Täydellinen auringonpimennys 21.8.2017

Teimme avovaimoni kanssa jo kauan sitten päätöksen, että lähdemme elokuussa 2017 Yhdysvaltoihin katsomaan täydellistä auringonpimennystä. Tänä vuonna päätös tuli viimein ajankohtaiseksi, ja matkaan lähdettiin sunnuntaiaamuna 13.8.

Pimennysreitti tulisi kulkemaan Yhdysvaltojen poikki länsirannikolta kohti itärannikkoa, alkaen Oregonista ja päättyen Etelä-Carolinaan. Suunnitelmana oli nähdä pimennys Tennesseen osavaltiossa Nashvillen seudulla.

Pimennysvyöhyke kartalla

Pimennysvyöhyke kartalla. Kuva: Michael Zeiler, http://www.GreatAmericanEclipse.com

 

Emme kuitenkaan halunneet viettää koko matkaa Tennesseessä, vaan lensimme ensin New Yorkiin pariksi päiväksi katselemaan nähtävyyksiä ja tutkimaan kaupunkia. Onnistuimme saamaan kohtuuhintaisen pienen huoneen Da Vinci Hotelista 56th Streetiltä keskuspuiston kupeesta. Tulomatkan jälkeen aikaerokaan ei vielä vaivannut kauheasti. Paluumatkan jälkeen se vaivasi sitten senkin edestä.

Vierailimme New Yorkissa ollessamme mm. American Museum of Natural Historyssa, jossa yllättäen sattui olemaan samana päivänä tunnin mittainen medialle suunnattu mutta kaikelle yleisölle avoin tiedotustilaisuus auringonpimennyksestä. Tiedotustilaisuutta vetivät astrofyysikko Neil deGrasse Tyson, tähtitieteilijä Jackie Faherty ja meteorologi Joe Rao.

Tiedotustilaisuus

Neil deGrasse Tyson, Jackie Faherty ja Joe Rao pitämässä tiedotustilaisuutta auringonpimennyksestä.

 

15.8. kirjauduimme ulos hotellista, vuokrasimme auton Newarkin lentokentältä ja lähdimme ajamaan kohti Nashvilleä. Olimme varanneet Airbnb-asunnon Nashvillestä 19.8. eteenpäin, joten meillä oli muutama päivä aikaa ajaa noin 1000 mailin matka. Matkan varrella yövyimme motelleissa, joita löytyi lähes jokaisesta moottoritieliittymästä.

Toisena ajopäivänä piipahdimme Chantillyssa, Virginiassa sijaitsevassa Steven F. Udvar-Hazy Centerissä, joka on osa Smithsonian National Air and Space Museumia. Udvar-Hazy Centerissä oli kaksi lentokonehallia ääriään myöten täynnä ilmailun ja avaruusmatkailun historiaa. Museossa olivat näytillä mm. avaruussukkula Discovery, Concorde-matkustajakone, SR-71 Blackbird -tiedostelulentokone sekä pommikone Enola Gay, joka pudotti atomipommin Hiroshimaan vuonna 1945.

 

Kolmantena päivänä piipahdimme pienessä Mill Mountain Zoo -eläintarhassa Roanokessa. Siitä pari seuraavaa päivää menivät pitkälti ajaessa ja maisemia katsellessa. Viidentenä päivänä pääsimme lopulta perille Nashvilleen. Nashvillen Greyhound-bussiasemalta mukaan tarttui myös Komakallio-aktiivi Lauri Kangas, joka oli edeltävänä iltana lentänyt Helsingistä Atlantaan.

Alla olevaan karttaan on merkitty suurin piirtein ajoreitti jota kuljimme. Ruokakauppa- ja havaintopaikanetsintäreissuja kartassa ei näy. Yhteensä ajoa matkan aika kertyi arviolta 1100 mailia. Sää oli ajomatkalle suosiollinen. Matkan aikana satoi vain kerran. Muutamaa päivää myöhemmin samalle reitille annettiin monin paikoin tornadovaroituksia.

Reittikartta

Reitti New Yorkista Nashvilleen. Kuva: Google Maps 2017

 

Pääsimme Nashvilleen 19.8. lauantaina iltapäivällä, ja pimennyksen oli määrä tapahtua maanantaina 21.8. Meillä oli siis pari päivää valmistautua. Tutustuimme auton kanssa lähiseutuun ja kartoitimme sopivia paikkoja pimennyksen katseluun. Majapaikkamme oli pimennysvyöhykkeellä, mutta halusimme päästä vielä lähemmäs pimennysvyöhykkeen keskilinjaa pimennyspäivänä. Keskilinjalle meneminen pidentäisi pimennystä parhaimmillaan 20 sekuntia.

Halusin kuvata pimennyksen alusta loppuun mahdollisimman kattavasti, mutta en halunnut koskea kameraan laisinkaan pimennyksen aikana, vaan nauttia pimennyksen havainnoinnista omin silmin. Siispä ulkoistin kameran ohjaamisen tietokoneelle.

Pimennysten kuvaamiseen on tarjolla useampi eri ohjelmisto, joista itse päädyin käyttämään Eclipse Orchestratoria. Ohjelma osaa ohjata useimpia järjestelmäkameroita USB-yhteyden kautta. Erinäisistä syistä kuvaamiseen saa vielä lisää vauhtia ja tarkkuutta kun askartelee USB-sarjaporttiadapterista ja muutamasta komponentista kaukolaukaisinjohdon tietokoneen ja kameran välille normaalin USB-johdon lisäksi. Avaruus-foorumilta löytyy myös Laurin hieman paranneltu versio tuosta kaukolaukaisinjohdosta. Kahta johtoa käyttäessä kuvausasetukset kuten aukko, ISO-lukema ja valotusaika siirtyvät tavallisen USB-johdon yli kameraan, mutta itse laukaisu tapahtuu kameran kaukolaukaisinliitännän kautta.

Kuvauskalustoksi otin mukaan Canon EOS 60D -järjestelmäkameran, Canon 300/4L -teleobjektiivin sekä kevyen Skywatcher Star Adventurer -seurantajalustan kevytrakenteisella kamerakolmijalalla. Pimennyksen osittaisten vaiheiden aikana objektiivin edessä olisi Astrosolar-aurinkosuodatinkalvo suojaamassa kameraa polttavalta auringolta. Lauri oli hyvin samanlaisen kokoonpanon kanssa liikenteessä, mutta objektiivi oli Sigman 500/4,5. Lauri ei myöskään halunnut kuskata vastapainoa Suomesta asti Yhdysvaltoihin, joten hän suunnitteli ja 3D-printtasi itselleen pidikkeet, joilla vastapainotankoon saa kolme tai neljä juomatölkkiä. Pidikkeet perustuvat kaupalliseen tuotteeseen, mutta valmis tuote olisi Suomeen toimitettuna maksanut liki sata dollaria.

Kuvauskamppeiden lisäksi tietokoneeseen oli kytkettynä GPS-mokkula, jolta Eclipse Orchestrator osaa kysyä tarkan kellonajan ja sijainnin. Pimennyksen täydellisen vaiheen pituus ja ajankohta vaihtelevat maantieteellisen sijainnin mukaan. Täydellisen vaiheen alussa ja lopussa näkyvät ilmiöt kuten Bailyn helmet näkyvät vain muutamia sekunteja, joten ajoitus on ehdottoman tärkeää.

Eclipse Orchestratoriin ohjelmoidaan kuvaussekvenssi yksinkertaisella skriptikielellä. Yksinkertaisimmillaan skriptiin kirjataan millä asetuksilla kukin kuva halutaan ottaa, ja milloin kuva pitää ottaa suhteessa pimennyksen eri vaiheisiin, kellonaikaan tai edellisiin kuviin. Ohjelman saa myös huutelemaan äänimerkkejä haluttuihin aikoihin, kuten juuri ennen pimennystä, kun aurinkosuodatin tulee ottaa pois kameran edestä.

Ohjelman mukana tulee paljon erilaisia esimerkkiskriptejä, ja ohjelma osaa myös generoida skriptejä tiettyjen ehtojen perusteella. Itse käytin tällaista generoitua skriptiä pohjana, mutta päädyin vielä viimeisenäkin iltana muokkaamaan skriptiä aika runsaasti.

Kun viimeisetkin säädöt oli tehty, suoritimme vielä kuvausten kenraaliharjoituksen keskellä asunnon olohuonetta. Halusimme varmistua, että laitteiden akut kestävät vähintään osittaisen vaiheen alusta täydellisen vaiheen loppuun. Kenraaliharjoituksessa kaikki toimi ja akkuakin jäi ihan mukavasti jäljelle niin läppäriin kuin kameraankin. Yöksi laitettiin vielä kaikki mahdolliset akut lataukseen seuraavan päivän pimennystä varten.

Kuvausharjoittelua

Pimennystä edeltävä iltana suoritettiin vielä kuvausten kenraaliharjoitus.

 

Heräsimme pimennyspäivänä jo ennen aamukuutta, jotta pääsisimme ajoissa liikkeelle. Halusimme välttää mahdolliset pimennyksestä johtuvat liikenneruuhkat, ja seurailla vielä rauhassa satelliittikuvia ja sääennusteita. Pimennysvyöhykkeelle oli ennustettu kovia ruuhkia. Michael Zeiler arvioi, että Tennesseehen saapuu 360 000 – 1 440 000 kävijää pimennyksen takia. Lopulta päätimme suunnata Nashvillen koillispuolella sijaitsevaan Gallatinin kaupunkiin, jonka läpi pimennyksen keskilinja kulkisi. Viime tingassa mukaamme päätti lähteä myös Yhdysvalloissa työmatkalla ollut tuttu Tuure Laurinolli.

Noin puolen tunnin ajomatkan jälkeen saavuimme Gallatiniin. Kello oli vasta kahdeksan aamulla, joten meillä oli neljä tuntia aikaa pimennyksen osittaisen vaiheen alkuun. Ruuhkista ei ollut vielä tietoa tähän aikaan aamusta, ja vältimme tulomatkalla moottoritietä varmuuden vuoksi.

Aloimme pystyttää kuvauslaitteita paikalllisen Walmartin parkkipaikan reunalle. Gallatinin toisella puolella olevassa puistossa olisi ollut suuri pimennystapahtuma, mutta päätimme olla menemättä sinne. Puistossa olisi luultavasti ollut paljon väentungosta ja kova meteli konserttien takia. Lisäksi Walmartissa oli hyvät julkiset WC-tilat ja kaupasta sai eväitä ja virvoitusjuomia.

Hieman ennen puoltapäivää moni paikallinen oli jo käynyt jututtamassa meitä ja muutamat pimennysintoilijat pystyttivät aurinkokatoksia ja kuvauslaitteita läheiselle nurmikolle. Porukkaan liittynyt brittimatkailija oivalsi käydä ostamassa kaupasta tilanteeseen sopivaa Corona-olutta.

Walmart-jalusta

Tuuren ”Walmart-jalusta”.

 

Pimennysleiri

Pimennyksen alkuun mennessä parkkipaikalla oli jo runsaasti havaitsijoita.

 

Osittaisen vaiheen alku alkoi lähestyä, mutta törmäsin teknisiin ongelmiin. Eclipse Orchestrator osaa näyttää kameran livekuvan tietokoneen näytöllä ja ohjata objektiivin tarkennusmoottoria, mutta jostain syystä livekuvan avaaminen jumitti koko yhteyden kameraan. Vielä edellisenä päivänä kaikki oli toiminut moitteetta. Sain onneksi tarkennettua kameran katsomalla livekuvaa kameran näytöltä käyttämättä tietokonetta.

Kuvaussekvenssi lähti viimein käyntiin, mutta missasin täpärästi 11:59 tapahtuneen ensimmäisen kontaktin, eli osittaisen vaiheen alun. Jäin joksikin aikaa seuraamaan kuvausten edistymistä, ja yllättäen yhteys kameraan hyytyi taas. Näin tapahtui pari kertaa osittaisen vaiheen alkupuolella, mutta sen jälkeen ongelma lakkasi. Epäilen, että musta kamera on saattanut tykätä kyttyrää kuumuudesta ja suorasta auringonpaisteesta, tai sitten USB-johdossa oli jonkin sortin kosketushäiriöitä. Lämpötila oli puoliltapäivin noin 35°C. Osittaisen vaiheen edetessä lämpötila onneksi alkoi pudota ja kameraongelmat loppuivat.

Seurasin pimennyksen etenemistä Suomesta ostamillani pimennyslaseilla. Yhdysvalloissa pimennyslasit olivat olleet monin paikoin loppu jo pitkään. Jonkin verran osittaisen vaiheen alun jälkeen aloin kiinnittää huomiota siihen millaisia varjoja läheiset puut heittivät maahan. Puiden lehtien väliset raot toimivat kuin neulanreikäkameran reiät ja projisoivat maahan pieniä auringon kuvia. Normaalisti tähän ei tule kiinnitettyä huomiota sillä kuvat ovat auringon tapaan pyöreitä. Pimennyksen aikana kuvissa näkyy kuitenkin selvästi osittain pimentyneen auringon sirppi.

wp-image-1166828240

Puun lehvästön läpi siivilöityviä auringon kuvia.

 

Iltapäivän edetessä taivaalle nousi matalia kumpupilviä, joista osa ajelehti uhkaavasti kohti aurinkoa, mutta pilvet alkoivat onneksi haihtua ennen H-hetkeä. Jonkin verran ennen täydellisen vaiheen alkua ympäristön valaistus alkoi tuntua äärimmäisen kummalliselta. Oli aurinkoinen päivä, mutta silti hämärää. Aivan kuin silmillä olisi ollut aurinkolasit. Pimennyksen täydellisen vaiheen oli määrä alkaa 13:27. Juuri ennen tätä maisema alkoi selkeästi pimentyä ja auringon näkyvä osa kapeni kapenemistaan pimennyslaseilla katsoen. Venus ilmestyi selvästi näkyviin päivätaivaalle.

Kameraa ohjaava tietokone ilmoitti kovaan ääneen pimennyksen alkavan kohta ja otin aurinkosuodattimen pois objektiivin edestä. Samalla huomasin asfaltilla selvästi varjonauhoja, jotka tämän hetken ymmärryksen mukaan syntyvät hyvin kapeana sirppinä näkyvän auringon ja ilmakehän väreilyn yhteisvaikutuksesta juuri ennen pimennystä ja heti sen jälkeen.

Aurinko alkoi jo muistuttaa häikäisevää timanttisormusta, ja näkyä pystyi pikkuhiljaa katselemaan paljain silmin. Yhtäkkiä aurinko pimeni kokonaan. Jäljelle jäi vain hohtava korona, josta erottui ulospäin kurottuvia säikeitä ja kuituja. Taivaalla erottui jo useita tähtiä ja planeettoja, joista tunnistin Venuksen lisäksi Jupiterin ja Siriuksen. Horisontti oli joka suunnassa iltaruskon värinen, ja taivaanlaki kohtalaisen pimeä. Lauri teki havaintoja kiikarilla, itse en moista muistanut ottaa mukaan matkaan. Lähellä täydellisen vaiheen loppua kuun reunan takaa alkoi paljaallakin silmällä erottua vaaleanpunainen kromosfääri ja muutama selkeämpi protuberanssi.

Lopulta näytelmä päättyi yhtä nopeasti kuin se oli alkanutkin. Täydellinen vaihe kesti 2 minuuttia ja 39 sekuntia. Pimennys veti sanattomaksi, tunnelmaa oli vaikea kuvata mitenkään. Se oli huima kokemus, jonka tulen muistamaan lopun ikääni. Pimennys ei toivottavasti tule jäämään myöskään viimeiseksi näkemäkseni. Jäimme kuvaamaan osittaisen vaiheen loppuun asti, vaikka olisin malttamattomana halunnut päästä jo selaamaan kameraan jääneitä kuvia.

Juuri ennen osittaisen vaiheen loppua yhteys kameraan alkoi pätkiä taas, ja aloin pakata kuvauskamppeita pois. Tarkkaa syytä pätkimiselle en ole vieläkään löytänyt. Onneksi yhteys toimi pimennyksen tärkeimpinä hetkinä.

Ohessa on Laurin GoPro-kameralla kuvaama video pimennyksestä.

Kun pääsimme takaisin asunnolle, ryhdyimme tutkimaan kuvia kuumeisesti. Kukaan meistä ei ollut syönyt vielä lounasta, se sai nyt odottaa. Kuvat onnistuivat jopa paremmin kuin uskalsin odottaa. Liitin tähän alle onnistuneimmat otokset.

Bailyn helmiä

Bailyn helmiä täydellisen vaiheen alussa.

 

Korona-yhdistelmäkuva

Yhdistelmäkuva monesta erimittaisesta valotuksesta. Auringon ympärillä erottuu hyvin koronan muotoja.

 

Kromosfääri

Kuun reunan takaa pilkistää auringon kromosfääri ja useita protuberansseja.

 

Timanttisormus.

Timanttisormus pimennyksen täydellisen vaiheen lopussa.

 

Baily-yhdistelmäkuva

Yhdistelmäkuva Bailyn helmistä ennen ja jälkeen pimennyksen täydellisen vaiheen.

Seuraavana päivänä Lauri lähti takaisin Atlantaan odottamaan paluulentoaan, ja jäimme avovaimon kanssa vielä viimeiseksi illaksi Nashvilleen. Kiertelimme laitakaupungin kauppoja ja illalla kaupunkiin iski kohtalaisen tiheästi salamoiva ukkoskuuro, jonka myötä asunnolta katkesivat sähköt noin puoleksitoista tunniksi. Sähköjen palattua jatkoimme pakkaamista.

Viimeisenä päivänä ajoimme lentokentälle, palautimme vuokra-auton ja lähdimme kotimatkalle. Parin kaoottisen vaihdon ja pitkän Atlantin ylityksen jälkeen pääsimme viimein turvallisesti Helsinki-Vantaalle ja matkalaukkukin selvisi perille. Seuraava viikko menikin 8 tunnin aikaerosta toipumiseen. Matka oli kuitenkin sen arvoinen!

Koska kuvasin pimennyksen (lähes) alusta (lähes) loppuun asti, halusin tehdä timelapse-videon koko pimennyksestä. Meni kuitenkin jonkin aikaa, että onnistuin kohdistamaan kaikki kuvat järkevästi. Seurantajalustasta huolimatta aurinko ja kuu vaeltelivat jonkin verran kuvakentässä ja välillä kääntelin jalustaa hieman keskittääkseni auringon paremmin. Tänään sain kuitenkin valmiiksi ensimmäisen hyvin kohdistetun videon aikaiseksi. Video löytyy alta.

Mainokset

Valo ja värit

Varoitus: Luvassa on kuivakkaa (mutta ihan hyödyllistä) teoriatietoa!

Valokuvaajille värien ymmärtäminen on keskeinen asia, mutta silti väreistä on liikkeellä paljon väärinymmärryksiä. Erityisesti tähtivalokuvauksen kannalta asia on tärkeä ymmärtää hyvin, sillä kuvien käsittely hoidetaan alusta asti itse, eikä sitä voi ulkoistaa kameralle tai Adobe Lightroomille. Värit ovat monille niin itsestäänselvä asia, että niitä ei tule mietittyä sen tarkemmin. Mitä väri tarkkaanottaen on? Onko väri aineen ominaisuus? Tai valon ominaisuus? Ei varsinaisesti kumpaakaan!

Väri on valon aiheuttama aistimus ihmisen näköjärjestelmässä. Valo puolestaan on sähkömagneettista säteilyä, aivan kuten radioaallot, mikroaallot, röntgensäteet ynnä muut. Nämä eri säteilytyypit erottaa toisistaan ainoastaan säteilyn aallonpituus. Valo käyttäytyy kummallisesti yhtä aikaa niin hiukkasina kuin sähkömagneettisina aaltoina. Näiden aalton aallonpituus määrää miten silmä reagoi niihin, vai reagoiko laisinkaan. Tässä tapauksessa helpointa lienee ajatella valo pieninä hiukkasina, eli fotoneina, joihin jokaiseen on kiinnitetty numero, sille ominainen aallonpituus.

Ihmissilmä reagoi fotoneihin, joiden aallonpituus on karkeasti 400 ja 700 nanometrin välillä. Pitkät aallonpituudet havaitaan punertavina ja lyhyet sinertävinä. Näiden välissä olevat aallonpituudet havaitaan vihertävinä. Arkielämässä kohdataan kuitenkin harvoin valonlähteitä, jotka säteilevät vain yhdellä aallonpituudella (tällaista valoa kutsutaan monokromaattiseksi). Sen sijaan yleisimmät valonlähteet säteilevät valoa monilla valon aallonpituuksilla. Kun fotoneja on suuri joukko, voidaan tarkastella fotonijoukon aallonpituuksien jakaumaa. Tätä jakaumaa kutsutaan valon spektriksi. Spektri kuvaa käytännössä miten kirkas valo on kullakin aallonpituudella.

Miten väriaistimus muodostuu?

Ihmissilmässä on tappisoluiksi kutsuttuja soluja, joiden avulla ihminen aistii valoa ja sen värejä. Tappisoluja on kolmenlaisia, ja erilaiset tappisolut ovat herkkiä valon eri aallonpituuksille. Tappisolujen ansiosta ihmisen näköjärjestelmä kykenee erottelemaan eri spektrejä toisistaan, eli eri spektrit tuottavat eri väriaistimuksen. Tappisolut eivät kuitenkaan toimi hämärässä valaistuksessa. Tällöin apuun tulevat sauvasolut, joita on vain yhdenlaisia. Koska sauvasoluja on vain yhdenlaisia, ne eivät kykene erottelemaan erilaisia spektrejä toisistaan, vaan ne havaitsevat eri spektrit vain kirkkauseroina. Tämän takia ihminen ei kykene havaitsemaan värejä hämärässä.

Eri tappisolutyypit on nimetty S-, M- ja L-tappisoluiksi. Kirjaimet viittaavat sanoihin Short (lyhyt), Medium (keskipitkä) ja Long (pitkä), joilla tarkoitetaan aallonpituuksia, joille tappisolut ovat kaikkein herkimpiä. S-tappisolut ovat herkkiä lyhyille aallonpituuksille (siniselle valolle), M-tappisolut keskipitkille aallonpituuksille (vihreälle valolle) ja L-tappisolut pitkille aallonpituuksille (punaiselle valolle). Oheisesta kuvasta voi nähdä eri tappisolutyyppien suhteelliset herkkyydet valon eri aallonpituuksille.

1016px-cones_smj2_e-svg

Tappisolujen herkkyyskäyrät. © User:Vanessaezekowitz / Wikimedia Commons / CC-BY-3.0

Kunkin tappisolutyypin vaste tiettyyn spektriin voidaan laskea suoraan painottamalla spektri tappisolun herkkyydellä ja laskemalla käyrän alle jäävä pinta-ala (ts. integroimalla). Kaikki spektrit, jotka tuottavat keskenään samat tappisoluvasteet, näyttävät ihmissilmällä samalta. Näin mikä tahansa väriaistimus voidaan ilmoittaa yksinkertaisesti kolmella numerolla. Asiaa mutkistaa hieman se, että ihmisen näköjärjestelmä mukautuu ympäröivään valaistukseen, mikä muuttaa väriaistimuksia, mutta siihen emme perehdy tässä sen syvemmin.

Tätä tappisolujen vasteiden määrittämää esitystapaa kutsutaan LMS-väriavaruudeksi. Erinäisistä syistä LMS-väriavaruutta ei juurikaan käytetä, vaan värejä pyöritellään sellaisissa väriavaruuksissa kuten sRGB, CIEXYZ ja CIELAB. Kaikki väriavaruudet nojaavat kuitenkin pohjimmiltaan siihen, että kolme numeroa ja tieto käytetystä väriavaruudesta määrittävät yksikäsitteisesti väriaistimuksen.

Kameran tallentamat värit

Normaali värikamera toimii hyvin samalla periaatteella kuin silmän tappisolut. Kameran sensori koostuu yksittäisistä valoherkistä pikseleistä, joista jokaisen päällä on punainen, vihreä tai sininen värisuodatin, kuten oheisessa kuvassa. Koska jokaisen pikselin päällä on vain yksi värisuodatin, täytyy puuttuvien suodattimien informaatio laskea naapuripikselien perusteella. Näin saadaan aikaiseksi kuva, jonka jokaisessa pikselissä on kolme numeroa kuvaamassa pikseliin osuneen valon väriä.

1024px-Bayer_pattern_on_sensor.svg

Värikameran kennolla olevat värisuodattimet. © User:Cburnett / Wikimedia Commons / CC-BY-SA 3.0

Tähtivalokuvaajat käyttävät usein värikameroiden sijasta harmaasävykameroita, jotka kykenevät tallentamaan vain kirkkauseroja. Tällaisilla kameroilla voidaan kuitenkin tehdä värikuvia vaihtamalla kameran eteen vuorotellen erilaisia värisuodattimia. Näin lopputulema on sama kuin värikameran kanssa, eli jokaista pikseliä kohden tallessa on kolme numeroa. Usein näistä numeroista puhutaan pikselien RGB-arvoina.

Tässä kohtaa tähtikuvaajat ovat yleensä tyytyväisiä, ja kuvia lähdetään valkotasapainottamaan, venyttämään ja käsittelemään eteenpäin. Tämä ei tarkkaanottaen ole kuitenkaan ihan oikein. Kameran raakakuvasta luetut RGB-arvot eivät vielä suoraan kerro minkälaisen värihavainnon ihmisen näköjärjestelmä olisi saanut samasta näkymästä. Tietyn spektrin tuottamat RGB-arvot riippuvat täysin kameran sensorin herkkyydestä valon eri aallonpituuksille ja käytettyjen värisuodattimien päästökaistoista. Oheiseen kuvaajaan on piirretty järjestelmäkameran punaisten, vihreiden ja sinisten pikselien tyypilliset herkkyydet.

Picture1

Canon EOS 60D -järjestelmäkameran herkkyyskäyrät.

Kameran tuottamia RGB-arvoja voidaan muuttaa mielivaltaisesti vaihtamalla sensoria tai värisuodattimia, vaikka pikseliin tullut spektri todellisuudessa tuottaisi ihmissilmässä aivan tietynlaisen väriaistimuksen. Alla olevaan kuvaajaan on piirretty käyttämäni Atik 460EX -kameran herkkyys Astrodonin värisuodattimien kanssa. Kuten kuvasta näkyy, suodattimien päästökäyrät ovat vallan erilaiset kuin esimerkiksi järjestelmäkameralla, eli samanlainen valon spektri tuottaa aivan erilaiset RGB-arvot järjestelmäkameralla kuin tähtikuvauskameralla.

astrodon_icx694

Atik 460EX -tähtikuvauskameran herkkyys valon eri aallonpituuksille Astrodonin värisuodattimien kanssa.

Ongelmaa voi havainnollistaa miettimällä mitä tapahtuu, jos esimerkin kameralla ja suodattimilla kuvaisi planetaarista sumua, jossa ionisoitunut happi säteilee monokromaattista valoa 500 nanometrin aallonpituudella (tämä on siis sama asia kuin tähtikuvaajille tuttu OIII-emissio). Ihmissilmällä 500 nanometrin säteily näkyy sinertävän vihreänä.

Astrodonin vihreän ja sinisen suodattimen päästökaistat menevät päällekäin 500 nanometrin kohdalla, joten valo aiheuttaa suunnilleen yhtä voimakkaan vasteen molempien suodattimien kanssa, eikä lainkaan vastetta punaisen kanssa. Sumu näyttäisi siis jotakuinkin oikean väriseltä, jos RGB-kuvaa käytettäisiin sellaisenaan. Päästökaistat menevät tässä kohtaa päällekäin juuri tämän vuoksi. Astrodon on suunnitellut suodattimet tähtikuvaajia varten. Sen sijaan jos vihreän suodattimen päästökaistaa siirrettäisiin hieman pitkiä aallonpituuksia kohti, lakkaisi 500 nanometrin säteily aiheuttamasta kamerassa minkäänlaista vastetta vihreän suodattimen kanssa, ja sumu näyttäisi sellaisenaan käytetyssä RGB-kuvassa täysin siniseltä.

Miten korjata tilanne?

Jos tavoitteena on valokuva, jonka värit vastaavat ihmisen näköjärjestelmän tuottamia väriaistimuksia samasta näkymästä, täytyy luoda jonkinlainen linkki kameran RGB-arvojen ja todellisten värien välille. Voidaan ajatella, että kameran kuvasta mitatut RGB-arvot ovat laitteen omassa laiteriippuvaisessa väriavaruudessa, jonka suhde johonkin laiteriippumattomaan väriavaruuteen täytyy selvittää. Tavoitteena on siis luoda muunnos, joka muuntaa laiteriippuvaiset RGB-arvot johonkin tunnettuun väriavaruuteen. Normaalitilanteessa kameravalmistaja on vastuussa tästä, ja kamera tekee muunnoksen (ja kaiken muunkin käsittelyn) valmiiksi. Tähtivalokuvien tapauksessa kaikki käsittely täytyy tehdä itse.

Tällaisia värimuunnoksia on monenlaisia, ja niiden kehittäminen ei ole aivan suoraviivaista. Yleisin ja yksinkertaisin tapa on kuvata jotakin tunnettua värikarttaa tunnetussa valaistuksessa. Kun tiedetään minkä värisiä värikartan värinäytteet ovat todellisuudessa ja kuvasta mitataan niiden tuottamat RGB-arvot, voidaan tällainen muunnos luoda. Alla on kuva yleisesti käytössä olevasta värikartasta.

gretag-macbeth_colorchecker

GretagMacbeth ColorChecker -värikartta.

Valaistuksen spektrin mittaaminen ja värikartan kuvaaminen kaukoputkella ovat kuitenkin vähintään haastavia toimenpiteitä, eikä maanpäällisille kohteille normaaleissa valaistusolosuhteissa optimoitu muunnos välttämättä toimi kovin hyvin tähtikuvissa, sillä avaruuden kohteiden säteilemät spektrit poikkeavat merkittävästi spektreistä, joita tavataan arkielämässä Maapallolla.

Sopiva muunnos voidaan tehdä myös laskennallisesti, jos suodattimien päästökaistat ja kameran herkkyys valon eri aallonpituuksille tunnetaan, sillä näillä esitiedoilla voidaan laskea millaisen RGB-arvon minkäkinlainen spektri tuottaa kamerassa. Asiaa mutkistaa se, että tähtivalokuvauksessa käytettyjen värisuodattimien päästökaistoissa tapahtuu yleensä jyrkkiä vaihteluita, ja eri suodattimien päästökaistat eivät mene juurikaan päällekkäin. Erinäisistä syistä tämä vaikeuttaa sopivan muunnoksen tekemistä. On helppo tehdä muunnos, joka korjaa muutaman värin hyvin lähelle oikeaa, mutta loput muuttuvat entistäkin huonommiksi. Aiemmin kuvatuille järjestelmäkameran päästökaistoille on huomattavasti helpompi tehdä toimiva värimuunnos.

Tähtikuvaamisen tapauksessa värien korjaaminen lähemmäs totuutta on sen verran haastavaa, että useimmissa tapauksissa on helpointa jättää korjaus tekemättä. Käytännössä kaikki avaruuden kohteet ovat niin himmeitä, että ihmissilmä ei kykene näkemään niissä värejä, joten ihmisellä ei ole mitään suoraa kokemusta siitä minkä väriseltä minkäkin kohteen pitäisi näyttää. Maanpäällisiä kohteita kuvatessa tilanne on aivan erilainen, sillä ihminen huomaa heti jos esimerkiksi Fiskarsin sakset tai Coca-Cola-tölkit ovat väärän värisiä, iho vihertävää tai puiden lehdet sinertäviä. Tällaisia hyvin tuttuja värejä kutsutaankin muistiväreiksi.

Muistivärien takia on tärkeää, että värit korjataan mahdollisimman lähelle todellista näköaistimusta. Avaruudessa muistivärejä ei juuri ole, joten tarkalla värientoistolla ei ole läheskään niin suurta merkitystä. Yleensä riittää, että kuvat ovat miellyttävän värisiä.

Näyttölaitteet ja värienhallinta

Kauniit tähtikuvat tietokoneen kovalevyllä eivät juuri lämmitä, jos niitä ei pääse näkemään. Kuvia yleensä katsellaankin erilaisilla näyttölaitteilla, ja näyttölaitteella on keskeinen merkitys sille miltä kuvat lopulta näyttävät.

Siinä missä kamera vastaanottaa valoa ja tallentaa havaitsemansa spektrin kolmeksi numeroksi, näyttölaite tekee päinvastoin. Näyttölaite vastaanottaa tietokoneelta kolme numeroa, ja tuottaa niiden perusteella valoa, jonka spektri toivottavasti tuottaa oikeanlaisen väriaistimuksen ihmisen näköjärjestelmässä.

Jotta näyttö näyttäisi halutut värit oikein, näytöille tehdään samankaltainen värimuunnosoperaatio kuin kameroille, paitsi käänteisesti. Näytölle annetaan käskyjä näyttää erilaisia värejä, ja tarkoitukseen valmistetulla mittarilla (esim. X-Rite i1 Display Pro) mitataan millaista valoa näytöstä todellisuudessa säteilee. Näin voidaan näytölle annettuja värejä korjata siten, että lopputulos on haluttu. Tätä mittausoperaatiota kutsutaan näyttölaitteen profiloinniksi.

Värienhallinnassa on siis pohjimmiltaan kyse vain siitä, että tutkitaan miten erilaiset laiteriippuvaiset väriavaruudet suhtautuvat laiteriippumattomiin väriavaruuksiin, jotta värit pystytään säilyttämään oikein siirryttäessä avaruudesta toiseen. Koko ketju kamerasta tietokoneen kautta näyttölaitteelle saattaa mennä karkeasti seuraavanlaisesti. Kameran kennolle lankeaa ulkomaailmasta valoa, jonka kamera muuttaa RGB-arvoiksi. Muunnos laitteen omista laiteriippuvaisista RGB-arvoista johonkin laiteriippumattomaan väriavaruuteen kuten CIEXYZ-avaruuteen saadaan laitevalmistajalta tai se voidaan määrittää itse. Kun muunnos on tiedossa, RGB-arvot voidaan muuntaa tähän väriavaruuteen. Kun näyttölaite on profiloitu, eli tunnetaan muunnos esimerkiksi CIEXYZ-avaruudesta näyttölaitteen omaan väriavaruuteen, voidaan kuvan muuntaa taas tähän laiteriippuvaiseen väriavaruuteen ja lähettää näytölle, joka puolestaan tuottaa valoa, joka toivon mukaan aiheuttaa samanlaisen väriaistimuksen kuin alkuperäinen näkymä, jonka kamera näki.

Yleensä kuvatiedostojen metatietoihin tallennetaankin tieto siitä, että missä väriavaruudessa kuvatiedostoon tallennetut numeroarvot on ilmoitettu. Tämä tieto väriavaruudesta erottaa mielivaltaiset kolmen numeron yhdistelmät varsinaisista väreistä. Normaali kuluttajakamera tuottaa värikuvan, johon tallennetut RGB-arvot ovat tyypillisesti sRGB-väriavaruuden koordinaatteja. sRGB on hyvin yleisessä käytössä oleva väriavaruus, ja esimerkiksi internet-selaimet olettavat yleensä avaamansa kuvat sRGB-kuviksi, jos kuvaan ei ole upotettu tietoa jostakin muusta väriavaruudesta. Myös kuluttajille suunnatut näytöt säädetään yleensä noudattelemaan sRGB-väriavaruutta.

Pilvinen talvi 2014-2015

Hei!

Pitkästä hiljaiselosta huolimatta blogi ei ole vieläkään kuollut. Elo-syyskuuta lukuunottamatta kuvauskausi 2014-2015 on ollut erittäin pilvinen. Lokakuusta helmikuuhun oli lähes yhtäjaksoisesti pilvistä. Vasta helmi-maaliskuussa oli pidempi selkeä jakso ja nyt taas näyttää pilvistyneen. Ynnäilin kuvaustunteja yhteen, ja näyttää siltä, että elo-syyskuussa ehdin valottaa enemmän kuin loka-tammikuussa yhteensä.

Kesäaikaan siirtymisen jälkeen pimeän tulo on siirtynyt jo kovin myöhäiseksi ja yöt lyhenevät kovaa vauhtia, joten kuvauskausi alkaa taas olla kohtapuoliin paketissa.

Syyskaudella sain kuvattua tällaisia kohteita, joukossa myös yksi mosaiikki!

Kevätkaudella kuvasato jäi harmillisen pieneksi:

  
Erikoismainintana koostin myös lyhyen animaation komeetta Lovejoysta ja sen liikkeistä:

Kuvaköyhää kevätkautta piristi mukavasti jokavuotinen Hauhon tähtikuvaustapaaminen. Tapahtuman yhteydessä oli tarjolla niin kiinnostavia esitelmiä, hyvää seuraa kuin maittavaa ruokaakin!

Kuvauskausi päättyi harvinaisiin herkkuihin, nimittäin kirkkaisiin revontuliin ja auringonpimennykseen.

Revontulia Helsingissä 17.3.2015.

Revontulia Helsingissä 17.3.2015.

Osittainen auringonpimennys 20.3.2015.

Osittainen auringonpimennys 20.3.2015.

Molemmista tapauksista löytyy lisää kuvia Flickr-tililtäni.

Kauden 2014-2015 avaus

Uusi tähtikuvauskausi on jälleen aluillaan. Kalusto on pysynyt pääpiirteissään samana, ainoastaan käytetyt suotimet ovat muuttuneet. Myin vanhat Astronomikit pois ja ostin Astrodonit tilalle. Nyt suodinpyörästä löytyy Astrodonin E-sarjan LRGB-suotimet sekä 5 nanometrin kapeakaistat (H-alfa, Rikki-II ja Happi-III).

Kalusto 2014

Kaukoputki jalustallaan

Pari viikkoa ennen kauden avausta huomasin, että luonto valtaa alaa Komakalliolla. Käyttämääni havaintosuojaan oli muuttanut lepakko! Lepakko putosi ovenraosta kun avasin havaintosuojaa. Nostimme tokkuraisen lepakon varovasti läheiseen pusikkoon, mutta ensimmäisenä kuvausyönä lepakko oli taas tornissa. Havaintosuojaa voinee kutsua tästä lähin lepakkotorniksi!

Ensikohtaaminen lepakon kanssa

Ensikohtaaminen lepakon kanssa

Toinen lepakkohavainto

Toinen lepakkohavainto

Olen ollut kuvaamassa vasta parina yönä, mutta tulosta on jo ehtinyt syntyä. Julkaisin Astrobinissä pari 1-2 tunnin kapeakaistasuotimilla kuvattua räpsyä Sirppisumusta NGC 6888 sekä Elefantin kärsästä IC 1396. Pääset katsomaan kuvia tarkemmin klikkaamalla alla olevia pikkukuvia.

Lyhyistä valotusajoista huolimatta kuvista tuli ihan kohtalaisia. Äärimmäisen kapeat Astrodon-filtterit näyttävät ajavan asiansa!

Kauden 2013-2014 yhteenveto

Kevään opiskelukiireet ovat vieneet jotakuinkin kaiken vapaa-aikani, joten en ole ehtinyt kirjoittaa blogiakaan. Vaikka Suomen kelit eivät aina ole suosiollisia, kuvauskausi 2013-2014 oli ihan onnistunut. Laskin yhteensä 12 enemmän tai vähän onnistunutta otosta. Aivan jokaiseen en ole täysin tyytyväinen, pääasiassa vähäiseksi jääneen datan takia. Oheen olen liittänyt kuvalliset linkit kaikkiin kauden julkaistuihin kuviin.

Viime kesänä hankittu valovoimainen Boren-Simon Powernewt 8″ f/2,8 -peilikaukoputki on osoittautunut erittäin toimivaksi putkeksi Suomen harvojen selkeiden kelien hyödyntämiseen. Powernewtilla olen onnistunut ottamaan jopa yhden illan aikana kuvia, jollaisista en olisi ennen voinut haaveillakaan edellisillä välineillä. Valovoimaisen putken avulla olen myös päässyt metsästämään äärimmäisen himmeitä heijastussumuja, kuten vdB 141 Kefeuksessa. Aivan kevään viimeisenä kohteena yritin kuvata himmeää ja laajaa planetaarista sumua Abell 31. Kohde on erittäin vaikea enkä ole laisinkaan tyytyväinen tulokseen, mutta ehkä jatkan kohteen kuvaamista ensi keväänä. Nykyisetkin datat voisi ottaa vielä uuteen käsittelyyn.

Kesän aikana ei ole toistaiseksi tiedossa suuria muutoksia laitekokoonpanoon. Astronomikin filtterit vaihtuvat mahdollisesti Baaderin LRGB-settiin ja Astrodonin HST-settiin. Olen myös harkinnut Astrodonin LRGB-setin hankkimista Baaderin sijaan. Astrodonin LRGB-filtterien päästökaista on optimoitu siten, että punaisen ja vihreän kanavan väliin jää selkeä rako natrium-katulamppujen spektrihuipun kohdalle. Tämän pitäisi vähentää värikanaviin pääsevää valosaastetta merkittävästi. Astrodonin filtterit ovat verrattain kalliita, joten hankintaa pitää vielä vähän punnita. Jos rahat riittävät, voisin myös korvata QHY5-seurannankorjauskameran merkittävästi herkemmällä Lodestar X2 -kameralla. Pääkamera ja optiikka pysyvät näillä näkymin samana.

Yritän kesän aikana kehitellä lisää PixInsight-vinkkejä blogiin, ja päivityksiä tullee myös laitehankintojen myötä ennen syksyä.

Kuluvan talven kuvia ja Hauhon tapaaminen

Edellisestä kirjoituskerrasta on jälleen aikaa, mutta hiljaiselosta huolimatta olen säiden salliessa käynyt kuvaamassa. Alla onkin talven aikana ottamiani uusia kuvia. VdB 141 -kuvaan olen erityisen tyytyväinen, ja tällaisten äärimmäisten himmeiden avaruuspölyjen kuvaaminen valovoimaisella kaukoputkella on muutenkin kiinnostavaa touhua.

7.-9.2.2014 vietin viikonlopun Lautsian lomakeskuksessa Hauholla vuotuisessa tähtikuvaajatapaamisessa, jossa pääsin useampaankin otteeseen esittelemaan PixInsightin käyttöä. Esittelyn aikana tuli ohjelman käytössä esille pari hämäävää asiaa, joita yritän selventää alla.

Esikatseluikkunan piirtäminen

PixInsightissä esikatseluikkunoita (Preview) voi piirtää kuviin painamalla kerran Alt+n, jonka jälkeen kuvaan voi piirtää halutunkokoisen laatikon. Jostakin syystä tämä komento ei löydy PixInsightin Preview-valikosta, vaan valikossa oleva New Preview… avaa uuden ikkunan, johon voi vain syöttää esikatseluikkunan koordinaatit. Jos Alt+n-näppäinoikotietä ei syystä tai toisesta halua tai voi käyttää käyttää, työkalu löytyy niinkin vaikeasta valikosta kuin Image->Mode->New Preview.

Keinotekoisen bias-ruudun tekeminen järjestelmäkameralle

Kuten Lauri Kangas ehdottaa omassa ohjeessaan, Canonin järkkäreiden kanssa bias-kuva voidaan yleensä korvata keinotekoisella kuvalla, jonka jokaisen pikselin kirkkausarvo on tietty sama vakio. Useimmissa Canonin järkkäreissä vakio on 1024 tai 2048. Arvon voi selvittää yleensä googlaamalla tai ottamalla kameralla kokeeksi yhden bias-ruudun ja mittaamalla pikselien keskimääräistä kirkkautta kuvassa. Järkkärien raakakuvat tallentuvat yleensä 16-bittisinä mustavalkokuvina, jolloin pikselien kirkkaus on vähintään 0 ja korkeintaan 65535, eli 16-bittisillä kuvilla voi esittää yhteensä 65536 (216 = 65536) eri kirkkausarvoa. Koska PixInsight käsittelee kuvia nollan ja yhden välisinä liukulukuina, täytyy PixInsightissa luotavan keinotekoisen bias-ruudun kirkkaus jakaa tällä mahdollisten kirkkaustasojen määrällä, jotta lopputulos on oikeanlainen.

Keinotekoisen bias-ruudun luominen

Keinotekoisen bias-ruudun luominen

Keinotekoinen bias-kuva luodaan PixInsightin PixelMath-prosessilla. Bias-kuvan kirkkaus määritellään syöttämällä RGB/K-kohtaan lauseke x/65536 missä x on aiemmin mainittu bias-kuvan haluttu kirkkausarvo. Ylläolevan esimerkkikuvan tapauksessa on käytetty arvoa 1024. Myös Create new image -täppä on oltava valittuna. Bias-kuvan koko on helpointa määrittää avaamalla PixInsightiin mikä tahansa kyseisellä järkkärillä otettu raakakuva, ja raahaamalla PixelMath-ikkunan vasemmassa alakulmassa oleva nuoli-ikoni avatun järkkärikuvan päälle. PixelMath kopioi osoitetusta kuvasta parametrit kaikkiin kenttiin joissa lukee <As target> ja luo annetun lausekkeen mukaisen kuvan. Vaihtoehtoisesti kentät voidaan täyttää käsin ja ajaa prosessi globaalisti klikkaamalla pyöreää Apply Global -nappia, jolloin erillistä järkkärillä otettua kuvaa ei tarvita.

Syksyn ensimmäiset kuvat

Viime syksynä kärsittiin sateisista keleistä, mutta tänä syksynä ei voi valittaa! Kelit ovat olleet kuvausten kannalta mitä mainioimmat, ja selkeitä öitä on parhaimmillaan ollut useita kertoja viikossa. Parhaillaan on alkamassa hieman sateisempi viikko, mutta se onneksi ajoittuu kuukauden valoisimpaan aikaan, eli täydelle kuulle.

Uudet laitehankinnat eli Boren-Simon PowerNewt sekä Atik 460EX eivät ole tuottaneet pettymystä. Nopealla optiikalla ja herkällä kameralla olen onnistunut saamaan lyhyessä ajassa sellaisia kuvia, joista ennen saatoin vain haaveilla. Erityisesti Iris-sumu NGC 7023 onnistui mainiosti. VdB 152 -sumukuva jäi hieman pehmeäksi pilvien ja ihan maanpäällisen sumun vuoksi.

Myös kapeakaistakuvat HST-paletilla ovat olleet aika kivuttomia käsitellä PixInsightin työkaluilla. Astronomikin kapeakaistasuotimet tuntuvat valitettavasti aiheuttavan ikäviä heijastuksia kirkkaiden tähtien ympärille. Ensi kaudella voisinkin harkita vaihtoa Baaderin suotimiin.