Yıldız izi fotoğrafları

Kanca

16 Mart 2012. Uluslararası Uzay İstasyonu'nda NASA astronotu Don Pettit (okunuşu "don petit"), istasyona sabitlenmiş bir fotoğraf makinesiyle arka arkaya otuzar saniyelik fotoğraflar çekiyor. Sonra bu kareleri bir bilgisayarda üst üste koyuyor. Ortaya çıkan görüntüde yıldızlar eş merkezli çemberler çiziyor, aşağıda Dünya'nın şehirleri sarı çizgiler bırakıyor.

Pettit'in yaptığı, yeryüzündeki amatörlerin her gece yaptığı şeyin aynısı: gökyüzünün dönüşünü tek bir fotoğrafa sığdırmak. Önceki derste bir kusur saydığımız yıldız izleri, bu kez fotoğrafın konusu.

Merkezi soru

Gökyüzünün dönüşünü tek bir karede göstermenin iki yolu var: deklanşörü uzun süre açık tutmak ve kısa kareleri birleştirmek. Hangisi ne zaman işe yarar, hangi tuzaklar bekler?

Anlatım

İzler ne anlatıyor?

Yıldız izleri, Dünya'nın dönüşünün fotoğrafıdır. Gökyüzü yaklaşık 23 saat 56 dakikada bir tur attığı için bir saatte yaklaşık 15 derece döner. Bir saatlik bir fotoğrafta her yıldız, gök kutbunun çevresinde bir çemberin yirmi dörtte birini çizer.

Kutup Yıldızı ile yön bulma dersinde, Dünya'nın ekseninin göğe değdiği noktaya kuzey gök kutbu dediğimizi ve Kutup Yıldızı'nın bu noktanın çok yakınında durduğunu görmüştük. Objektifi bu yöne çevirirsen gökyüzünün dönme merkezi kareye girer. Kutba yakın yıldızlar küçük, dar çemberler çizer; kutuptan uzaklaştıkça yaylar büyür ve fotoğrafın kenarında uzun kavislere dönüşür. NASA'nın Pettit'in fotoğrafını anlatan yazısı da aynı düzeni tarif eder: dönme merkezine yakın yıldızlar ortada sıkı çemberler, uzaktakiler kenarlarda büyük yaylar çizer.

Türkiye'den kuzey gök kutbu, kuzey ufkunun yaklaşık dört yumruk yukarısındadır; bu yükseklik gözlem yerinin enlemine eşittir. Önüne ilginç bir ön plan, bir ağaç ya da bir taş yapı koyarsan, dönen gökyüzü ile duran yeryüzü aynı karede buluşur.

Birinci yol: tek bir uzun pozlama

En doğrudan yöntem, deklanşörü tek seferde yarım saat ya da bir saat açık tutmaktır. Makinelerin çoğu otuz saniyeden uzun pozlamalar için deklanşörün elle ya da bir kabloyla açık tutulduğu bir kip sunar.

Ama bu yolun ciddi bedelleri var. Pettit, NASA'nın aktardığı açıklamasında sorunu açıkça söylüyor: modern dijital makinelerde yaklaşık otuz saniye neredeyse en uzun pozlamadır, çünkü dedektörün elektronik gürültüsü görüntüyü karlı bir ekrana çevirir. Telefon dersinde gördüğümüz karanlık akım ve sıcak pikseller, uzun pozlamada birikir.

Üstelik tek bir uzun pozlama affetmez. Pozlamanın ortasında yoldan geçen bir arabanın farları, bir el fenerinin ışığı ya da bir uçağın izi bütün fotoğrafa işler ve geri alınamaz. Işık kirliliğinin gökyüzüne yaydığı parıltı da bu uzun süre boyunca birikir ve gökyüzünü açık bir griye çevirebilir.

İkinci yol: kısa kareleri üst üste bindirmek

Pettit'in çözümü, onun deyişiyle birçok amatör gökbilimcinin yaptığıdır: birçok otuz saniyelik kare çekip bunları bir görüntü işleme yazılımıyla üst üste bindirmek. Pettit'e göre yıldız izi görüntüleri böylece yaklaşık on ila on beş dakikalık bir pozlamayı gösterir.

Bindirmenin mantığı basittir. Her kare kısa olduğu için gürültü az birikir ve yıldızlar her karede nokta ya da çok kısa bir çizgidir. Yazılım kareleri, her pikselde en parlak değeri tutan bir "aydınlatma" (lighten) kipiyle birleştirir. Böylece bir karede yıldızın bulunduğu nokta, bir sonraki karede birazcık kaymış noktayla birleşir ve kareler dizisi kesintisiz bir yay oluşturur. Duran ön plan ise her karede aynı yerde olduğu için keskin kalır.

Ücretsiz bir bindirme yazılımı olan StarStaX'in geliştiricisi Markus Enzweiler'in sayfası, bu tür yazılımların sunduğu kipleri sıralıyor: aydınlatma, ortalama alma, toplama ve ötekiler. Aynı yazılım, iki kare arasındaki kısa boşluklardan doğan kesintileri kapatan bir doldurma kipi, izleri kuyruklu yıldız gibi sönerek biten bir kip ve sıcak pikselleri temizlemek için karanlık karelerin çıkarılmasını da sunuyor.

Çözümlü hesap: kaç kare, ne kadar iz?

Bir saatlik bir yıldız izi için otuzar saniyelik kaç kare gerekir? Bir saat 3.600 saniyedir; 3.600'ü 30'a bölersen 120 kare eder. Pettit'in on ila on beş dakikalık izleri ise 20 ila 30 kareden oluşur.

İz ne kadar uzun olur? Gökyüzü her dakika çeyrek dereceye yakın döndüğünden on beş dakikalık bir bindirme gök kutbunun çevresinde yaklaşık 3,75 derecelik, bir saatlik bir bindirme ise yaklaşık 15 derecelik bir yay çizer. Köprü dersindeki yumruk ölçüsüyle bir saatlik yay, kutbun çevresinde bir buçuk yumruk kadardır.

Boşluklar neden önemli? Makine bir kareyi kaydederken bir sonrakine geçene kadar kısa bir süre geçer. İki kare arasında bir saniyelik bir boşluk varsa, otuz bir saniyenin bir saniyesi kayıtsız kalır; izin yaklaşık yüzde üçü küçük noktalı kesintilerle eksik olur. Bu yüzden kareler arasındaki boşluğu olabildiğince kısa tutmak, ya da doldurma kipiyle kapatmak gerekir.

Uygulamada

Makineyi üçayağa sabitle ve odağı önceki derste gördüğün gibi bir yıldızı büyüterek elle ayarla. Aralık zamanlayıcısı (intervalometer) denen bir alet ya da makinenin kendi aralıklı çekim işlevi, kareleri insan eli değmeden arka arkaya çeker. Her kare için otuz saniyelik bir pozlama, gökyüzünü aşırı aydınlatmayacak bir ISO ve diyafram seç. Uzun bir çekim boyunca pilin ve hafıza kartının yeteceğinden emin ol; soğuk gecelerde piller daha çabuk tükenebilir.

Objektifin önünde nem birikmesi de bir tehlike. Uzun süre açıkta kalan cam, gece soğudukça buğulanabilir. Birkaç karede bir ekrana göz atmak, sorunları erkenden yakalamanı sağlar.

Aslında…

Büyük resim

Yıldız izleri, gökyüzünün dönüşünü en doğrudan gösteren fotoğraflardır. Her iz Dünya'nın dönüşünü gösterir; yayların çapı, fotoğrafın çekildiği saatlerin uzunluğunu anlatır. Bir yıldız izinin merkezini bulmak, gök kutbunu gözle görmenin yoludur.

Bindirme fikri ise astrofotoğrafçılığın geri kalanının temelidir. Telefon dersinde gece kipinin kareleri gürültüyü azaltmak için birleştirdiğini görmüştük; burada kareler hareketi göstermek için birleşiyor. Derin uzay fotoğrafçılığında aynı fikir tersine dönecek: gökyüzüyle birlikte dönen bir makineyle kareler yıldızları nokta tutacak şekilde üst üste konacak.

Özet

1. Yıldız izleri Dünya'nın dönüşünü gösterir: gökyüzü saatte yaklaşık 15 derece döner; objektif kuzey gök kutbuna çevrilince yıldızlar Kutup Yıldızı'nın çevresinde eş merkezli çemberler çizer.
2. Tek uzun pozlamada dedektör gürültüsü, ışık kirliliği ve araç farları birikir; Don Pettit'e göre dijital makinelerde otuz saniye neredeyse en uzun kullanışlı pozlamadır.
3. Bu yüzden izler çoğunlukla otuzar saniyelik kareleri aydınlatma kipiyle bindirerek yapılır; bir saat için 120 kare gerekir, kareler arasındaki boşluklar doldurma kipiyle kapatılabilir ve bozuk kareler çıkarılabilir.

Görev

Quiz

1. Gökyüzü bir saatte kaç derece döner ve bir saatlik bir yıldız izi gök kutbunun çevresinde çemberin ne kadarını çizer?
2. Don Pettit'e göre dijital makinelerde neden yaklaşık otuz saniyeden uzun pozlamalar sorun yaratır?
3. Aydınlatma kipi kareleri nasıl birleştirir?
4. Otuz saniyelik karelerle bir saatlik bir iz için kaç kare gerekir?
5. Kareler arasındaki boşluklar izi nasıl etkiler?

Cevaplar

1. Yaklaşık 15 derece; bu da tam bir çemberin yirmi dörtte biridir.
2. Çünkü dedektörün elektronik gürültüsü uzun pozlamada birikir ve görüntüyü karlı bir ekrana çevirir.
3. Her pikselde karelerin en parlak değerini tutar; böylece yıldızın her karedeki konumları birleşerek kesintisiz bir yay oluşturur.
4. 120 kare: 3.600 saniyenin 30 saniyeye bölümü.
5. Makine bir sonraki kareye geçerken kaydedilmeyen kısa süre, yay üzerinde küçük noktalı kesintiler bırakır; bir saniyelik boşluk izin yaklaşık yüzde üçünü eksik bırakır.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Yıldız izlerinde gökyüzünün hareketini yakaladık. Ay ve gezegenler ise başka bir sorun çıkarır: çok küçük görünürler ve havanın titreşimi onları sürekli bulanıklaştırır. Bir teleskopla çekilen video kaydından, havanın sakin olduğu anları seçip keskin bir gezegen görüntüsü nasıl elde edilir?