Rapporto focale e profondità di campo in astrofotografia

L'uso dei riduttori

Un riduttore può essere utile per adattare la lunghezza focale alla dimensione dell’obiettivo o alle condizioni atmosferiche.

Un riduttore serve ad accorciare la lunghezza focale e spesso viene usato per ottenere un numero di apertura F più piccolo, ovvero lunghezza focale diviso diametro apertura. Non è raro leggere in Internet che in questo modo “più segnale” arriva al sensore. Lo scopo è ottenere un rapporto segnale-rumore (SNR) migliore, importante per regolare immagini deep-sky particolarmente profonde, o per ridurre i tempi di esposizione.

Il numero dei fotoni registrati da un oggetto con una camera CCD è determinato dalla sezione trasversale di raccolta della luce del telescopio e dal tempo di esposizione. Nella fotografia tradizionale l'apertura, e quindi il numero di fotoni che colpisce il sensore, cambia con l'impostazione del diaframma, per adattarsi alle condizioni di luce con una lunghezza focale costante. Per la disciplina del grandangolo e del teleobiettivo in astrofotografia, vale quindi la seguente affermazione: un F più piccolo porta a un SNR migliore a parità di tempo di esposizione. In astrofotografia si parla quindi di uno scatto più profondo, poiché gli oggetti più deboli risaltano meglio dal rumore dell'immagine.

Con i telescopi assistiamo a qualcosa di diverso. Qui si usano riduttori che riducono la lunghezza focale dello strumento mentre il diametro dell’apertura rimane invariato. In questo modo non aumenta il numero dei fotoni raccolti, ma il numero dei fotoni per pixel, quindi la statistica dei fotoni migliora solo in relazione ai singoli pixel, e non per l’oggetto nel suo insieme. Questo vale tuttavia solo per oggetti risolti e bidimensionali. Le sorgenti puntiformi, invece, non “reagiscono” a un riduttore, ma solo a una maggiore apertura. Per gli oggetti bidimensionali, il tempo di esposizione richiesto per ottenere un certo SNR si riduce del fattore R:

R = (Fridotto Fnormale)2 = (fattore di riduzione)2

Un riduttore 0,75x riduce così il tempo di esposizione quasi della metà. A parità di tempo di esposizione, l'SNR per gli oggetti bidimensionali migliora del reciproco del fattore di riduzione. Un riduttore da 0,75x offre quindi un SNR 1,33 volte migliore. Allo stesso tempo, però, la risoluzione inevitabilmente diminuisce, con conseguente perdita di informazioni. In effetti, la granulosità dell'immagine equivale a quella di pixel più grandi, è solo meno visibile. Tuttavia, per ottenere effettivamente più informazioni sull'immagine, e quindi un'immagine veramente profonda, bisognerebbe scegliere un telescopio con un'apertura maggiore. Inoltre, invece di un riduttore, si potrebbe prendere in considerazione un binning software in aggiunta, che combina i valori del segnale di diversi pixel. Dopo questa considerazione, ci si potrebbe chiedere perché usare un riduttore. I motivi sono svariati.

L'SNR può essere decisivo in un progetto astrofotografico, per esempio quando si tratta di rilevare una struttura estremamente debole. Da menzionare qui le periferie galattiche e la fotografia con filtri a banda stretta. Inoltre, ciò che è mancato finora nell'osservazione, oltre alla statistica dei fotoni, è il rumore interno alla fotocamera. Per far emergere meglio un oggetto da questo rumore, un'apertura maggiore sarebbe sicuramente la soluzione migliore, ma potrebbe non essere fattibile. In scenari con statistiche di fotoni molto basse, un riduttore migliora la distanza del segnale dal rumore della fotocamera, poiché si ha un numero maggiore di fotoelettroni a fronte di un numero uguale di elettroni di rumore per pixel. Senza un riduttore che utilizzi l'EBV, lo stesso effetto non può essere ottenuto riducendo semplicemente le dimensioni di un'immagine. Un riduttore è quindi in realtà un vantaggio.

Per immagini dettagliate di oggetti deep-sky più piccoli si usano spesso telescopi con grandi lunghezza focali, per esempio le ottiche RC. Chi possiede questi strumenti o anche una camera CCD con pixel molto piccoli ha raramente problemi di seeing in Germania. Le stelle nelle immagini vengono poi ingrandite e i dettagli eliminati. La capacità di risoluzione del telescopio non viene quindi sfruttata. Chi non può o non vuole acquistare uno strumento zoom con relativa ottica per ogni situazione, con un riduttore ha un’alternativa. In linea di principio, si potrebbe semplicemente ridurre le dimensioni delle immagini in un secondo momento, oppure crearle già con il binning. Tuttavia, l'uso di un riduttore ha il vantaggio di offrire un campo visivo più ampio. Infine, un compito importante di chi fa astrofotografia è la scelta della porzione dell’immagine per ottenere una composizione esteticamente gradevole: alcuni motivi possono richiedere un campo visivo più grande, per cui può essere necessario un riduttore.

Il riduttore può essere uno strumento importante per adattare la lunghezza focale alla dimensione dell'oggetto, oppure alle condizioni atmosferiche. Anche per gli oggetti molti deboli e bidimensionali una riduzione della lunghezza focale è un vantaggio, se la perdita di risoluzione è tollerabile. Altrimenti, per questi oggetti l'unica cosa importante è avere la maggiore apertura possibile!

Autore: Mario Weigand / Su gentile concessione di: Oculum-Verlag GmbH