Луна под микроскопом

Слева вы видите фотографию Луны сделанную при помощи цифрового микроскопа DigiMicro Mobile. Это снимок настоящей Луны, а не переснятая фотопленка или слайд. Я использовал довольно необычное решение — подключил микроскоп к телескопу. О том как и зачем я это сделал, подробно описано в статье Микроскоп + Телескоп = ?.

Если вы не читали ту статью, рекомендую просмотреть ее хотя бы по диагонали чтобы понимать происходящее под катом. В ней я рассказал о принципах работы телескопа, микроскопа и о теоретической возможности объединения их оптических схем. Описал изготовление переходника телескоп-микроскоп при помощи 3D печати. Первое испытание конструкции было проведено днем, по удаленным наземным объектам. Перейти к астрономическим наблюдениям не удалось из-за неблагоприятных погодных условий. Судя по результатам опроса, идея многих заинтересовала (406 голосов за продолжение, 92 против), поэтому публикую продолжение с настоящей Луной под объективом микроскопа.

Считайте это занимательным экспериментом с оптикой и фототехникой, наподобие макросъемки через капельку воды, а не серьезным руководством по астрофотографии. Для качественной съемки Луны через телескоп лучше использовать специальную астрокамеру или зеркалку с T-адаптером.

О процессе съемки микроскопом

Прежде чем приступить к съемке Луны, расскажу поподробнее о некоторых важных моментах не упомянутых в предыдущей статье. Между нажатием на спуск и собственно съемкой проходит где-то 0.3-0.4 секунды (выяснил, снимая бегущий секундомер), что позволяет избежать «шевеленки» при использовании микроскопа по прямому назначению. Во время съемки в связке с телескопом, такой задержки явно недостаточно. Моя бюджетная монтировочка CG3 дрожит как осиновый лист от малейшего прикосновения, колебания затухают несколько секунд, даже если не раскладывать ноги на всю длину.

Сперва у меня была мысль впаять геркон параллельно кнопке спуска и снимать поднося магнит, но потом я обнаружил в настройках микроскопа режим «Time Lapse».

Нет, в этом режиме микроскоп не записывает ускоренное видео, он просто автоматически делает заданное число кадров с указанным интервалом (от секунды и больше). Видео надо потом собирать из отдельных кадров на компьютере. Я опробовал этот режим засняв кристаллизацию поваренной соли из раствора на скорости 1 кадр в минуту. Кристаллы медленно растут на дне тарелочки с раствором, увеличение минимальное, размер самых крупных кубиков — чуть меньше миллиметра.

Еще один эксперимент — с содой. В отличие от кубических кристалликов хлорида натрия, гидрокарбонат натрия оседает красивыми игольчатыми снежинками. Здесь я снимаю маленькую высыхающую капельку, из-за чего кристаллы растут гораздо быстрее и получаются очень мелкими. Поэтому увеличение максимальное, скорость съемки — 1 кадр в секунду.

Режим «Time Lapse» сильно пригодился при работе с телескопом, для избежания тряски при съемке. Я запускал серийную съемку с секундным интервалом, а сам тем временем наводился на объект, менял увеличение, подстраивал фокус, периодически убирая руки от телескопа с микроскопом чтобы сохранились несмазанные кадры.

Съемка молодой Луны связкой микроскоп + телескоп

Через несколько дней после новолуния (которое кстати сопровождалось полным солнечным затмением) наконец-то установилась ясная погода. Фаза Луны приближалась к первой четверти, что означало благоприятные условия наблюдений в вечернее время. Я подсоединил микроскоп к телескопу и стал дожидаться темноты.

Оставался еще один повод для волнений. Дело в том что в камере микроскопа нет возможности ручной регулировки выдержки. Для микроскопа это неважно, так как есть регулируемая подсветка. В случае с Луной подсветка бесполезна. Логика «автомата» будет ориентироваться на среднюю яркость кадра и пытаться вытянуть несуществующие детали черного фона. В результате поверхность Луны будет безнадежно пересвечена. Поэтому я решил не дожидаться полной темноты, а начал снимать вскоре после заката. Я рассчитывал на то что светлый фон неба, который обычно мешает дневным наблюдениям, сыграет мне на руку. Вот один из первых пробных кадров:

Как оказалось, надо было начать снимать еще раньше, небо уже недостаточно светлое. Когда стемнело еще сильнее и фон неба на кадрах стал практически черным, деталей на Луне стало еще меньше, все засвечивалось.

И тут я вспомнил про регулируемую подсветку. Конечно она не поможет сделать небо поярче. Но я могу поместить в поле зрения что-то что будет освещаться подсветкой! Это будет влиять на среднюю яркость кадра, что в свою очередь приведет к уменьшению выдержки «автоматом». Из кусочка фольги для запекания и полоски малярного скотча я быстренько соорудил вот такую диафрагму.

Отверстие по центру пробито канцелярским дыроколом. Вставляем изделие внутрь переходника, таким образом чтобы поверхность фольги оказалась в фокальной плоскости телескопа:

Собираем все обратно. Теперь можно регулировать выдержку колесиком яркости подсветки, пожертвовав частью полезной площади кадра. Получился забавный снимок. Под объективом микроскопа — кусочек алюминиевой фольги с отверстием диаметром около 6 мм. В этом отверстии, «подвешено в воздухе» изображение Луны шириной почти три с половиной тысячи километров, сформированное зеркалом телескопа. И все в фокусе! Ну ладно, не совсем все, фольга немного помялась 🙂

Луна все же немного не пролезла в отверстие от дырокола. Я решил пока не возиться с подгонкой отверстия, а попробовать поснимать с увеличением побольше. В этом случае Луна перестанет помещаться в кадр, но зато площадь черного неба уменьшится, и правильная выдержка получится без дополнительных ухищрений.

Проблема только в том что придется клеить панораму для получения снимка вcей Луны. Заглавная фотография статьи склеена из этих трех кадров, и повернута таким образом чтобы север был сверху:

Плохо что у микроскопа нет автофокуса. Чтобы не промахиваться с фокусировкой, можно сделать маску Бахтинова.

Какое получилось увеличение?

Вопрос интересный, но не совсем корректный. Когда мы говорим об увеличении оптического телескопа или микроскопа при визуальных наблюдениях, мы сравниваем угол под которым объект виден вооруженным и невооруженным глазом. Например, мой телескоп с фокусным расстоянием зеркала 650 мм дает увеличение в 65 раз при использовании 10 мм окуляра. Если же приемником света является матрица, то как сравнивать размеры? Угловое увеличение будет зависеть от устройства вывода изображения и расстояния при просмотре.

Можно подойти к вопросу с другой стороны и сравнить размеры деталей поверхности Луны — видимые невооруженным глазом (или через оптический прибор с известным увеличением), и различимые на моих снимках. Самые характерные детали лунного рельефа — кратеры. Правда они не видны невооруженным глазом (по крайней мере моим). Они вообще не были известны до того как Галилео Галилей открыл их с помощью своего первого телескопа с трехкратным увеличением (и ввел в обиход сам термин «кратер»). Кратеры на видимой стороне Луны, которые наблюдал и зарисовал Галилей, имеют диаметры 100-200 километров:

На фотографиях Луны под микроскопом видны кратеры до 10-20 км в диаметре (например, Свифт и Пирс).

Получается что на моих фотографиях видны детали в 10 раз более мелкие чем видел Галилей в свою трехкратную трубу. Следовательно, увеличение можно грубо оценить как тридцатикратное. При визуальных наблюдениях с 65-кратным увеличением через тот же телескоп видно гораздо больше деталей, что согласуется с полученной оценкой.

Казалось бы, ничего выдающегося, результат всего на порядок лучше чем у Галилея. Но, как подсказывает в соседнем посте galaxy, детали поверхности мельче 1 километра невозможно разглядеть ни в какой наземный телескоп из-за влияния атмосферы. Так что результат в каком-то смысле самый средний — в 10 раз лучше первого телескопа 17-го века, и в 10 раз хуже теоретического предела современных телескопов.

А что насчет стекинга?

В предыдущей статье я обещал затронуть эту тему, но все приведенные выше кадры — одиночные. Любители астрономии при съемке небесных объектов в большинстве случаев используют технику стекинга — снимают серию из множества кадров (или видеоролик), и затем объединяют их в один. Это позволяет избавиться от шумов матрицы, атмосферных искажений, и значительно повысить качество результата. С микроскопом этот трюк не получился — у моего телескопа нет моторчика для слежения за Луной, она слишком быстро убегает из кадра. При съемке с секундным интервалом Луна успевает сильно сместиться между кадрами и возникает проблема с выравниваением серии. Зато это работает при съемке айфоном через окуляр (я так снимал затмение). Вместо серийной съемки можно записывать HD видео 30 кадров в секунду, Луна мало смещается между кадрами и Registax отлично справляется с выравниванием. К тому же у телефона есть автофокус который исправляет ошибки фокусировки.

Исходное видео (я все таки сделал это, я снял и опубликовал вертикальное видео с айфона):

После стекинга:

Для сравнения, положил рядом кадр с микроскопа, единичный кадр с айфона и результат стекинга 100 кадров с айфона.

Технические данные

Все фотографии Луны под микроскопом — кликабельные, можно рассмотреть их покрупнее. Учтите что Habrastorage автоматически уменьшает все залитые изображения до 1920 точек по ширине. Необработанные оригиналы разрешением 2560х1920 можно скачать здесь: https://goo.gl/Q5czXj; наверняка у кого-то из читателей получатся более качественные результаты обработки. Это разрешение близко к завяленным 5 мегапикселям и по видимому соответствует родному разрешению матрицы. В настройках есть варианты побольше, но это уже будет апскейлинг. Цифровой зум нигде не использовался.

Заключение

В результате описанных оптических опытов микроскоп ничуть не пострадал и его можно продолжать использовать по прямому назначению. Приобрести такой же микроскоп можно в интернет-магазине Даджет.

Другие мои статьи с тэгом «ненормальная астрономия«:

• Дневная астрономия
• Как увидеть звезды и планеты рядом с Солнцем?
• Рейс Анкоридж-Гонолулу задержали на 25 минут чтобы порадовать умбрафилов на борту