Луна под микроскопом

^[1]Слева вы видите фотографию Луны сделанную при помощи цифрового микроскопа DigiMicro Mobile ^[2]. 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 = ? ^[3].

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 ^[4], а не серьезным руководством по астрофотографии. Для качественной съемки Луны через телескоп лучше использовать специальную астрокамеру ^[5] или зеркалку с T-адаптером ^[6].

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 ^[7] 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 ^[8]) 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 ^[9], 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.

^[10]

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 :-)

^[11]

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:

^[12]

^[13]

^[14]

Плохо что у микроскопа нет автофокуса. Чтобы не промахиваться с фокусировкой, можно сделать маску Бахтинова ^[15].

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:

^[16]

На фотографиях Луны под микроскопом видны кратеры до 10-20 км в диаметре (например, Свифт ^[17] и Пирс ^[18]).

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 ^[19] в соседнем посте galaxy ^[20], 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 ^[21]). Вместо серийной съемки можно записывать HD видео 30 кадров в секунду, Луна мало смещается между кадрами и Registax ^[22] 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 ^[23] 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 ^[24]; 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.

Если кого-то интересует начинка микроскопа, вот фото платы с обеих сторон.

По маркировке на плате можно нагуглить китайских родственников данного гаджета.

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 ^[2].

Спойлер для тех кто ожидал под заголовком данной статьи увидеть лунные минералы.

Я сделал этот снимок в Государственном музее истории космонавтики имени К.Э. Циолковского ^[25]. Увидеть на расстоянии нескольких сантиметров частички настоящей Луны, пусть даже через стекло витрины — незабываемое ощущение.

Другие мои статьи с тэгом "ненормальная астрономия":

• Дневная астрономия ^[9]
• Как увидеть звезды и планеты рядом с Солнцем? ^[26]
• Рейс Анкоридж-Гонолулу задержали на 25 минут чтобы порадовать умбрафилов на борту ^[27]

Автор: Даджет

Источник ^[28]