2. Ô nhiễm ánh sáng với nhiếp ảnh thiên văn
Có lẽ không cần bàn nhiều tới tác hại của ô nhiễm ánh sáng và ảnh hưởng tiêu cực của nó tới nhiếp ảnh thiên văn. Bạn đang sống giữa trung tâm thành phố lớn như Hà Nội hay Hồ Chí Minh, bạn muốn chụp được những bức ảnh tinh vân “thần sầu” như trên Google, đó là điều bất khả thi. Và không chỉ có các thành phố lớn, ngay cả những khu vực ngoại ô trên khắp Việt Nam cũng đang hứng chịu nguy cơ tương tự. Nhiếp ảnh thiên văn không chỉ là một thú chơi phức tạp, xa xỉ mà còn vô cùng kén chọn!!
Các số liệu về ô nhiễm ánh sáng thường dựa vào thang đo Bortle, một quy ước được công nhận rộng rãi bởi giới chơi ảnh thiên văn nghiệp dư để mô tả độ sáng của bầu trời đêm tại một vị trí cụ thể. Thang đo Bortle có 9 mức, với mức 1 biểu thị cho bầu trời đêm lý tưởng và hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi ô nhiễm ánh sáng. Còn mức 9 thường được đo ở những nơi như trung tâm các thành phố lớn với mật đồ đèn đường, đèn quảng cáo và ánh sáng sinh hoạt dày đặc. Hãy quan sát hình dưới đây để thấy được khác biệt tương đối giữa các mức độ ô nhiễm ánh sáng:
Thang Bortle từ phải qua trái theo thứ tự ô nhiễm ánh sáng tăng dần. Ảnh: SKYGLOW
Các bạn có thể tìm hiểu về thang ô nhiễm tại nơi mình đang sống dựa vào một trong các bản đồ online sau:
– https://www.lightpollutionmap.info
– https://darksitefinder.com
Hoặc cài đặt ứng dụng di động Clear Outside. Mức độ ô nhiễm trên thang Bortle sẽ được thể hiện trên giao diện app.
Mức Bortle dưới 4 được coi là lý tưởng cho nhiếp ảnh thiên văn. Khi bầu trời đêm trong trẻo và ít chịu ảnh hưởng bởi ô nhiễm ánh sáng, máy ảnh sẽ phơi được lâu hơn mà không bị dính quầng gradient hoặc cháy sáng trầm trọng do ánh sáng từ mặt đất hắt lên. Màu sắc các thiên thể và bầu trời sẽ thật hơn, dễ dàng khi xử lý hậu kỳ.
Bầu trời mùa đông đầy sao tại một khu vực Bortle 4.
Với mức Bortle trên 5, ô nhiễm ánh sáng sẽ làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới hình ảnh thu được. Thông thường, nếu không sử dụng công cụ hỗ trợ, khu vực Bortle 6 thường chỉ cho phép phơi sáng dưới 1 phút (ISO 1600 với khẩu độ F4) trước khi ảnh bị cháy hoặc ám vàng nặng nề tới mức không thể cứu được. Thang Bortle cao hơn, thời gian phơi sáng càng ngắn lại, làm giảm khả năng thu tín hiệu có ích tới từ các thiên thể tối.
Một giải pháp gần như duy nhất hiện giờ để đối phó với tình trạng ô nhiễm ánh sáng là kính lọc chống ô nhiễm ánh sáng. Nguyên tắc chung của các loại kính lọc này đều khá tương đồng nhau, đó là tìm cách giảm bớt (lọc bớt) những bước sóng dư thừa trước khi tới sensor thu hình, chỉ để lại phần phổ phát xạ có ích tới từ các đối tượng chính trên bầu trời. Tôi dùng từ “giảm bớt” ở đây là vì không có một loại kính lọc nào có thể loại bỏ 100% ô nhiễm ánh sáng. Trên thực tế, có rất nhiều loại đèn sở hữu bước sóng phát xạ trải rộng trên mọi vùng phổ ánh sáng mà con người nhìn thấy được như đèn led trắng, đèn halogen kim loại… Do đó, khả năng bị trùng chập phổ với các đối tượng thiên văn trên bầu trời là có thể xảy ra và mật độ những loại đèn này trên mặt đất càng cao thì càng khó để loại bỏ tác động của chúng khỏi ảnh.
Dựa trên đặc tính, có thể chia kính lọc chống ô nhiễm ánh sáng dành cho nhiếp ảnh thiên văn DSO ra một vài loại như sau:
– Kính lọc phổ rộng (Broadband): Kính lọc phổ rộng hoạt động cách chặn bước sóng vàng cam từ đèn hơi natri và đèn hơi thuỷ ngân, cho phép một vùng phổ phát xạ rất rộng truyền qua. Vùng phổ này bao trùm bước sóng phát xạ H-beta, O-III (xanh lục) và vùng đỏ sậm chứa H-alpha. Trong điều kiện ánh sáng thành phố, các loại kính lọc phổ rộng yếu thường cho ra ảnh ngả xanh lam sáng. Loại lọc mạnh hơn có thể cho ảnh sai màu nhiều hơn tuỳ thuộc vào vùng phổ bị cắt đi. Loại kính lọc này thường tỏ ra kém hiệu quả với các nguồn ô nhiễm ánh sáng như đèn led trắng, đèn huỳnh quang (đặc biệt loại nào phát ra màu xanh dương và lục thì tác dụng lọc gần như ko đáng kể). Vì lý do này, các loại kính lọc phổ rộng thường hoạt động tốt với bầu trời ngoại ô và vùng nông thôn, nơi ô nhiễm ánh sáng không quá nặng nề và nguồn khởi phát ô nhiễm không quá phức tạp. Tác dụng chủ yếu của kính lọc phổ rộng là tăng cường độ tương phản của nền trời, giảm phần ánh sáng ô nhiễm đường chân trời, giúp các tinh vân phát xạ màu đỏ tối và xanh dương dễ “nổi” lên trên nền trời, do đó rất phù hợp cho hoạt động quan sát và ghi hình bằng DLSR hoặc camera color chuyên dụng.
Ảnh trước và sau khi sử dụng kính lọc Hoya Red intensifier. Ảnh: Lonely Speck.
Các loại kính lọc phổ rộng khác nhau cũng cho đặc tính lọc khác nhau. Thông thường một số loại kính lọc được đặt tên theo hậu tố “Nature light” (Ánh sáng tự nhiên) hoặc “Red intensifier” (Tăng cường đỏ) hoặc L-Pro sẽ cho màu sắc tự nhiên nhất nhưng hiệu quả lọc không được mạnh, phù hợp cho thể loại nhiếp ảnh Milkyway và ảnh thiên văn trường rộng ở những nơi ít ô nhiễm ánh sáng. Kính lọc CLS (City Light Supression) sẽ cho hiệu quả lọc mạnh hơn với sai số màu sắc là rất đáng kể, ảnh sẽ bị ngả lục nhiều (nhưng có thể sửa được bằng cách xử lý cân bằng trắng trên ảnh RAW).
Kính lọc UHC của Astronomik chỉ cho phép truyền qua vùng ánh sáng có dải từ 484 – 506nm và vùng từ 630nm trở lên.
Kính lọc kiểu UHC (Ultra-High Contrast) sẽ cho hiệu quả lọc mạnh nhất. Thông thường, kính lọc UHC chỉ cho phép một vùng rất hẹp bước sóng đi qua từ 484 – 506nm chứa thêm vạch phổ của H-beta và O-III. Ngoài ra, một số tinh chỉnh thêm có thể cho phép vùng ánh sáng đỏ từ 630nm trở lên đi qua, vùng này chứa vạch phổ H-alpha và S-II. Ngoài các vùng ánh sáng được phép đi vừa nêu, phần còn lại sẽ bị lọc gần như hoàn toàn, hiệu quả có thể đạt 90% hoặc hơn.
So sánh ảnh trước và sau khi sử dụng kính lọc Baader UHC-s với thời gian phơi sáng 30 giây (tương ứng với ảnh trái và phải).
Hãy lưu ý màu sắc các ngôi sao hơi ngả lục nhạt trong ảnh bên phải. Ảnh: Jurgen Kobierczynski.
Kính lọc UHC thường cho ra ảnh có độ tương phản rất cao với nền trời màu lam tối hoặc có thể hơi ngả đỏ (hoặc hồng tím). Màu sắc các ngôi sao sẽ bị ảnh hưởng nặng và tương đối khó để khôi phục về nguyên bản. Do đặc tính lọc quá mạnh của mình, UHC thường không được khuyên dùng để chụp Milkyway hoặc các thiên hà khác (do các vật thể này phát ra ánh sáng trắng toàn dải). Chủ yếu người chơi sẽ dùng nó vào việc quan sát hoặc ghi hình tinh vân phát xạ ở những nơi có ô nhiễm ánh sáng tương đối cao.
– Kính lọc dải hẹp (Narrowband): Kính lọc dải hẹp làm việc bằng cách chặn hoàn toàn các vùng phổ dư thừa, chỉ cho truyền qua một dải rất hẹp trên vạch quang phổ phát xạ của một hoặc vài nguyên tố nhất định (thường là từ 22nm trở xuống). Hiệu quả lọc cực cao khiến cho loại kính lọc này trở thành ứng cử viên hàng đầu cho dân chơi ảnh thiên văn ở những vùng ô nhiễm ánh sáng nặng. Thực tế, một vài loại kính lọc UHC đặc biệt có thể được chế tạo tối ưu tới mức cho một vùng phổ đi qua dưới 22nm và nhiều người có thể tạm coi đây là một loại kính lọc dải hẹp. Tuy nhiên, có rất ít loại kính lọc UHC như vậy (và nếu có, thì tên gọi của chúng cũng rất khác biệt để tránh nhầm lẫn với các loại UHC thông dụng và rẻ tiền hơn) nên tôi sẽ tạm bỏ qua.
Một kính lọc dải hẹp Hydrogen Alpha (H-alpha) của hãng Astrodon với dải phổ cho phép truyền qua chỉ rộng 5nm.
Thông thường, khi nhắc tới kính lọc dải hẹp, chúng ta sẽ nghĩ ngay tới loại kính lọc phổ phát xạ nguyên tố (Specific emission line). Cơ sở lý thuyết của loại kính lọc này chủ yếu dựa vào đặc tính chung của các tinh vân trong vũ trụ thường chứa một vài nguyên tố phổ biến như hidrogen, helium, nitrogen, sulfur, oxygen… Các nguyên tố này khi bị ion hoá sẽ phát ra ánh sáng ở một bước sóng cố định mà chúng ta đã biết trước. Do đó, loại kính lọc Specific emission line chỉ cần cho qua thành phần ánh sáng này với dung sai thật thấp và loại bỏ đi phần lớn lượng ánh sáng dư thừa. Vùng ánh sáng đi qua càng hẹp thì ảnh càng có độ tương phản cao và rất ít bị dính ô nhiễm ánh sáng. Một số loại kính lọc dải hẹp tốt nhất hiện nay cho phép một phổ ánh sáng truyền qua với phạm vi chỉ 3nm, rất lý tưởng để chụp trong những vùng ô nhiễm ánh sáng nặng và gần như “miễn nhiễm” với ánh trăng và ô nhiễm ánh sáng nặng.
Tinh vân Helix chụp bằng kính lọc dải hẹp H-alpha (trên) và OIII (dưới) thông qua camera monochrome.
Hình ảnh cho thấy sự phân bố của các nguyên tố hidrogen và oxygen trong lòng tinh vân.
Bản thân mỗi loại kính lọc narrowband nhất định thì chỉ phản ánh được một màu sắc đơn nhất của tinh vân. Do đó, để thể hiện được màu sắc đầy đủ, chúng ta cần sử dụng tối thiểu hai hoặc ba (hoặc nhiều hơn) các loại kính lọc khác nhau. Tuy nhiên, do đã bị lọc quá nhiều thành phần nên màu sắc trên ảnh narrowband không phải là màu sắc thực của các thiên thể mà mắt người có thể cảm nhận được. Nên đôi những ảnh kiểu này còn được gọi là ảnh màu giả – false color image.
Một số loại kính lọc mới ra mắt hiện nay như Duo-narrowband, Triad-narrowband hay L-eNhance cho phép nhiều hơn một vùng bước sóng đi qua, nhưng độ rộng mỗi vùng mà nó cho qua vẫn không quá 22nm nên vẫn được xếp chung vào loại kính lọc dải hẹp. Loại kính lọc này sẽ cho màu sắc đầy đủ nhưng cũng ko phản ánh màu sắc thực tế của thiên thể.
Ảnh tinh vân Đại Bàng chụp trong phổ khả kiến bằng máy ảnh Canon 350D (trên) và trong phổ narrowband bằng máy thu chuyên dụng (dưới).
Màu sắc trong ảnh narrowband là màu giả với độ tương phản cao hơn, các ngôi sao cũng nhỏ hơn.
Hình ảnh các ngôi sao khi qua kính lọc dải hẹp thường nhỏ và tối hơn. Kính lọc dải hẹp không được khuyến nghị sử dụng để chụp Ngân Hà hay các thiên hà khác (trừ một số tình huống đặc biệt cần kết hợp dữ liệu).
Kính lọc chống ô nhiễm ánh sáng tuy có nhiều ưu điểm thú vị nhưng buộc chúng ta cũng đánh đổi rất nhiều thứ, và đa phần đều tác động trực tiếp vào màu sắc và chất lượng ảnh thu được. Một giải pháp khác thường được nhiều người lựa chọn, đó là di chuyển tới những nơi có ít ô nhiễm ánh sáng để chụp hình. Thể loại này được dân nghiệp dư gọi chung là travel (hoặc mobile) astrophotography.
Việc lựa chọn thiết bị cho travel cũng rất khác so với việc tìm mua thiết bị để lắp đặt trong một đài thiên văn cố định. Thông thường, travel sẽ ưu tiên những thiết bị nhỏ gọn, dễ triển khai, yêu cầu sai số không quá khắt khe. Do đó những ống kính tele tiêu cự vừa phải hoặc kính thiên văn trường rộng sẽ hữu dụng hơn so với các dàn kính khổng lồ, đắt đỏ. Một số trụ bám nhật động gọn nhẹ với thiết kế center-balanced của hãng iOptron cũng rất thích hợp cho travel, tất nhiên nếu bạn đủ cam đảm để thỏa hiệp với vài “lỗi kinh điển” tới từ thương hiệu Trung Quốc này! DSLR đã mod kính lọc hồng ngoại hoặc camera làm lạnh loại color (OSC) cũng tiện hơn so với camera monochrome khi chơi ảnh thiên văn travel. Sau đây là một vài thông số thiết bị gợi ý cho người mới chơi ảnh thiên văn travel theo kinh nghiệm của tôi:
