Chụp Dải Ngân Hà trên Manhattan bằng camera hồng ngoại: phân tích kỹ thuật và hướng dẫn

Chụp Dải Ngân Hà trên Manhattan: khi thiên văn học gặp nhiếp ảnh đường phố

Một nhà nhiếp ảnh đã tạo ra đoạn timelapse ấn tượng ghi lại Dải Ngân Hà phía trên bầu trời New York, bằng cách sử dụng hệ thống camera có độ nhạy hồng ngoại cao. Hành động này khiến nhiều người bất ngờ — vì Manhattan vốn bị ô nhiễm ánh sáng nặng, nơi ánh đèn đường, biển hiệu và cửa sổ sáng đêm thường xuyên rửa trôi những ngôi sao mờ trên nền trời.

Tại sao vẫn thấy được Dải Ngân Hà ở một thành phố sáng rực?

Vấn đề cốt lõi ở đây là phổ ánh sáng: con người nhìn được ánh sáng nhìn thấy nằm trong vùng 400–700 nm. Kurth, nhà nhiếp ảnh trong dự án này, đã chuyển sang ghi hình ở bước sóng gần hồng ngoại (near‑infrared) — khoảng 850 nm — bằng cách dùng camera làm việc ở phổ ngoài dải nhìn thấy. Ở bước sóng này, nhiều nguồn sáng nhân tạo (đèn sodium, LED phổ hẹp…) bị giảm tương đối, trong khi ánh sáng từ các ngôi sao vẫn có thể được thu nhận nếu thiết bị đủ nhạy.

Ý tưởng chính

Với một cảm biến đơn sắc (monochrome) có độ nhạy hồng ngoại cao, kèm theo bộ lọc 850 nm gắn trước cảm biến, các nguồn phát sáng nhân tạo trong dải nhìn thấy bị loại bớt. Kết quả: tỉ lệ tín hiệu của nguồn thiên văn (starlight) so với nhiễu nền (skyglow từ thành phố) được cải thiện, cho phép ghi lại cấu trúc Dải Ngân Hà — dù không giống như ảnh màu rộng rãi ta thấy ở vùng bầu trời tối.

Thiết bị chính: cảm biến Sony IMX585 và ống kính Kowa VIS‑SWIR

Kurth giải thích ông dùng một camera thiên văn đơn sắc dựa trên cảm biến Sony IMX585 kích thước 1/1.2 inch. Cảm biến này có đặc tính nhạy tốt ở vùng NIR hơn nhiều body tiêu chuẩn. Tuy kích thước nhỏ hơn full‑frame, nhưng khi chọn đúng ống kính và thiết lập phơi sáng, nó có thể thu nhiều photon sao hữu ích cho timelapse và ảnh sâu.

Vì sao chọn cảm biến đơn sắc?

Cảm biến đơn sắc (monochrome) không có bộ lọc màu Bayer, nên mỗi pixel trực tiếp ghi photon, dẫn đến độ nhạy cao hơn và khả năng ghi chi tiết tốt hơn khi ánh sáng yếu. Khi bạn chuyển sang phổ hồng ngoại bằng bộ lọc 850 nm, cảm biến đơn sắc sẽ tận dụng tối đa tín hiệu tới mà không bị mất vào việc tách màu.

Ống kính Kowa VIS‑SWIR

Ống kính Kowa 8mm VIS‑SWIR được thiết kế cho dải từ vùng nhìn thấy tới SWIR (short‑wave infrared), truyền được tới khoảng 2.000 nm. Hầu hết ống kính tiêu chuẩn cho nhiếp ảnh thiên văn không truyền tốt ở hồng ngoại, gây hiện tượng tập trung khác (focus shift) và mờ ở rìa. Ống Kowa, tuy chi phí cao (gần 5.000 USD), giữ được độ nét và truyền ánh sáng xuyên suốt phổ mở rộng, là điểm then chốt trong việc hiện thực hóa ý tưởng này.

Kỹ thuật lắp đặt và vận hành: di động, nhỏ gọn và kín kẽ

Vì Top of the Rock ở Rockefeller Center hạn chế sử dụng chân máy to và bộ chân máy chuyên nghiệp, Kurth đã tối giản thiết bị: camera gắn trên «cheese plates» (tấm nhôm có lỗ ren), một bộ nhỏ dạng cinema rod, pin V‑mount để cấp nguồn cho bộ mini PC thiên văn không dây (điều khiển qua điện thoại). Toàn bộ setup được đặt lên một chân máy tabletop nhỏ gọn để tuân thủ nội quy địa điểm.

Điều khiển và nguồn năng lượng

Bởi vì thiết bị hoạt động liên tục trong suốt đêm để chụp chuỗi ảnh timelapse, nguồn pin ổn định (V‑mount) và bộ xử lý mini (mini PC chạy phần mềm điều khiển camera) rất cần thiết. Kurth điều khiển camera qua smartphone, truyền lệnh và theo dõi từng khung hình qua ứng dụng, giúp tối ưu phơi sáng và theo dõi dữ liệu mà không cần can thiệp thủ công nhiều lần.

Chuẩn bị bầu trời và thời điểm chụp

Trong mùa lạnh hoặc giai đoạn cuối năm khi Dải Ngân Hà lặn dần ở vĩ độ New York, cửa sổ thời gian để có đường thẳng Dải Ngân Hà ở vị trí mong muốn là rất nhỏ. Kurth đã thử nghiệm nhiều lần, chờ điều kiện thời tiết, pha trăng phù hợp (moon phase) và độ trong suốt khí quyển (atmospheric transparency) để có ngày tốt nhất. Đồng thời, vị trí đứng ở Top of the Rock cho góc nhìn lý tưởng về Empire State Building, tạo bố cục biểu tượng.

Lên kế hoạch theo dõi Mặt Trăng và weather

Hai yếu tố chính trước khi lên lịch là: 1) thời điểm mặt trăng lặn hoặc ở pha mỏng để không làm sáng nền; 2) độ che mây thấp, đặc biệt lớp aerosol và độ ẩm thấp sẽ giảm thiểu tán xạ ánh sáng nhân tạo. Ứng dụng như Stellarium, PhotoPills hay The Photographer’s Ephemeris giúp xác định chính xác thời điểm Dải Ngân Hà sẽ có đường chéo mong muốn so với một công trình trên mặt đất.

Quy trình chụp timelapse: thông số và xử lý hậu kỳ

Timelapse thiên văn, kể cả khi sử dụng NIR, vẫn cần tính toán về: ISO/equivalent, thời gian phơi (exposure), khoảng cách giữa các khung (interval), và số khung ảnh cần cho đoạn phim cuối cùng. Thường thì nhà nhiếp ảnh thiên văn sẽ chọn phơi ở mức dài vừa đủ để đạt tín hiệu sao mà không gây quá sáng nền hoặc vệt sao bị mờ do chuyển động quay Trái Đất.

Thông số mẫu (tùy biến theo thiết bị)

• Mode: Monochrome NIR
• Filter: 850 nm bandpass over sensor
• Exposure: từ vài giây đến vài chục giây (tùy khẩu độ và cảm biến)
• ISO/equivalent: ở mức cao nhưng trong ngưỡng kiểm soát nhiễu của cảm biến
• Interval: exposure + vài giây buffer
• Số khung: vài trăm đến vài ngàn khung cho timelapse mượt

Xử lý hậu kỳ

Sau khi thu thập chuỗi ảnh, bước hậu kỳ bao gồm: chỉnh cân bằng tông (tone mapping) cho ảnh NIR đơn sắc, cân bằng tương phản để làm nổi chi tiết Dải Ngân Hà, loại bỏ noise bằng kỹ thuật stacking hoặc denoising frame‑by‑frame, và ghép các khung thành đoạn timelapse (video). Đối với timelapse, xử lý khung tách biệt (no grading unity) và sau đó áp grammar màu/độ sáng tổng thể là quy trình phổ biến. Vì đây là ảnh NIR đơn sắc, việc diễn giải màu sắc là sự lựa chọn nghệ thuật: có thể chuyển về đen‑trắng tương phản cao để nhấn mạnh sao và cấu trúc bụi.

Những lưu ý pháp lý và đạo đức khi chụp ở địa điểm công cộng

Top of the Rock có quy định hạn chế chân máy lớn và thiết bị chuyên dụng; việc tôn trọng nội quy, nhân viên an ninh và quyền riêng tư của khách tham quan là điều bắt buộc. Với những địa điểm biểu tượng như Rockefeller Center hay Empire State Building, xin phép quay phim/ảnh thương mại thường cần thủ tục trước. Kurth làm việc trong phạm vi cho phép bằng thiết bị nhỏ gọn, không gây cản trở.

Ý nghĩa và bối cảnh: ảnh NIR cho nhiếp ảnh đô thị – thiên văn

Khoảnh khắc Dải Ngân Hà “xuất hiện” trên nền một thành phố sáng rực không chỉ là một pha thị giác mạnh mẽ mà còn là minh chứng cho cách công nghệ cho phép chúng ta nhìn thế giới qua phổ mà mắt không thấy. Ảnh NIR không đơn thuần là công cụ kỹ thuật; nó mở rộng ngôn ngữ sáng tạo, kết hợp yếu tố thiên văn và kiến trúc đô thị, tạo ra tác phẩm có chiều sâu khoa học lẫn mỹ thuật.

So sánh phương pháp: NIR vs lọc ánh sáng băng hẹp (narrowband)

Nếu mục tiêu là chụp các tinh vân phát sáng trong một số bước sóng cụ thể, nhiếp ảnh narrowband (H‑alpha, OIII) rất hiệu quả, nhưng lại yêu cầu kính thiên văn và theo dõi chính xác. Phương pháp NIR như Kurth áp dụng khác biệt ở chỗ: nó không cần theo dõi chính xác bằng motor (vì đây là timelapse ngắn phơi), phù hợp để ghi những biểu hiện tổng quát của bầu trời sao ngay trong môi trường ô nhiễm ánh sáng đô thị.

FAQ — Những câu hỏi thường gặp

1. Tại sao không dùng máy full‑frame chuyển đổi hồng ngoại?

Máy full‑frame khi chuyển đổi hồng ngoại có thể nhạy với NIR, nhưng thường hiệu năng ở 850 nm (gần SWIR) kém hơn so với các cảm biến chuyên dụng như IMX585. Cảm biến nhỏ hơn nhưng thiết kế tối ưu cho NIR có thể cho hiệu suất tốt hơn trong việc thu photon ở bước sóng này. Ngoài ra, ống kính chuyên cho VIS‑SWIR cũng đóng vai trò quan trọng.

2. Có thể dùng filter NIR 850 nm gắn phía trước ống kính thay vì trên cảm biến không?

Có thể, nhưng khi gắn filter phía trước ống kính, nhiễu phát sinh do phản xạ giữa filter và ống kính có thể xuất hiện, và một số ống kính không truyền tốt NIR dẫn tới mất nét hoặc viền tím. Gắn filter trực tiếp lên cảm biến giúp kiểm soát tốt hơn, đặc biệt với cảm biến đơn sắc.

3. Liệu ánh sáng LED hiện đại có còn gây nhiễu mạnh ở NIR?

Một số LED phát rộng phổ và vẫn có thành phần năng lượng tại NIR, nhưng nhiều loại LED phổ hẹp (như LED trắng pha trộn) ít mạnh ở 850 nm so với ánh sáng nhìn thấy. Tuy nhiên, tình huống thực tế rất khác nhau tùy nguồn sáng cụ thể và khoảng cách tới nguồn.

4. Có thể đạt hiệu quả tương tự bằng stacking ảnh với ống kính tiêu chuẩn không?

Stacking có thể cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu, nhưng nếu nền bầu trời quá sáng ở dải nhìn thấy, thông tin của Dải Ngân Hà vẫn bị che phủ. Chuyển sang NIR giải quyết phần nào vấn đề này bằng cách giảm thành phần ánh sáng nhân tạo. Nếu dùng ống kính tiêu chuẩn, kết quả có thể kém hơn do truyền NIR yếu.

Kết luận và gợi ý cho bạn muốn thử

Dự án của Jason Kurth là ví dụ thuyết phục về việc sáng tạo trong nhiếp ảnh thiên văn đô thị: kết hợp thiết bị chuyên dụng (cảm biến NIR, ống kính VIS‑SWIR), tinh chỉnh kỹ thuật (phơi sáng, timelapse, điều khiển từ xa) và lên kế hoạch cẩn thận về thời tiết và pha trăng để có được khoảnh khắc hiếm hoi. Nếu bạn muốn thử nghiệm, hãy bắt đầu bằng việc tìm hiểu cảm biến hồng ngoại, cân nhắc ống kính có khả năng truyền NIR, và thực hành trên những địa điểm ít sáng trước khi tiến ra trung tâm đô thị.

Muốn mua hoặc thử thiết bị tương tự?

Nếu bạn quan tâm tới các body máy, ống kính chuyên dụng, hoặc phụ kiện V‑mount/cheese plate để lắp đặt một hệ thống nhỏ gọn như trên, tham khảo các lựa chọn tại dancamera.vn — nơi cung cấp thiết bị nhiếp ảnh, pin V‑mount, plate và phụ kiện máy quay chuyên nghiệp. Đội ngũ tư vấn của dancamera.vn có thể giúp bạn lựa chọn cảm biến/ống kính phù hợp với mục tiêu chụp thiên văn đô thị.

Tham khảo và nguồn ảnh

Video và ảnh trong bài do Jason Kurth (@frozen.spectrum) thực hiện; anh đã công bố timelapse được quay từ Top of the Rock với bố cục Empire State Building bên dưới Dải Ngân Hà. Để xem thêm dự án của anh, truy cập Instagram hoặc website cá nhân của Kurth.

Credits: Hình ảnh và video: Jason Kurth. Bài viết tham khảo phỏng vấn và mô tả kỹ thuật công bố công khai bởi tác giả.

Affiliate disclosure: Một số liên kết tham khảo có thể là liên kết liên kết; chúng tôi có thể nhận hoa hồng nếu bạn mua hàng qua liên kết đó.