Conceitos básicos da captura em Astrofotografia: Tempo de exposição, ISO e razão focal.

Meio que complementando o post de Dicas básicas para quem quer começar na Astrofotografia, que recomendo a leitura, e devido a muitas perguntas que recebo sobre o tema, decidi fazer um texto sobre os conceitos básicos que todo astrofotógrafo deve entender antes de iniciar a captura de um astro.

Tempo de exposição: é o tempo que o sensor da câmera permanece ativado captando luz. Existem dois tempos de exposição em astrofotografia: O tempo de exposição por frame e o tempo de exposição total.

tempo de exposição por frame é o tempo que a câmera permanece ativada capturando fótons em cada frame durante a captura. Esse tempo depende das condições do céu, da câmera do astrofotógrafo, do tempo que a montagem consegue acompanhar com perfeição e também do objeto fotografado. Objetos mais brilhantes, como a Nebulosa da Lagoa, podem ser bem registrados até com frames de 15 segundos de exposição, já objetos mais pálidos, como a Nebulosa Cabeça do Cavalo, exigem frames de pelo menos uns dois minutos numa DSLR.

Tempo de exposição total é a soma do tempo de exposição de todos os frames. Se você tem um registro de 10 frames de 6 minutos, então tem um tempo de exposição total de uma hora. Como quantos mais frames integrados melhor é o resultado final, quanto maior o tempo de exposição, melhor. É importante dizer que frames de calibração, dark, flats e bias, não contam na soma do tempo de exposição total, somente os lights.

Em astrofotografia planetária o tempo de exposição por frame é muito curto, de cerca de um centésimo a um décimo de segundo. Neste tipo de astrofotografia não é importante dizer o tempo de exposição, mas o número de frames capturados.

ISO: É o nível de sensibilidade da câmera. quanto mais elevado estiver ajustado o ISO de sua câmera, mais luminoso ficará o frame, entretanto o ISO tem um efeito colateral danoso: quanto mais elevado, mais ruído a imagem produzirá. É por isso que câmeras CCD voltadas para céu profundo nem sequer tem esse ajuste, fotografando no nível de sensibilidade mínimo possível.

Em câmeras DSLRs o ISO costuma ter o seu mínimo em 50 ou 100 e um máximo que pode variar muito de acordo com o modelo, por isso se você pretende fotografar com ISOs altos é importante entender o comportamento de cada modelo antes de adquirir uma DSLR. A maioria das DSLRs de entrada, com sensor cropado, como as Canon T5i, possuem ISOs máximo entre 3200 e 6400. Geralmente os melhores resultados destas câmeras estão no ISO 400 a 1600. Já DSLRs full frames podem atingir ISOs de 25 mil ou mais e registrar com ISOs mais elevados com muito menos ruído. Geralmente o ISO 3200 de uma DSLR full frame consegue ser melhor do que o ISO 800 de uma DSLR cropada. Mas é claro, DSLRs full frame são bem mais caras.

Nas câmeras de captura planetária a sensibilidade costuma aparecer como "ganho". Até pouco tempo era recomendado que esse ajuste sempre estivesse no mínimo, mas os novos modelos, como as ZWO, QHY5 ou Expanse permitem que você eleve este ajuste, capturando mais frames no mesmo tempo e conseguindo excelentes resultados em sua captura final.

A grande vantagem do ISO é reduzir o tempo de exposição necessário em cada frame. Se você fizer um registro de 30 segundos em ISO 800, conseguirá um frame com a mesma iluminação de um frame de 60 segundos em ISO 400, o problema será que o frame em ISO 800 terá mais ruído. Por isso ISOs mais elevados são utilizados não para se reduzir o tempo total de exposição, mas o tempo de exposição por frame, pois, ao se fotografar em ISO 800, é recomendado que você integre o dobro de frames que integraria caso estivesse fotografando em ISO 400. 

Astrofotógrafos recorrem a ISOs mais elevados quando precisam fazer frames com tempos de exposição mais curtos. Isso ocorre geralmente devido a dificuldades no acompanhamento dos astros em seu equipamento. Por exemplo, você quer fazer frames de dois minutos de exposição, mas com esse tempo de exposição as estrelas estão deixando rastros, não estão redondas ou mesmo estão esticadas a ponto de parecerem pequenos traços. Muitas vezes a única forma de resolver isso é diminuir o tempo de exposição por frame até que as estrelas fiquem redondas. Para compensar a perda no tempo de exposição por frame, você aumenta o ISO e para compensar o ruído de um ISO mais elevado, você aumenta o número de frames.

Razão focal: É a relação entre a distância focal e a abertura de seu instrumento óptico. Por exemplo, um telescópio de 1000mm de distância focal e 200mm de abertura tem uma razão focal F5. Um telescópio com a mesma abertura, mas 2000mm de distância focal, tem uma razão focal F10. Quanto maior for a abertura em relação a distância focal, menor é a razão focal. Só que quanto menor for a razão focal de seu telescópio, mais rápido ele captura luz numa proporção geométrica. Um telescópio com razão focal F5 captura luz 4 vezes mais rápido do que um telescópio com razão focal F10.

Nas lentes, ao contrário dos telescópios, a razão focal costuma ser definida como Abertura. Por isso uma lente de 100mm F2 na verdade é um pequeno telescópio com 50mm de abertura. Se fosse uma lente F4, seria um pequeno telescópio com 25mm de abertura. As lentes tem a capacidade de ajustar a razão focal, reduzindo a absorção de luz através do diafragma. Isso parece ruim, mas geralmente quando se fecha um pouco essas lentes a qualidade da imagem tende a melhorar, diminuindo aberrações causadas por deficiências ópticas do instrumento. São raras as lentes que astrofotografam bem em sua maior abertura, geralmente são as mais caras.

Lentes Canon de 50mm e abertura/razão focal F1.8, F1.4 e F1.2. Repare como o tamanho da lente aumenta quando a razào focal diminui. (Foto: Astrosurf.com)

Obviamente instrumentos ópticos de menor razão focal são os preferidos para fotografia de céu profundo, mas eles também são maiores e mais caros, pois a construção de um instrumento de menor razão focal é mais complexa do que a de um com razão focal maior.