Kouzla astrofotografie: Jsou fotografie noční oblohy realita, nebo podvod?

Zatímco vše okolo nás, co fotografujeme, můžeme spojit s vlastní smyslovou zkušeností, u vesmíru to možné není. Propastné vzdálenosti činí z drtivé většiny objektů na noční obloze něco nedosažitelného. Automaticky se spouští fantazie a z kosmu se stává prostředí pro inspiraci v umělecké rovině. Na druhou stranu je tu pochopitelně věda, jež se nám z dostupných dat zachycených detektory v nejrůznějších oborech spektra snaží poskytnout alespoň základní představu, co se v našem kosmickém okolí nachází a děje. Jenomže jak rozlišit, který snímek podává informace o fyzikální skutečnosti?

Barevný kámen úrazu

První „kámen úrazu“, na který fotograf noční oblohy narazí, představují barvy – konkrétněji rozdíl mezi spektrální citlivostí oka a čipu fotoaparátu v nočním prostředí. Sítnici, na niž dopadá světlo, pokrývají dva typy světločivných buněk, tzv. fotoreceptorů. Ve dne oko využívá čípky citlivé na barvy: Ve zdravém orgánu je jich přibližně sedm milionů a složitou řadou fotochemických reakcí nám umožňují vnímat spektrum viditelného světla v oblasti vlnových délek zhruba mezi 380 a 750 nanometry, přičemž nejcitlivější jsme na hodnoty okolo 550 nm odpovídající zelenožluté barvě. 

Při nižším osvětlení a později ve tmě se oko musí adaptovat, a to pomocí vyšší koncentrace tzv. rodopsinu a aktivace citlivějších tyčinek. Ve zdravém oku se jich nachází přibližně 130 milionů, tj. zhruba dvacetkrát víc než čípků, nejsou však citlivé na barvy. Jejich maximální citlivost se přitom ve spektru posouvá blíž k zelené, okolo 505 nm, takže objekty svítící v dané barvě vidíme v noci nejjasněji, ovšem bez barevného odstínu. V barvách za tmy vnímáme pouze kontrastně jasné a ostré zdroje světla jako lampy, osvětlení v oknech, reflektory aut apod. – na rozdíl od mlhavých a slabých objektů v podobě mlhovin, Mléčné dráhy či vzácné noční duhy.

Oko versus fotoaparát

Oproti tomu výstup z digitálního senzoru (CCD čip) v prakticky jakémkoliv typu digitálního fotoaparátu se generuje tak, aby byl reprezentován v barvách zhruba odpovídajících vnímání lidského oka ve dne, což se řeší zpravidla umístěním filtru s patřičnou barevnou propustností před senzor. Oproti oku bude ovšem spektrální citlivost fotoaparátu pochopitelně stejná ve dne i v noci. Noční snímek tedy bude barevný a barvy budou odpovídat právě té spektrální citlivosti, jakou aparátu určil jeho výrobce.

Z neznalosti zmíněného faktu mimochodem vyplývá drtivá většina neoprávněné kritiky noční fotografie od laické veřejnosti. Slova „takhle to přece nevypadá“ nebo „je to fotomontáž, takhle to není vidět“ totiž neberou v potaz základní pravidlo jakéhokoliv argumentování, a sice nastavení počátečních podmínek. U digitální fotografie jde o vlastnosti fotoaparátu (spektrální citlivost), nikoliv o citlivost oka. A zatímco výsledky z focení při běžné denní míře světla, v němž je oko ještě citlivé na barvy, se vesměs shodují s naší vizuální zkušeností, u noční fotografie už tomu tak být nemůže. Pro správnou reprezentaci barev se proto musíme spolehnout na vědu.

Korektnost existuje!

Běžný fotoaparát má přibližně stejnou barevnou citlivost jako lidské oko: Největší je kolem zelenožluté barvy, čemuž napomáhá UV/IR filtr umístěný před senzorem, a u většiny digitálních zrcadlovek také tzv. Bayerův filtr. Jeho konfigurace – dvě políčka s propustností v zelené barvě na dvě v červené a modré – zajišťuje větší propustnost v zelené části spektra. Vnitřní konfigurace pak finálně reprezentuje zastoupení barev tak, aby maximálně odpovídaly spektrální citlivosti oka.

TIP: Technologie přírody: Jaké je vlastně rozlišení lidského oka?

Astrofotografové si navíc nechávají aparáty ještě speciálně upravit. Vědí totiž, že i kdybychom měli oči na barvy citlivé stejně ve dne jako v noci, některé objekty bychom nepozorovali v plné záři. Právě citlivost zejména v zelenožluté oblasti omezuje i klasické aparáty v zachycování některých specifických září z vesmíru. Nejznámější je tzv. emise H-alfa zářícího vodíku o vlnové délce 656,3 nm (červenofialová), v níž svítí velká část rozsáhlých oblastí mezihvězdné látky. Aby tedy byly snímky barevnější, ne však uměle „přibarvené“, vyměňují fotografové standardní IR/UV filtr za nějaký s větší propustností v červené i modré části spektra. 

Jde zásah do fyzikální korektnosti snímků? Odpověď zní „ne“. Realita je totiž daná detektorem a jeho vlastnostmi, nikoliv naším dojmem. Například i různí živočichové mají různě citlivý zrak. Skutečnost definovaná jejich očima se proto od té naší výrazně liší. Ani barevné snímky noční oblohy pořízené modifikovaným fotoaparátem tudíž nejsou nereálné, ale odpovídají fyzikální a technické realitě přístroje. 

Citlivé úpravy

Problém tedy nastává až při zpracování. Krajinářská astrofotografie se proto snaží pracovat právě s tím, na co a v jaké míře je použitý aparát v noci citlivý, a reprezentovat barvy jevů i objektů noční oblohy korektně. Už zaznělo, že se na nebi běžně setkáváme s červenofialovou emisí zářícího vodíku, ale mohli bychom pokračovat dál. Je například známo, že vzduch sám svítí: Daleko od měst lze zaznamenat tzv. airglow, přirozené záření atmosféry, které tvoří důsledek celé škály energetických fotochemických řetězových reakcí molekul a atomů vzduchu, mimo jiné kvůli ultrafialovému záření ze Slunce. Airglow má několik specifických emisí, z nichž jedna – emise kyslíku – se dá snadno zachytit i neupraveným fotoaparátem, neboť září právě v zelenožluté oblasti o vlnové délce 558 nm.

Barvy samotných hvězd odpovídají jejich povrchové teplotě: Stálice zářící do modra mají na povrchu přes dvacet tisíc stupňů, ty načervenalé naopak méně než čtyři tisíce. I Mléčná dráha má jasně definované odstíny – na mnoha místech „sněhově bílou“ vyjma oblastí, kde před ní přechází tmavá mezihvězdná látka a způsobuje červenání vzdálených hvězd. Všechny zmíněné odstíny přesně definuje jejich vlnová délka a v paletě barev v editačních programech s nimi koresponduje konkrétní hexadecimální hodnota. Snímky tedy mohou být opravdu fyzikálně korektní i po úpravách v počítači.

Barvy v rovnováze

Aby byly fotografie skutečně fyzikálně (spektrálně) korektní, je zapotřebí přistupovat i k úpravám nanejvýš sofistikovaně. V první řadě nesmí ve výbavě chybět precizně kalibrovaný monitor s maximální možnou hodnotou reprezentace barev v modelu RGB. Mezi známé „neduhy“ při dosahování správných barev patří rovněž fakt, že modrá se nejvíc rozptyluje i v optické soustavě aparátu a dává na okrajích Mléčné dráhy vyšší hodnoty svého odstínu, než jaké tam skutečně mají být. V přechodech je proto třeba se jí citlivě zbavit, aby vymizela tam, kam byla jen rozptýlena, ale zůstala u hvězd, které opravdu modré jsou – mají vysoké povrchové teploty. 

Významný, ne-li kardinální problém představuje světelné znečištění z měst, jež práci velice komplikuje: Do snímku noční oblohy dodává odstíny emisí například sodíkových a rtuťových výbojek, které nepocházejí z vesmíru. Správné určení tzv. neutrálního bodu na fotografii, kde není emise žádné hvězdy, mlhoviny ani atmosférického jevu, a tedy správné vyvážení barev je proto výrazně obtížnější než na snímcích pořízených stovky kilometrů od metropolí. Fyzikálně korektní krajinářská astrofotografie tak tvoří výsledek důkladného a sofistikovaného „ošetření“ pořízených dat, s přihlédnutím nejen ke zmíněné spektrální charakteristice aparátu, ale i k podmínkám při focení. 

Past na šum

Krajinářská astrofotografie v kombinaci s pokročilou digitální technologií v současnosti nabízí mnohem víc než klasický „jednocvak“ krajiny s noční oblohou. Metody zpracování zde umožňují, a velice často přímo vyžadují důmyslnější práci s větším množstvím dat. Znovu tak nastupuje otázka, zda astrofotografie – ať už krajinářská, nebo klasická – nepředstavuje vlastně fotomontáž. Obecně o fotomontáži mluvíme jako o výsledném obrazu vytvořeném z více snímků, a to (v dnešní době) digitální cestou. Výsledkem je tudíž kompozit z nezávislých obrazů, které se nějakou zvolenou metodou „postarají“ o zamýšlený výsledný dojem.

Nejčastěji se s pojmem „fotomontáž“ ve spojitosti s astrofotografií setkáváme u snímků, jež například zaznamenávají více poloh Měsíce vůči nějakému objektu na obzoru. Jde o tzv. multiexpozici neboli vícenásobné intervalové snímání stejného pole, přičemž jednotlivé snímky se vhodnou cestou složí do jediného obrazu. Důvod, proč se k dané metodě astrofotografové uchylují, je ovšem mnohem sofistikovanější: Víc expozic sestavených do jednoho obrazu umožňuje zprůměrovat, a tudíž i zredukovat nežádoucí šum, který by při pořízení jediné manuálně přerušované expozice naopak signifikantně narostl.

Mezi vědou a uměním 

O něco komplikovanější je „obhájit“ obraz noční oblohy s meteorickým rojem. Daný typ krajinářské astrofotografie se u laické veřejnosti těší možná největší oblibě a je rovněž výsledkem důmyslného sloučení velkého objemu dat, která se navíc mnohdy nepořizují v krátkém časovém úseku, nýbrž i během několika následujících nocí. K počátečním podmínkám zde ovšem patří stejné místo focení (polohy meteorů vůči hvězdnému pozadí jsou pro každé stanoviště unikátní) a stejné metody zpracování pro všechny snímky vložené do výsledné mozaiky. Uvedené fotografie mají především edukační charakter.

Metod a postupů v krajinářské astro­fotografii přitom existuje celá řada a většina z nich vyžaduje k vytvoření výsledného obrazu větší množství dat (fotografií) – ať už hovoříme o panoramatickém či multi­expozičním snímání, nebo o vícenásobné expozici kvůli matematickému potlačení šumu či zvýraznění detailů v jemných strukturách, jako jsou ohony komet apod. Výsledky se potom pochopitelně posuzují dvojmo: Laická veřejnost se na obraz dívá jako na umění, odborná jej hodnotí právě podle počátečních podmínek a zabývá se korektností zpracování i jeho edukačním, ne-li vědeckým přínosem.

TIP: Poznejte hvězdný ráj jižního nebe s českým astrofotografem Petrem Horálkem

Krajinářská astrofotografie si klade za cíl „potěšit“ obě skupiny, aby vyvolala větší zájem o noční přírodu a vesmír. Proto se umělecký aspekt věci projevuje pouze v kompozici a kreativitě záběru, nikoliv však v lehkovážném přístupu k datům bez znalosti daného úkazu či obecně objektů na noční obloze. Astrofotografové jsou tudíž mnohdy minimálně amatérskými astronomy, sami pronikají do tajů vesmíru a zodpovědně své obrazy prezentují tak, aby podnítili zájem o vědu a nezahanbili vědeckou komunitu před očima veřejnosti.