Astrofotografia in TV

Le immagini astronomiche sanno essere affascinanti.
Ricche di colori e forme stravaganti, e anche cariche di significati scientifici. 
La particolarità è che pur essendo il frutto di tecniche specifiche di ripresa ed elaborazione, molto diverse dalla fotografia tradizionale, sono alla portata anche degli astrofili dotati di attrezzature amatoriali (come insegniamo nel nostro Corso di Astrofotografia).
Di questo affascinante tema se ne parla nella puntata di Nautilus (Cusano TV, canale 264 dgt) di Maggio 2022, dove il Prof. Paolo Colona, astrofisico e divulgatore scientifico, viene affiancato dall’Astrofotografo Francesco Di Biase.

* Vedi la puntata su YouTube *
https://youtu.be/1b3q2Ebuo-M

La puntata prende spunto da un riconoscimento ricevuto da Di Biase il 20 Agosto 2015, quando il progetto APOD (Astronomy Picture Of the Day) della NASA (https://apod.nasa.gov) ha pubblicato l’immagine della nebulosa “Manubrio” nota anche come M27 oppure “Dumbbell Nebula”.
Tale oggetto fa infatti parte del catalogo “Messier”, pubblicato nel 1774 e redatto con lo scopo di evitare errori e perdite di tempo quando si dedicava alla caccia alle comete.
In particolare, stiamo osservando una Nebulosa Planetaria, ossia i resti di una stella di taglia solare esplosa circa 10.000 anni fa.

Stelle di sequenza principale come il sole infatti, dopo aver consumato buona parte del loro idrogeno, subiscono una prima trasformazione in giganti rosse aumentando notevolmente il volume ma riducendo la loro temperatura superficiale. In questa fase si attiva anche la combustione del elio presente comunque in elevata quantità.

Quando anche le ultime riserve di idrogeno ed elio vanno esaurendosi, l’equilibrio idrostatico tra gravità ed energia liberata dalla fusione nucleare si rompe generando questa volta una potente esplosione che da luogo alla nebulosa con al centro una stellina molto piccola rispetto alle origini, definita come nana bianca, la cui densità è tuttavia elevatissima.
Tale stella di fatto non produce più attivamente energia ma è semplicemente destinata a spegnersi gradualmente liberando a poco a poco il calore accumulato nella fase di contrazione.

La nebulosa ripresa dal’astrofotografo è una particolare Nebulosa planetaria osservabile nella costellazione della Volpetta (Vulpecula) la più luminosa del cielo, già percepibile al binocolo e moltobella al telescopio.
Lo scatto, però a differenza di quanto può osservare l’occhio umano è ricco di dettagli e di colori che visivamente, anche al telescopio, è difficilissimo intercettare, soprattutto in presenza di inquinamento luminoso.
L’astrofotografia nasce infatti dall’esigenza degli astronomi non soltanto di voler divulgare le meraviglie del cosmo ma anche di avere un supporto continuo da poter analizzare con calma ed oggettività e negli ultimi anni, anche con l’uso di algoritmi che vagliano le immagini alla ricerca di dettagli di interesse ad uso scientifico.

Come si realizza una immagine del genere? Quali strumenti e quali tecniche sono necessarie?
Parlando di astronomia, stiamo già facendo riferimento ad oggetti che emettono una luminosità molto modesta e che necessitano di teleobiettivi particolari, i telescopi.

Il telescopio permette infatti di catturare molta luce che viene impressa, grazie anche a tempi di esposizione molto lunghi sui sensori delle CCD, web-cam dedicate ad uso astronomico.
Il lavoro del astrofotografo non si limita però a questo.
Per potenziare il segnale di ripresa serve tenere l’obiettivo del sensore “aperto” per minuti. Questo dettaglio pone quindi un importante problema agli astrofotografi, il dover compensare la rotazione terrestre che altrimenti causerebbe il “mosso” dell’immagine rendendola inservibile. La tecnologia viene in soccorso permettendo di motorizzare il movimento del telescopio e, per avere un movimento sempre preciso, di accoppiare un secondo telescopio, detto di guida, anch’esso dotato di videocamera ad elevata velocità, dedicato alla movimentazione del telescopio primario.
Per evidenziare i dettagli delle nebulose ad emissione come la M27, si usano inoltre dei filtri detti “a banda stretta” che permettono di catturare solo determinate frequenza dello spettro luminoso. Frequenze tipicamente associate agli elementi chimici quali idrogeno od ossigeno.
La combinazione, detta “stacking”, di molti scatti uguali, uniti poi a scatti creati con filtri che catturano frequenze luminose diverse, permette quindi di ottenere le meravigliose immagini come quelle ottenute da Di Biase.
Ne consegue che una immagine astronomica, specialmente di un oggetto del profondo cielo quali galassie e nebulose, non mostrano gli esatti colori degli oggetti che ritraggono.

I colori vengono assegnati a particolari frequenze dello spettro luminoso così da evidenziare la presenza degli elementi chimici.
La nebulosa M27 brilla soprattutto per l’emissione di idrogeno (H alfa), ossigeno (O III) e zolfo (S II). L’uso dei filtri detti a banda stretta, permette di cogliere singolarmente le bande luminose corrispondenti ossia: Halfa = 656 nm; Oiii = 501 nm; Sii = 671.

Tuttavia, come è facile notare, mentre il colore naturale del Ossigeno ionizzato è verdognolo, per l’Idrogeno e lo Zolfo la differenza sarebbe minima tendendo entrambi al rosso/arancione.
Per ovviare a questa problematica, da anni viene adottata quella che è nota ai tecnici del settore come “Hubble Palette” dal nome del famoso telescopio spaziale dove viene infatti adottato questo principio.
Il concetto è molto semplice, vengono svolte numerose riprese con ogni singolo filtro.
Per ogni frequenza luminosa quindi si media l’immagine così da estrarne il maggior segnale possibile e quindi avere più dettagli.
Alle immagini viene quindi assegnato un colore arbitrario che nel caso del Hubble Palette è: Verde per Halfa, Rosso per Sii e Blu per Oiii.
Queste immagini vengono poi sovrapposte tra di loro ed anche ad una immagine a colori naturali del cielo così da dare naturalezza al risultato finale.
Queste tecniche richiedono ovviamente una elevata perizia sia a livello tecnico, per impostare correttamente tutta la strumentazione che informatico per poter svolgere a regola d’arte anche l’elaborazione successiva all’acquisizione delle immagini.

Come traspare da queste righe, raggiungere e replicare i risultati di Di Biase, seppur possibile, richiede un investimento importante sia a livello strumentale che di tempo da dedicare all’apprendimento ed al fare esperienza sul campo e sul pc.
Tuttavia, come il professor Colona ricorda, l’Accademia delle Stelle organizza ogni anno un corso base completo dedicato all’astrofotografia dove vengono spiegate sia dal punto di vista tecnico che informatico tutte le tecniche fondamentali di ripresa ed elaborazione (vedi qui i dettagli del corso di astrofotografia).
Fare foto del cielo è infatti possibile, con opportune limitazioni ed accortezze, persino da un semplice cellulare dotato di fotocamera.
L’osservazione del cielo non richiede sempre strumenti impegnativi, costosi ed ingombranti.
Spesso basta poco per riempirsi di meraviglia, di stupore e di scienza.
Spesso basta alzare gli occhi al cielo.

[ Fabrizio Benetton ]

Bibliografia:
Alle frontiere del cosmo, 3-La vita di una stella; A cura di Gianluca Ranzini, Testi di Lorenzo Pizzuti.
Wikipedia – the free enciclopedia (Versione Italiana ed Inglese)

Immagini:
Francesco Di Biase – Astropixel.com
Wikipedia – the free enciclopedia (Versione Italiana ed Inglese)