Астрономический фильтр — это аксессуар телескопа , состоящий из оптического фильтра, используемый астрономами-любителями для простого улучшения деталей и контрастности небесных объектов либо для просмотра, либо для фотографии. Астрономы-исследователи , с другой стороны, используют различные полосовые фильтры для фотометрии на телескопах, чтобы получить измерения, которые раскрывают астрофизические свойства объектов , такие как классификация звезд и размещение небесного тела на его кривой Вина .
Большинство астрономических фильтров работают, блокируя определенную часть цветового спектра выше и ниже полосы пропускания , значительно увеличивая соотношение сигнал/шум интересующих длин волн и, таким образом, улучшая детализацию и контрастность объекта. В то время как цветные фильтры передают определенные цвета спектра и обычно используются для наблюдения за планетами и Луной , поляризационные фильтры регулируют яркость и обычно используются для наблюдения за Луной. Широкополосные и узкополосные фильтры передают длины волн, излучаемые туманностями ( атомами водорода и кислорода ), и часто используются для уменьшения воздействия светового загрязнения . [1]
Фильтры стали использовать в астрономии как минимум 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, пропускающей лишь 0,00001% света. В целях безопасности солнечные фильтры должны быть надежно закреплены над объективом телескопа -рефрактора или апертурой телескопа - рефлектора , чтобы тело существенно не нагревалось.
Небольшие солнечные фильтры, закрепленные за окулярами , не блокируют излучение, попадающее в корпус телескопа, вызывая сильный нагрев телескопа , и нередко они разрушаются 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 НАСА : «Солнечные фильтры, предназначенные для ввинчивания в окуляры, которыми часто оснащены недорогие телескопы , также небезопасны. Эти стеклянные фильтры могут неожиданно треснуть от перегрева, когда телескоп направлен на Солнце, и повреждение сетчатки может произойти быстрее, чем сможет наблюдатель. отведите 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 этими прикрепленными фильтрами может напрямую и правильно просматривать детали солнечных особенностей, особенно солнечные пятна и грануляции на поверхности , [4] , а также солнечные затмения и прохождения нижних планет Меркурия и Венеры по солнечному диску.
Herschel Wedge — это устройство на основе призмы в сочетании с фильтром нейтральной плотности , который отводит большую часть тепла и ультрафиолетовых лучей из телескопа, что обычно дает лучшие результаты, чем большинство типов фильтров. Фильтр H-альфа передает спектральную линию H-альфа для наблюдения 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. Небулярные фильтры ниже), пропуская всего 0,05 нм (0,5 ангстрем ) для одной распространенной модели [5] по сравнению с 3-12 нм или более для ночные фильтры. Из-за узкой полосы пропускания и температурных сдвигов такие телескопы часто можно настраивать в пределах ±0,05 нм.
НАСА включило в Обсерваторию солнечной динамики следующие фильтры , из которых только один виден человеческим глазам (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 по температуре, а не по конкретным эмиссионным линиям, как и многие узкополосные фильтры, такие как упомянутая выше линия H-альфа.
Цветные фильтры работают за счет поглощения/пропускания и могут определить, какую часть спектра они отражают, а какую пропускают. Фильтры можно использовать для увеличения контраста и улучшения деталей Луны и планет. Каждый из цветов видимого спектра имеет фильтр, и каждый цветовой фильтр используется для передачи определенных лунных и планетарных особенностей; например, желтый фильтр №8 используется для отображения морей Марса и поясов Юпитера . [7] Система Wratten — это стандартная система счисления, используемая для обозначения типов цветных фильтров. Впервые он был произведен 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 использование: [8]
Фильтры нейтральной плотности , также известные в астрономии как лунные фильтры, представляют собой еще один подход к повышению контрастности и уменьшению бликов . Они работают, просто блокируя часть света объекта для усиления контраста. Фильтры нейтральной плотности в основном используются в традиционной фотографии, но используются и в астрономии для улучшения наблюдений Луны и планет.
Поляризационные фильтры корректируют яркость изображений до лучшего уровня для наблюдения, но в гораздо меньшей степени, чем солнечные фильтры. У этих типов фильтров диапазон пропускания варьируется от 3% до 40%. Обычно их используют для наблюдения за Луной [1] , но их также можно использовать для наблюдения за планетами. Они состоят из двух поляризующих слоев во вращающейся алюминиевой ячейке [9] , которая изменяет степень пропускания фильтра при их вращении. Это уменьшение яркости и улучшение контрастности могут раскрыть 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 спектра (обычно полоса пропускания 22 нм или меньше). В основном их используют для наблюдения туманностей . Эмиссионные туманности в основном излучают дважды ионизированный кислород в видимом спектре , который излучает длину волны около 500 нм. Эти туманности также слабо излучают линию водорода-бета на длине волны 486 нм .
Существует два основных типа узкополосных фильтров: фильтры сверхвысокой контрастности (UHC) и фильтры определенных линий излучения.
Фильтры определенных линий (или линий) излучения используются для выделения линий определенных элементов или молекул, чтобы увидеть их распределение внутри туманностей. Комбинируя изображения из разных фильтров, их также можно использовать для создания изображений в искусственных цветах . Общие фильтры часто используются с космическим телескопом Хаббл , образуя так называемую HST-палитру, с назначенными таковыми цветами: Красный = S-II; Зеленый = H-альфа; Синий = O-III. Эти фильтры обычно обозначаются второй цифрой в нм , которая указывает, насколько широка полоса пропускания, что может привести к исключению или включению других линий. Например, H-альфа при 656 нм может улавливать N-II (при 658–654 нм), некоторые фильтры блокируют большую часть N-II, если они имеют ширину 3 нм. [10]
Обычно используемые линии/фильтры:
Менее распространенные линии/фильтры:
Эти фильтры, широко известные как фильтры UHC , состоят из элементов, которые пропускают несколько сильных общих линий излучения, что также имеет эффект аналогичных фильтров снижения светового загрязнения (см. Ниже) по блокированию большинства источников света.
Фильтры UHC имеют диапазон от 484 до 506 нм. [7] Он пропускает спектральные линии O-III и H-beta, блокирует большую часть светового загрязнения и переносит детали планетарной туманности и большинства эмиссионных туманностей на темное небо. [14]
Широкополосные фильтры, или фильтры снижения светового загрязнения (LPR), предназначены для блокирования света паров натрия и ртути , а также для блокировки естественного свечения неба, такого как свет полярного сияния. [15] Это позволяет наблюдать туманности из города и засветленного неба. [1] Широкополосные фильтры отличаются от узкополосных диапазоном пропускания длин волн. Светодиодное освещение является более широкополосным, поэтому оно не блокируется, хотя белые светодиоды имеют значительно меньшую мощность около 480 нм, что близко к длинам волн O III и H-бета. Широкополосные фильтры имеют более широкий диапазон, поскольку узкий диапазон пропускания приводит к более тусклому изображению небесных объектов, а поскольку работа этих фильтров раскрывает детали туманностей на засветленном небе, они имеют более широкое пропускание для большей яркости. [7] Эти фильтры специально разработаны для наблюдения и фотографирования галактик и бесполезны для других объектов глубокого космоса, таких как эмиссионные туманности. Однако они все же могут улучшить контраст между DSO и фоновым небом, что может сделать изображение более четким.