Comentei recentemente em outro tópico sobre por que algumas câmeras são melhores que outras pra astrofotografia. Claro que isso depende do tipo de foto: estou falando aqui de câmeras pra astrofoto de campo profundo, especificamente nebulosas. Até mesmo para galáxias e aglomerados estelares, a maioria das câmeras funciona bem.
Primeiro de tudo, por que nebulosas?
Nebulosas são o início de tudo. São regiões do Universo onde hidrogênio se forma, a partir de prótons e elétrons soltos no universo. Este hidrogênio, vai formar estrelas, que vão formar planetas, etc. Quando um elétron “enxerga” um próton, começa a girar ao redor dele, primeiro a distâncias relativamente longas, até órbita 1s que aprendemos na escola (pra quem lembra do diagrama de Linus Pauling, e aquelas camadas 1s1, 1s2, 2s1, 2s2, 2p1, etc), o recém-criado átomo emite luz em um comprimento de onde bastante específico, de 656 nm. É o chamado Hidrogênio alfa, ou Ha, ou ainda Hα. Esta cor é de um vermelho profundo, que é bastante atenuado na maioria dos filtros de fábrica das câmeras. Como curiosidade, quando o elétron vai pra camada 2s1, o que vemos é o Hidrogênio beta, que emite luz azulada.
Por exemplo, tomando com referência uma Canon 5D II original:
No caso da câmera acima, veja que a câmera só absorve cerca de 27% da luz a 656 nm de comprimento de onda. Ainda é possível fotografar nebulosas com uma câmera destas, porém os tempos de exposição serão longos, o que vai acarretar aquecimento do sensor (que, por sua vez, vai causar ruído) e problemas com “star trails”, ou borrão das estrelas por movimento.
O ideal é diminuir ao máximo a exposição, e ao mesmo tempo
manter o ruído bem controlado.
No gráfico abaixo, uma comparação entre uma câmera original e uma modificada com um filtro que permite maior passagem no comprimento de onda 656 nm:
Veja que mesmo as câmeras pra astrofoto (modificadas ou não) cortam o espectro à luz visível, e fornecem resposta muito melhor ao Hα. Só isso já representa um avanço significativo em relação a câmeras comuns. Mas ainda assim, este arranjo não é muito eficiente nas câmeras
coloridas: o vermelho é capturado somente pelos pixels vermelhos da câmera, que, no melhor dos casos será de 25% do sensor. O Oxigênio III (que é o oxigênio que respiramos, porém com 2 elétrons faltantes), também bastante existente no nosso Universo, seria capturado pelo azul, que representa no máximo outros 25% do sensor, assumindo um sensor Bayer comum:
Pra aumentar a sensibilidade, a solução atualmente usada é usar câmeras monocromáticas. Estas câmeras não possuem um filtro Bayer na frente do sensor, logo todos os pixels somente lêem intensidade de luz. Estas câmeras são usadas com filtros RGB (vermelho, verde e azul) na frente, e as imagens obtidas com cada filtro depois são sobrepostas, criando a imagem colorida. Este tipo de câmera vai usar 100% dos pixels pra vermelho, depois 100% pra verde e 100% pra azul. Se estou certo, os sensores Forevon da Sigma usam um princípio parecido, porém todos os filtros estão todo o tempo acima do sensor.
A princípio, pode parecer que o uso de câmeras monocromáticas é pouco prático (são caras, requerem uma roda de filtros e alguns passos no processamento), mas o ganho em tempo de exposição e nível de detalhe em muito sobrepujam as dificuldades.