Астрономический фильтр — это аксессуар для телескопа, состоящий из оптического фильтра, используемого любителями астрономии для простого улучшения деталей и контраста небесных объектов , как для просмотра, так и для фотографирования. Астрономы-исследователи , с другой стороны, используют различные полосовые фильтры для фотометрии на телескопах, чтобы получить измерения, которые раскрывают астрофизические свойства объектов , такие как звездная классификация и размещение небесного тела на его кривой Вина .
Большинство астрономических фильтров работают, блокируя определенную часть цветового спектра выше и ниже полосы пропускания , значительно увеличивая отношение сигнал/шум интересных длин волн, и таким образом заставляя объект приобретать детали и контраст. В то время как цветные фильтры пропускают определенные цвета из спектра и обычно используются для наблюдения за планетами и Луной , поляризационные фильтры работают, регулируя яркость, и обычно используются для Луны. Широкополосные и узкополосные фильтры пропускают длины волн, которые испускаются туманностями ( атомами водорода и кислорода ), и часто используются для уменьшения эффектов светового загрязнения . [1]
Фильтры использовались в астрономии по крайней мере со времени солнечного затмения 12 мая 1706 года . [2]
Солнечные фильтры блокируют большую часть солнечного света , чтобы избежать повреждения глаз. Правильные фильтры обычно изготавливаются из прочного стекла или полимерной пленки, которая пропускает только 0,00001% света. В целях безопасности солнечные фильтры должны быть надежно закреплены на объективе рефракторного телескопа или апертуре рефлекторного телескопа, чтобы тело не нагревалось значительно.
Небольшие солнечные фильтры, ввинчиваемые за окулярами, не блокируют излучение, проникающее в корпус телескопа, что приводит к сильному нагреванию телескопа , и нередки случаи их разрушения от теплового удара . Поэтому большинство экспертов не рекомендуют такие солнечные фильтры для окуляров, а некоторые продавцы отказываются продавать их или вынимать из упаковки телескопов. По данным NASA : «Солнечные фильтры, предназначенные для ввинчивания в окуляры, которые часто поставляются с недорогими телескопами, также небезопасны. Эти стеклянные фильтры могут неожиданно треснуть от перегрева, когда телескоп направлен на Солнце, а повреждение сетчатки может произойти быстрее, чем наблюдатель успеет отвести глаз от окуляра». [3]
Солнечные фильтры используются для безопасного наблюдения и фотографирования Солнца , которое, несмотря на то, что оно белое, может выглядеть как желто-оранжевый диск. Телескоп с прикрепленными этими фильтрами может непосредственно и правильно просматривать детали солнечных особенностей, особенно солнечные пятна и грануляцию на поверхности , [4], а также солнечные затмения и транзиты нижних планет Меркурия и Венеры по солнечному диску.
Herschel Wedge — это призменное устройство в сочетании с фильтром нейтральной плотности , которое направляет большую часть тепла и ультрафиолетовых лучей из телескопа, что обычно дает лучшие результаты, чем большинство типов фильтров. Фильтр H-альфа пропускает спектральную линию H-альфа для просмотра солнечных вспышек и протуберанцев [1], невидимых через обычные фильтры. Эти фильтры H-альфа намного уже, чем те, которые используются для ночных наблюдений H-альфа (см. Фильтры для туманностей ниже), пропуская всего 0,05 нм (0,5 ангстрема ) для одной распространенной модели [5] по сравнению с 3 нм-12 нм или более для ночных фильтров. Из-за узкой полосы пропускания и температурных сдвигов такие телескопы часто настраиваются в пределах около ±0,05 нм.
NASA включило следующие фильтры в Solar Dynamics Observatory , из которых только один виден человеческому глазу (450,0 нм): [6] 450,0 нм, 170,0 нм, 160,0 нм, 33,5 нм, 30,4 нм, 19,3 нм, 21,1 нм, 17,1 нм, 13,1 нм и 9,4 нм. Они были выбраны для температуры, а не для конкретных линий излучения, как и многие узкополосные фильтры, такие как линия H-альфа, упомянутая выше.
Цветные фильтры работают по принципу поглощения/пропускания и могут определять, какую часть спектра они отражают и пропускают. Фильтры могут использоваться для увеличения контрастности и улучшения деталей Луны и планет. Все цвета видимого спектра имеют фильтр, и каждый цветовой фильтр используется для привнесения определенной лунной и планетарной особенности; например, желтый фильтр № 8 используется для отображения морей Марса и поясов Юпитера . [7] Система Враттена — это стандартная числовая система, используемая для обозначения типов цветных фильтров. Впервые она была изготовлена компанией Kodak в 1909 году. [1]
Профессиональные фильтры также окрашены, но их центры полосы пропускания расположены вокруг других средних точек (например, в системах UBVRI и Cousins ).
Некоторые из распространенных цветных фильтров и их применение: [8]
Фильтры нейтральной плотности , также известные в астрономии как лунные фильтры, являются еще одним подходом для усиления контраста и уменьшения бликов . Они работают просто, блокируя часть света объекта для усиления контраста. Фильтры нейтральной плотности в основном используются в традиционной фотографии, но используются в астрономии для улучшения лунных и планетарных наблюдений.
Поляризационные фильтры регулируют яркость изображений до лучшего уровня для наблюдения, но гораздо меньше, чем солнечные фильтры. С этими типами фильтров диапазон пропускания варьируется от 3% до 40%. Обычно они используются для наблюдения за Луной, [1] но могут также использоваться для планетарных наблюдений. Они состоят из двух поляризующих слоев во вращающейся алюминиевой ячейке, [9] которая изменяет величину пропускания фильтра путем их вращения. Это уменьшение яркости и улучшение контрастности может выявить особенности и детали лунной поверхности, особенно когда она почти полная. Поляризационные фильтры не следует использовать вместо солнечных фильтров, разработанных специально для наблюдения за Солнцем.
Узкополосные фильтры — это астрономические фильтры, которые пропускают только узкую полосу спектральных линий из спектра (обычно с шириной полосы 22 нм или меньше). Они в основном используются для наблюдения за туманностями . Эмиссионные туманности в основном излучают дважды ионизированный кислород в видимом спектре , который излучает около 500 нм длины волны. Эти туманности также слабо излучают на 486 нм, линии водорода-бета .
Существует два основных типа узкополосных фильтров: сверхвысококонтрастные (UHC) и фильтры специфических линий излучения.
Фильтры определенных линий излучения (или линий) используются для выделения линий определенных элементов или молекул, чтобы увидеть их распределение в туманностях. Объединяя изображения с разных фильтров, их также можно использовать для получения ложных цветных изображений. Обычные фильтры часто используются с космическим телескопом Хаббл , образуя так называемую палитру HST, с цветами, назначенными следующим образом: Красный = S-II; Зеленый = H-альфа; Синий = O-III. Эти фильтры обычно указываются со второй цифрой в нм , которая относится к тому, насколько широкая полоса пропускания, что может привести к исключению или включению других линий. Например, H-альфа на 656 нм может улавливать N-II (на 658–654 нм), некоторые фильтры будут блокировать большую часть N-II, если они имеют ширину 3 нм. [10]
Обычно используемые линии/фильтры:
Менее распространённые линии/фильтры:
Эти фильтры, обычно называемые фильтрами UHC , состоят из элементов, которые пропускают несколько сильных общих линий излучения, что также имеет эффект аналогичных фильтров снижения светового загрязнения (см. ниже), блокируя большинство источников света.
Фильтры UHC работают в диапазоне от 484 до 506 нм. [7] Он пропускает как спектральные линии O-III, так и H-beta, блокирует большую часть светового загрязнения и позволяет рассмотреть детали планетарных туманностей и большинство эмиссионных туманностей под темным небом. [14]
Широкополосные фильтры, или фильтры снижения светового загрязнения (LPR), предназначены для блокировки света паров натрия и ртути , а также для блокировки естественного свечения неба, такого как полярное сияние. [15] Это позволяет наблюдать туманности из города и с загрязненного светом неба. [1] Широкополосные фильтры отличаются от узкополосных диапазоном пропускания длин волн. Светодиодное освещение более широкополосное, поэтому оно не блокируется, хотя белые светодиоды имеют значительно более низкий выход около 480 нм, что близко к длине волны O III и H-beta. Широкополосные фильтры имеют более широкий диапазон, поскольку узкий диапазон пропускания приводит к более слабому изображению небесных объектов, и поскольку работа этих фильтров заключается в выявлении деталей туманностей с загрязненного светом неба, они имеют более широкую передачу для большей яркости. [7] Эти фильтры специально разработаны для наблюдения за галактиками и фотографии и бесполезны с другими объектами глубокого космоса , такими как эмиссионные туманности. Тем не менее, они все еще могут улучшить контраст между DSO и фоновым небом, что может прояснить изображение.