de la Tierra, Venus tiene el mayor tamaño angular de cualquiera de los planetas visto desde la Tierra. En su máximo, Venus tiene 0.01658 grados de ancho. Esto está muy cerca de exactamente un minuto de arco, que es 1/60 de grado. Venus es solo más grande que Júpiter durante algunas semanas (aproximadamente 13-14 semanas desde mediados de septiembre hasta mediados de diciembre en 2018) una vez cada año y medio más o menos. El resto del tiempo, Júpiter es más grande que los otros planetas.

Desafortunadamente, cuando Venus está más cerca de la Tierra y en su mayor tamaño angular, esto significa que Venus también está casi directamente entre la Tierra y el Sol, y la mayor parte del lado de Venus que mira hacia la Tierra está oscuro, mientras que el sol brillante está casi directamente detrás de él. . En muy raras ocasiones, Venus y la órbita de la Tierra se alinean a la perfección y Venus pasa directamente frente al Sol como se ve desde la Tierra. Llamamos a este evento un tránsito . El último tránsito de Venus ocurrió el 5 de junio de 2012. El próximo no será hasta diciembre del año 2117 seguido de otro en diciembre de 2125. Ocurren en pares con aproximadamente 8 años de diferencia, luego hay una brecha que alterna entre 121.5 años. y 105.5 años antes de que ocurra el próximo par.

_{El punto grande cerca de la esquina superior derecha es Venus. Los puntos más pequeños en el medio son manchas solares. Hay algunas nubes delgadas en el fondo del disco solar.}

Dado que Venus y la Tierra son planetas interiores, su distancia relativa varía mucho. Durante la conjunción están a solo 41.4 millones de kilómetros de distancia. En oposición (cuando Venus está directamente al otro lado del Sol desde la Tierra), están a 257.757 millones de kilómetros de distancia. A esa distancia, Venus tiene un poco menos de 10 segundos de arco (0,16 minutos de arco o 0,00278 grados de ancho).

Júpiter varía de aproximadamente 32 segundos de arco en oposición a 49 segundos de arco (0,817 minutos de arco o 0,0136 grados) en conjunción. La mayoría de las veces Júpiter es mayor de 40 segundos de arco. Dado que Júpiter es un planeta externo y está cinco veces más alejado del Sol que la Tierra, la distancia entre la Tierra y Júpiter es mucho menos variable que en el caso de los otros planetas internos. También significa que cuando Júpiter y la Tierra están más cerca, el sol está a 180 ° al otro lado de la Tierra y casi toda la parte de Júpiter vista desde la Tierra está iluminada por la luz solar y Júpiter también es más brillante cuando es más grande.

_{Júpiter como se observó el 21 de enero de 2013. En ese momento, tenía unos 44 segundos de arco de ancho. Canon 7D + Kenko 2X Teleplus Pro 300 DGX + EF 70-200 mm f / 2.8 L IS II. La imagen es un cultivo 100%.}

Marte varía de aproximadamente 25 segundos de arco (0.00694 grados) en conjunción a 3.5 segundos de arco (menos de 0.001 grados) en oposición. Esto a veces significa que Marte es más pequeño que Urano en la oposición. Dado que la órbita de Marte está fuera de la órbita de la Tierra, está casi completamente iluminada como se ve desde la Tierra cuando es más grande y oculta detrás o muy cerca del Sol cuando es más pequeña.

Saturno promedia aproximadamente 16-20 segundos de arco (sin incluir el tamaño angular más amplio del sistema de anillos de Saturno) como se ve desde la Tierra. Como su órbita es casi el doble que la de Júpiter, la variación de tamaño entre la conjunción y la oposición es incluso menor que la de Júpiter.

Los otros planetas son mucho más pequeños que los tamaños promedio de los enumerados anteriormente en términos de tamaño angular como se ve desde la Tierra. Mercurio (máximo de aproximadamente 10 segundos de arco) y Urano (máximo de poco más de 3,5 segundos de arco) pueden ser más grandes que Marte en momentos en que Marte está en su punto más distante (menos de 3,5 segundos de arco). Júpiter nunca cae por debajo del segundo lugar, mientras que Venus puede variar desde el más grande hasta el quinto más grande (aunque solo cae más allá del cuarto más grande en raras ocasiones cuando Mercurio y Marte son más grandes que Venus al mismo tiempo). Marte puede ser del segundo al séptimo más grande. Observe que los planetas más variables son aquellos cuyas órbitas están más cercanas a la órbita de la Tierra y los planetas menos variables son aquellos con órbitas que son mucho más grandes que la órbita de la Tierra.

En contraste, el Sol y la Luna son ambos de aproximadamente 0.5 grados, o 30 minutos de arco o 1,800 segundos de arco como se ve desde la superficie de la Tierra. Eso es 30 veces el ancho de Venus en su punto más cercano (y el menor porcentaje iluminado) y 36 veces más ancho que Júpiter en su punto más cercano y más brillante.

_{Júpiter a la izquierda y la luna a la derecha. Tenga en cuenta los tamaños comparativos. Más tarde, en la noche en que se tomó esta imagen el 21 de enero de 2013, pasaron con menos de un grado de diferencia. Júpiter tenía unos 44 segundos de arco de ancho en ese momento.}

Por supuesto, si uno está de pie sobre una pieza plana de la Tierra, tiene un tamaño angular de 180 grados (10.800 minutos de arco o 648.000 segundos de arco), ¡360 veces más que el Sol y la Luna!

Normalmente, Júpiter es fácilmente el más grande visto desde la Tierra, pero dependiendo de las órbitas, a veces podría ser Venus (la próxima vez en septiembre y luego en 2020).

Este sitio responderá sobre los detalles relativos a la fecha exacta: https://www.timeanddate.com/astronomy/planets/distance

Aunque el tamaño angular de Venus en el cielo de la Tierra es más grande que cualquier otro planeta, debido a que Venus es un planeta inferior, el tamaño angular más grande ocurre solo cuando Venus en la dirección del Sol. Júpiter tiene el siguiente tamaño angular más grande y ocurre cuando Júpiter está en oposición, por lo que también está en su estado más bien iluminado (para un observador en la Tierra). Además, el tamaño angular de Venus varía en un orden de magnitud a medida que ésta y la Tierra orbitan alrededor del Sol, mientras que Júpiter tiene una variación más sutil de mayor a menor diámetro. Esto es muy obvio en telescopios y cámaras.

Tenga en cuenta que Júpiter tiene características muy grandes (bandas, Gran Mancha Roja ) de las que Venus carece, por lo que si está interesado en ver detalles en lugar de un círculo en blanco, Júpiter puede proporcionar ese detalle. Sin embargo, Venus mostrará una media luna similar a las fases de la Luna, mientras que Júpiter no.

Tenga en cuenta también que Júpiter tiene cuatro lunas muy grandes , y estas son muy fáciles de fotografiar. Entonces, aunque puede o no ser capaz de resolver las bandas o la Gran Mancha Roja en Júpiter, lo más probable es que pueda fotografiar las lunas y ver cómo cambia su posición de noche a noche. Ni siquiera necesita que Júpiter esté en oposición para fotografiarlos, son claramente visibles en toda la órbita de Júpiter.

Por ejemplo, aquí hay una foto de Júpiter hecha con imágenes apiladas tomadas a través de una cámara web Logitech conectada a un telescopio:

Fuente de imagen Incluye otras imágenes de Júpiter tomadas a través de cámaras DSLR comunes de Nikon y Canon.

Respuesta corta: Venus subtiende el ángulo más grande, seguido de Júpiter.

Respuesta de longitud intermedia: Randall Munroe proporciona la siguiente visualización útil (extraída de una visualización más grande en https://xkcd.com/1276/ ):

Respuesta larga: hay alguna variación debido a las posiciones relativas en las órbitas. Vea la respuesta de Wayne para una animación que muestra cómo los tamaños relativos cambian con el tiempo.

No compre ese 800 mm f / 5.6 todavía

La astrofotografía con una DSLR generalmente se realiza:

• con una lente rápida y gran angular para evitar rastros de estrellas .
• o montado en un telescopio con un adaptador.

El primer método es excelente para capturar grandes estructuras en el cielo (por ejemplo, la vía láctea, la galaxia de Andrómeda, los cúmulos o las nebulosas ...)

El segundo puede usarse para planetas.

Un 800 mm en realidad no es tan largo para un telescopio, y la apertura correspondiente en f / 5.6 es de alrededor de 145 mm, que tampoco es muy grande. El 800mm f / 5.6 es enorme, costoso y sería difícil de usar para astrofotografía.

Disfruta primero de la astronomía visual

De su pregunta, deduzco que no tiene mucha experiencia mirando planetas. La astronomía visual podría brindarle la experiencia necesaria para obtener buenas imágenes.

La astrofotografía es difícil y requiere mucho dinero, experiencia y paciencia. Necesita saber a dónde apuntar, a qué hora y bajo qué condiciones del cielo.

Hay excelentes y asequibles telescopios de aficionados por $ 250 (por ejemplo, este pequeño dobsonian , un 900 mm f / 8). Muchos adaptadores de astrofotografía cuestan mucho más. Puedes ver cada planeta con él, la división Cassini en los anillos de Saturno , la gran mancha roja en Júpiter, así como las lunas jovianas o la ISS . Con cielos decentes, puedes ver maravillosos objetos de cielo profundo (por ejemplo, Andromeda Galaxy, la Nebulosa de Orión, el doble cúmulo ...).

Para cambiar la ampliación, simplemente necesita otro ocular, que es mucho más asequible que las lentes DSLR.

Cambiar a astrofotografía.

Incluso puede usar una cámara web o una DSLR para tomar fotos a través del telescopio. Aquí hay un ejemplo de Júpiter con las grandes manchas rojas, 2 tránsitos de luna e Io:

Se tomó como una exposición única con un Fuji X100 a través de un dobsoniano de $ 600 (1250 mm f / 5). 1 / 50s, f / 4, ISO 1600. Tuve que:

• seguimiento manual del telescopio
• enfocar manualmente el ocular (6,7 mm)
• sostenga la cámara para apuntar a través del ocular
• enfoca la cámara
• suelta el obturador.

Algunos astrofotógrafos aficionados logran tomar increíbles fotos de los planetas. Aquí hay algunos ejemplos .

Así como no hay una "mejor" cámara o una "mejor" lente ... no hay un "mejor" telescopio, simplemente hay telescopios más adecuados para ciertas tareas que otras.

Si bien ciertamente puede conectar una cámara, apuntar un telescopio hacia un planeta y capturar una imagen, la calidad de esa imagen dependerá de muchos otros factores (algunos de los cuales están fuera de su control).

Condiciones de observación atmosférica

Debido al tamaño aparente muy pequeño de otro planeta visto desde la Tierra, la calidad de imagen es muy sensible a la estabilidad atmosférica aquí en la Tierra. Los astrónomos se refieren a esto como "condiciones de visión". La analogía que prefiero usar es imaginar una moneda descansando en el fondo de una piscina de agua clara. Si el agua está quieta, puedes ver la moneda. Si alguien comienza a crear ondas (ondas pequeñas u ondas grandes), la vista de la moneda comenzará a distorsionarse y tambalearse. Este mismo problema ocurre con nuestra atmósfera cuando vemos los planetas.

Para obtener una atmósfera estable, debe asegurarse de no estar a menos de un par de cientos de millas de la corriente en chorro, un frente cálido o un frente frío. También desea estar ubicado en algún lugar donde la geografía sea plana (y preferiblemente de agua) para permitir un flujo de aire laminar suave. La tierra caliente creará térmicas ... por lo que será útil la tierra fría (en lo alto de las montañas) o mirar por encima del agua fría. Además, las superficies ópticas del telescopio deberían tener tiempo para adaptarse a la temperatura ambiente. De lo contrario, la imagen no será estable ... se tambaleará y distorsionará la calidad de la imagen.

Teorema de muestreo

También hay una cuestión de aumento y hay un poco de ciencia en esto ... basado en el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon.

Un telescopio tendrá un poder de resolución limitado en función del tamaño de la abertura. El sensor de la cámara tiene píxeles y estos también tienen un tamaño. La versión corta del teorema de muestreo es que el sensor necesita tener el doble de resolución de la potencia de resolución máxima que puede ofrecer el telescopio. Otra forma de pensarlo es que, en función de la naturaleza ondulatoria de la luz, un "punto" de luz se enfoca realmente en algo llamado Airy Disk. El tamaño del píxel del sensor de la cámara debe ser 1/2 del diámetro del Airy Disk. Usaría alguna forma de aumento de la imagen (como la proyección del ocular o la lente de barlow (preferiblemente un barlow telecéntrico) para alcanzar la escala de imagen deseada.

Este teorema de muestreo lo ayuda a aprovechar al máximo los datos que su alcance puede capturar sin submuestreo (pérdida de información) o sobremuestreo (desperdicio de píxeles que en realidad no pueden resolver más detalles).

Ejemplo

Elegiré una combinación de cámara y telescopio como ejemplo.

La ZWO ASI290MC es una popular cámara de imágenes planetarias. Tiene 2,9 µm de píxeles.

La formula es:

f / D ≥ 3.44 xp

Dónde:

f = longitud focal del instrumento (en mm)

D = Diámetro del instrumento (también en mm para mantener las unidades iguales)

p = distancia entre píxeles en µm.

Básicamente, f / D es la relación focal del telescopio, si es una forma más fácil de pensarlo. Esta fórmula dice que la relación focal de su instrumento debe ser mayor o igual que el paso de píxeles del sensor de su cámara (medido en micrones) multiplicado por la constante 3.44.

Si conecta los números para el telescopio f / 10 de 14 "usando la cámara con píxeles de 2.9µm, obtendrá:

3556/356 ≥ 3.44 x 2.9

Lo que se reduce a:

10 ≥ 9.976

Ok, entonces esto funciona porque 10 es mayor o igual que 9.976. Entonces, esta sería probablemente una combinación aceptable.

Resulta que mi cámara de imágenes real no tiene 2,9 µm píxeles ... tiene 5,86 µm píxeles. Cuando conecto esos números

3556/356 ≥ 3.44 x 5.86 obtenemos 10 ≥ 20.158

Eso no es bueno ... esto significa que necesito ampliar la escala de la imagen en el telescopio. Si usé un barlow 2x aquí, eso duplica la longitud focal y la relación focal ... hasta 20 ≥ 20.158. Si no me preocupo demasiado por el ".158", entonces esto funciona. Pero recuerde que el símbolo entre los lados izquierdo y derecho es ≥ ... lo que significa que podría ir más alto. Si tuviera que usar un barlow 2.5x, entonces aumentaría la relación focal a f / 25 y desde 25 ≥ 20.158, esta sigue siendo una combinación válida.

Si usa una cámara APS-C (suponga que usa uno de los muchos modelos de Canon con el sensor de 18MP ... como T2i, T3i, 60D 7D, etc., etc.) el tamaño de píxel es de 4.3 µm.

Suponga que usa un telescopio más pequeño, como un SCT de 6 ". Eso es una apertura de 150 mm y una longitud focal de 1500 mm (f / 10)

1500/150 ≥ 3.44 x 4.3

Eso funciona para

10 ≥ 14.792

Eso no es suficiente ... obtendría mejores resultados utilizando un barlow 1.5x o más fuerte.

Imágenes afortunadas (uso de marcos de video)

PERO ... antes de que se agote y compre lentes de barlow (e idealmente ... barlows telecéntricos como TeleVue PowerMate) probablemente sea mejor considerar una cámara diferente y evitar usar una cámara tradicional con sensor APS-C.

El planeta es pequeño. Ocupará solo un lugar muy pequeño en el centro de la cámara. Por lo tanto, la mayor parte del tamaño del sensor se desperdicia.

Pero lo que es más ... obtener las condiciones atmosféricas ideales es un poco como ganar la lotería. No es que nunca suceda ... pero seguro que no sucede muy a menudo. Dependiendo de dónde viva, puede ser extremadamente raro. Por supuesto, si te encuentras alto en el desierto de Atacama ... este puede ser tu clima todos los días.

La mayoría de los lectores de imágenes planetarias no toman imágenes individuales. En cambio, toman unos 30 segundos de fotogramas de video. En realidad, no usan todos los cuadros ... solo toman un pequeño porcentaje de los mejores cuadros y estos se usan para apilar. La técnica a veces se conoce como "imágenes afortunadas" porque terminas rechazando la mayoría de los datos incorrectos ... pero por momentos fraccionarios obtienes un par de fotogramas claros.

Las DSLR que pueden grabar video generalmente usan una técnica de video comprimido con pérdida. Eso no es bueno cuando solo quieres unos pocos cuadros buenos. Necesita cuadros completos sin pérdidas (preferiblemente datos de video RAW ... como el formato .SER). Para que esto funcione, querrás una cámara con una velocidad de fotogramas de video bastante rápida. Las cámaras que pueden hacer video a través de un obturador electrónico global son ideales ... pero también un poco más caras.

Antes de continuar ... una nota importante: utilizaré modelos de cámara específicos como ejemplos. La ZWO ASI290MC es una cámara muy popular para la imagen planetaria en el momento de escribir este artículo . Es probable que el año que viene o el año siguiente ... sea otra cosa. No quite el mensaje de que necesita comprar la marca / modelo de la cámara _____. En cambio, elimine las ideas de cómo resolver las características importantes que hacen que una cámara sea más adecuada para la imagen planetaria.

La ASI120MC-S es una cámara económica y capaz de capturar cuadros a 60 fps. Tiene un tamaño de píxel de 3.75 µm. 3.44 x 3.75 = 12.9 ... por lo que desearía un osciloscopio con una relación focal igual o mejor que f / 13.

Esto es lo que hace que el ASI290MC sea una buena opción ... tiene una velocidad de captura de 170 fps (suponiendo que su bus USB y el almacenamiento en la computadora puedan mantenerse) y un pequeño paso de píxeles de solo 2.9 µm (3.44 x 2.9 = 9.976, así funciona bien en f / 10)

Tratamiento

Después de haber capturado los cuadros (y para Júpiter desea mantenerlos en unos 30 segundos), debe procesar los cuadros. Los marcos normalmente se "apilan" utilizando software como AutoStakkert. La salida de eso generalmente se lleva al software que puede mejorar la imagen a través de wavelets como Registax (por cierto, AutoStakkert y Registax son aplicaciones gratuitas. También hay aplicaciones comerciales que también pueden hacer esto).

Esto está más allá del alcance de la respuesta. Existen numerosos tutoriales sobre cómo procesar los datos (y esto se vuelve un poco subjetivo, lo cual no es realmente el propósito de Stack Exchange).