Trenta gradi sopra l'orizzonte: l'altezza è un parametro di scatto

La Via Lattea di luglio non viene mai come nelle foto che girano in rete. Stesso telefono, stesso numero di scatti, bollettino che dava sereno, e sullo schermo resta un impasto grigio arancio dove il centro galattico si intuisce appena. Prima si accusa la fotocamera. Poi il posto, che evidentemente non era abbastanza buio. Il colpevole di solito è un numero che nessuno annota: quanti gradi sopra l’orizzonte stava il bersaglio mentre il sensore lavorava.

L’aria si conta in strati

Allo zenit la luce di una stella attraversa il minimo spessore di atmosfera possibile, e quello spessore vale per convenzione una massa d’aria. Abbassate lo sguardo e il percorso si allunga con l’inverso del seno dell’altezza: a trenta gradi sull’orizzonte diventano due masse d’aria, a venti quasi tre, a dieci gradi poco meno di sei. Vicino all’orizzonte vero la trigonometria da quaderno smette di funzionare, perché la Terra è curva e lo strato d’aria pure, e il conto sale a una quarantina.

Ogni strato costa luce. Nel caso migliore immaginabile, aria pulitissima a livello del mare, l’estinzione atmosferica vale 0,16 magnitudini per massa d’aria: allo zenit una stella ha già lasciato per strada il quattordici per cento. A trenta gradi la perdita raddoppia a 0,32 magnitudini, a dieci arriva a 0,90, e a cinque gradi Sky & Telescope la stima intorno alle tre magnitudini piene, cioè oltre il novanta per cento della luce che non arriva. Quei valori sono il pavimento, non la media. Bastano l’umidità di una notte d’agosto in pianura o il pulviscolo che resta sospeso dopo una giornata di scirocco per spingere il coefficiente verso 0,40 magnitudini per massa d’aria, e da lì in poi ogni riga della tabella va moltiplicata per due e mezzo.

Mezzo segnale, quattro volte gli scatti

Confrontate la stessa stella allo zenit e a dieci gradi, con l’aria da manuale del caso migliore: 0,74 magnitudini di differenza, cioè poco più della metà dei fotoni. Il fotometrista alza le spalle e mette una correzione nel foglio di calcolo. Chi fotografa col telefono no, perché a differenza di un rifrattore da cento millimetri un obiettivo largo un paio di millimetri i fotoni li conta uno a uno.

Il costo si vede meglio guardando lo stack. Quando il rumore dominante viene dal fondo cielo, il rapporto segnale rumore di una somma cresce con la radice quadrata del numero di fotogrammi: dimezzate il segnale del bersaglio lasciando il fondo dov’era, e per tornare allo stesso risultato servono quattro volte gli scatti. Duecento fotogrammi diventano ottocento. Un’ora di lavoro diventa quattro, la batteria si arrende molto prima, e nel frattempo il bersaglio è sceso ancora. Quaranta minuti di ripresa a venticinque gradi valgono più di due ore passate a inseguire lo stesso oggetto mentre scivola verso il paese illuminato in fondo alla valle.

Il fondo sale mentre il bersaglio scende

C’è una seconda metà del problema, e agisce nella direzione opposta. La luce artificiale di una città non se ne va verso l’alto in linea retta: viene diffusa dall’atmosfera e ricade sull’osservatore da tutte le direzioni, con un massimo proprio dove lo strato d’aria è più spesso. Quella cupola arancione che vedete a occhio nudo sopra il capoluogo sta bassa. Il vostro bersaglio, se sta a quindici gradi, ci è dentro.

Con un grandangolo da telefono la faccenda diventa visibile dentro il singolo fotogramma. Un campo da settanta gradi puntato verso sud contiene, nello stesso scatto, cielo a cinquanta gradi di altezza e cielo a cinque: massa d’aria uno e mezzo in alto, dieci in basso. Il gradiente che trovate dopo lo stretching non lo ha inventato il software di stacking, e nessuna sottrazione di fondo lo toglie del tutto, perché il fondo non è uniforme né costante durante la ripresa. Vale la pena leggere il gradiente prima di combatterlo: se scende dal basso verso l’alto e si arresta lì dove finisce il profilo delle montagne, sapete già chi è.

Il cielo che dall’Italia non sale mai

L’altezza massima che un oggetto raggiunge, quando passa in meridiano, si calcola in un secondo: novanta gradi meno la differenza fra la vostra latitudine e la declinazione del bersaglio. Il centro galattico sta a declinazione meno ventinove gradi. Da Roma culmina a diciannove gradi sull’orizzonte, da Milano a quindici e mezzo: tre o quattro masse d’aria nel momento migliore della notte migliore dell’anno, e non c’è attrezzatura che compensi. Le immagini del nucleo della Via Lattea piene di polveri scure e di sfumature rosse arrivano quasi sempre dal Cile, dalla Namibia o dall’Australia, dove lo stesso oggetto passa a ottanta e passa gradi.

Il calcolo cambia il modo di scegliere i bersagli. Sopra la vostra latitudine, sottratta a novanta, non esiste niente che culmini più in alto dello zenit, e sotto una certa declinazione non esiste niente che valga la pena inseguire. Il resto è una questione di orari: ogni oggetto passa in meridiano una volta al giorno, e la finestra utile sono le due ore prima e le due ore dopo, durante le quali la massa d’aria resta vicina al minimo. Sapere dove puntare è già metà del mestiere, sapere quando è l’altra metà.

Quello che la rifrazione fa, e quello che non vi fa

Oltre a togliere luce, l’aria piega il percorso dei raggi e alza tutto di qualche primo d’arco. All’orizzonte l’effetto vale in media 34 primi, tanto che l’US Naval Observatory definisce il sorgere del Sole quando il centro del disco sta ancora cinquanta primi sotto l’orizzonte geometrico (34 di rifrazione più 16 di semidiametro). Tradotto: il Sole che vedete spuntare è già sorto da un pezzo, e per un paio di minuti state fotografando un miraggio. La Luna appena alzata è schiacciata per lo stesso motivo, perché il bordo inferiore viene sollevato più di quello superiore.

Ci sono invece due effetti dell’aria bassa che sul telefono potete ignorare. La rifrazione dipende dal colore e separa il blu dal rosso, ma la letteratura strumentale quantifica quella dispersione in poco più di un secondo d’arco a quarantacinque gradi dallo zenit: un pixel del grandangolo principale ne copre una settantina, quindi non la vedrete mai. Il seeing peggiora anche lui con la massa d’aria, all’incirca come la sua potenza 0,6, e resta una riga che vi riguarda poco finché il telefono guarda il cielo per conto suo. Entrambi tornano a contare nel momento in cui appoggiate la lente all’oculare di un telescopio.

Come si scatta lo stesso

Il piano di una serata comincia dagli orari di transito, non dalle impostazioni. Si scelgono due o tre bersagli che culminano in ore diverse, si riprende ciascuno nella sua finestra e si accetta che il quarto oggetto della lista, quello che passa in meridiano alle quattro del pomeriggio, questo mese non è cosa. Se il bersaglio non sale comunque sopra i venti gradi, la scelta del posto smette di dipendere dal numero di Bortle e comincia a dipendere dall’azimut: un cielo mediocre con l’orizzonte sud sgombro e nessun paese in quella direzione batte un cielo eccellente con una cittadina piazzata esattamente dove guardate.

Un’ultima accortezza riguarda lo stack. I fotogrammi ripresi a venti gradi di altezza e quelli ripresi a quaranta hanno luminosità di fondo e gradienti diversi, e mescolarli nella stessa somma significa mediare due cieli. Se la serata è lunga, spezzatela in blocchi e trattateli separatamente: il blocco sceso più in basso spesso si butta, e buttarlo migliora il risultato di tutti gli altri.

Il numero che vi serve non compare in nessun menu della fotocamera. Sta nell’app di planetario, alla voce altezza, e cambia da solo mentre voi guardate lo schermo.