какие фильтры нужны для телескопа
Фильтры для телескопа: характеристики и особенности выбора
В наши дни звездное небо перестает быть тайной за семью печатями – телескопы стали доступны не только профессиональным исследователям, но и тем, кто просто интересуется тайнами космоса и ценит его фантастическую красоту.
— by Lincoln Harrison
Для современных любительских телескопов выпускается множество дополнительных устройств и аксессуаров, которые повышают удобство и позволяют настроить конструкцию под собственные интересы и нужды. Один из популярных инструментов для наблюдения за небом ‒ фильтр. Что он собой представляет?
Светофильтр ‒ это круглая насадка, которая, как правило, накручивается на окуляр телескопа (его нижнюю часть) и предназначается для получения изображения с большей четкостью и качеством. Фильтры используют для того, чтобы усилить на изучаемых объектах те части, которые интересуют исследователя (пояса планет, линии в туманностях и так далее). Основной принцип в работе фильтра – отсечение световых волн определенной длины (и цветов), чтобы оставшиеся были выделены лучше.
Величина фильтра должна соответствовать окуляру, с которым предполагается работать. Эти аксессуары позволяют решить множество специфических проблем, мешающих наблюдателю: засветка звездного неба в городе (уличными фонарями и иллюминацией), сливание близких по оттенку областей на поверхностях планет (фильтр повышает контрастность, разделяя цвета), размытие границ между участками на планетах, возмущения, присущие атмосфере Земли и так далее. Без фильтра многие интересные объекты «засветятся» и окажутся недоступными для рассмотрения.
Существует два основных типа фильтров:
Разновидности планетарных светофильтров
Фильтры, с помощью которых облегчается изучение Солнца, а также Луны и других спутников, звезд и планет, достаточно сильно отличаются между собой.
Для наблюдения за поверхностью ближайшей к нам звезды, за пятнами на ней, факелами, грануляцией – предназначены солнечные фильтры. Они ослабляют слепящий свет Солнца в несколько тысяч раз, т.е. играют роль защитного устройства и иногда называются черными. Конструкция из стекла или синтетических пленок покрывается тонким металлическим слоем и отсекает более 99% солнечного света. При этом в качественных фильтрах яркость равномерна, точность поддерживается на высоком уровне, а световой баланс ‒ верный.
Лунные (серые) светофильтры улучшают качество и четкость изображения. Вкручиваются в окуляр, с их помощью блокируют яркий лунный свет (от 18 до 80%), позволяют разглядеть множество мельчайших деталей на поверхности земного спутника, особенно те, где слабая контрастность.
Кроме стандартных нейтрально-серых разновидностей можно использовать поляризационные ‒ составные фильтры из полароидных стекол, позволяющие изменять уровень светопропускания и уменьшающие яркость Луны в разных ее фазах.
Цветные фильтры, как правило, продаются в наборах (вместе с солнечными и лунными). Они предназначены для изучения планет и решения конкретных задач. Самые качественные модели позволяют, например, хорошо рассмотреть отдельные мелкие особенности планетарных дисков или хвосты комет, усиливают контрастность, которая делает возможным изучение рельефа планет. Пропуская лучи света только определенной волны, они служат различным целям:
Фильтры легко комбинировать друг с другом ‒ стандартно в наборах можно встретить красный, оранжевый, желтый, зеленый и синий фильтры.
Фильтры, полезные для наблюдения слабосветящихся объектов (Deep Sky Filtr)
Чтобы рассмотреть слаборазличимые, находящиеся очень далеко от нас галактики, скопления звездных тел и туманности, нужны специальные фильтры. Например, противозасветный, широкополосный, блокирующий фонарный свет (натриевый, ртутный). Пропуская свойственное туманностям излучение (диапазон 430-550 нм) такие модели делают видимыми даже те объекты, которые незаметны на небе.
Более популярными считают узкополосные фильтры (480-520 нм) ‒ например, как OrionUltraBlock. Эти фильтры используются, в основном, для планетарных, различных эмиссионных туманностей, существенно улучшая контрастность, а галактики через них просматриваются не очень хорошо. Такие фильтры подавляют освещение от флуоресцентных ламп и часто маркируются UHC.
Последний вид дипскайных фильтров ‒ линейные (монохроматические), помеченные OIII (ионизированный дважды кислород, подходят для изучения планетарных туманностей) и Hβ (выделяют свечение в зелено-голубом спектре, например, в Конской Голове ‒ слабой туманности эмиссионного типа).
Отдельно можно выделить специализированные кометные фильтры, которые отделяют специфический свет соединений (например, следов цианида).
— Комета Исон. Глобальная аномалия
Эти аксессуары, несмотря на кажущуюся необязательность, существенно расширяют возможности телескопа. Наблюдая звездное небо через фильтр, можно увидеть много интересного и рассмотреть те подробности, которые ранее можно было увидеть только в иллюстрированных атласах или учебниках астрономии.
Возможность самостоятельного подбора фильтров и изучения с их помощью специфических нюансов существенно расширяет кругозор и делает даже начинающих любителей гораздо ближе к профессиональному изучению тайн космоса и мироздания.
Фильтры для наблюдения туманностей
Лампы накаливания — пока ещё самые распространенные лампы, используемые для внутреннего освещения, — имеют непрерывный спектр излучения. А вот лампы, используемые для уличного освещения, в основном излучают на определенных длинах волн.
Так, в натриевых лампах высокого давления (их можно определить по характерному желтому свету) основной поток излучения приходится на полосу от 550 нм до 630 нм. Зачастую именно такие лампы используются для уличного освещения городов. Еще один вид ламп уличного освещения — ртутные лампы. Они тоже имеют линейный спектр. Основная яркость ртутных ламп приходится на 405 нм, 436 нм, а также на полосу от 540 до 630 нм.
Помимо искусственного светового загрязнения, наше небо имеет собственное свечение. Это объясняется тем, что верхние слои атмосферы непрерывно бомбардируются заряженными частицами, которые вызывают свечение атомов кислорода в диапазоне волн 560– 630 нм.
Итак, мы выяснили, что фон неба имеет определенный спектр, в котором паразитному свету отведены довольно отчетливые полосы. В то же время основное излучение туманностей тоже сосредоточено на определенных длинах волн. Волею судеб основные линии свечения неба и туманностей не пересекаются, поэтому если аккуратно ослабить яркость фона, не затронув свет туманности, мы повысим контраст туманности по отношению к небу. Именно по такому принципу работают современные дипскай-фильтры: они блокируют наиболее интенсивное излучение естественного фона неба, а также натриевых и ртутных ламп, но не затрагивают полезный свет, приходящий от туманностей. Стоит подчеркнуть, что фильтры бесполезны при наблюдении галактик и звёздных скоплений. Поскольку звёзды (а галактики также состоят из звёзд) излучают в непрерывном спектре, фильтруя паразитный свет, мы автоматически отсекаем и полезный — идущий от звезд.
Типы фильтров Дипскай-фильтры делятся на три вида: широкополосные, узкополосные и монохроматические (они же линейные).
Широкополосные фильтры, как правило, пропускают свет в диапазоне от 430 нм до 550 нм. Их главное назначение — борьба с искусственным световым загрязнением. Типичные представители широкополосных фильтров — Lumicon Deep-Sky, Celestron LPR, Astronomik CLS и Baader UHC-S. Такие фильтры будут весьма полезны наблюдателям, живущим и наблюдающим в городах и пригородах.
Более распространенные узкополосные фильтры имеют полосу пропускания в пределах 480 нм – 520 нм. Типичные представители узкополосных фильтров — это фильтры, в названиях которых имеется маркировка UHC. Узкополосные фильтры получили широкое распространение среди любителей астрономии благодаря тому, что существенно увеличивают контраст множества туманностей.
И, наконец, монохроматические фильтры, пропускающие свет в очень узком диапазоне, вблизи определенных длин волн. Это фильтры OIII и Hβ.
Как выбрать фильтры
На сегодняшний день множество производителей имеют в своем ассортименте все вышеперечисленные типы фильтров, которые отличаются друг от друга не только ценой, но и эффективностью. К каждому фильтру прилагается график их пропускной способности, проанализировав который и сравнив с графиками фильтров-конкурентов, можно сделать вполне определенный вывод об эффективности каждого фильтра и подобрать наиболее оптимальный. Важно лишь правильно прочитать заложенную в графике информацию.
Как это сделать? Давайте посмотрим на изображение выше. На данном графике показаны основные источники светового загрязнения атмосферы и указаны линии наиболее интенсивного излучения туманностей.
По оси X отложена длина волны видимой части спектра (указана в нанометрах, нм).
Обратите внимание: нередко длину указывают не в нанометрах, а в ангстремах (Å). Запомните, что 1 нм = 10 Å.
Ось Y показывает интенсивность излучения в процентах. Жёлтые линии отмечают частоту естественного свечения неба, синяя вертикаль — линия Hβ, красная — Hα, а зелёная — линии OIII. Кривая на графике характеризует интенсивность суммарного излучения ртутных Hg и натриевых ламп на различных длинах волн. Пики излучения ламп не совпадают, и над каждым пиком на графике указан тип лампы, которая даёт основной вклад в излучение.
Взяв в руки график пропускной способности конкретного фильтра и сопоставив его с графиком выше, можно понять, какие типы излучения фильтр вырезает, а какие пропускает. А сравнивая графики разных фильтров между собой, можно сделать вывод об их эффективности. Общее правило такое: чем уже «горб» на кривой пропускания (при одинаковом масштабе графиков), тем выше контраст и тем лучше видна туманность. Общий фон окружающего неба темнеет, но яркие звезды становятся тусклыми, а слабые и вовсе пропадают. Верно и обратное: чем шире полоса пропускания, тем ниже контраст, но лучше видны слабые звёзды.
Обычно наблюдатели туманностей держат в комплекте одновременно фильтр UHC и OIII, что дает возможность подбирать их под конкретную туманность. Например, UHC фильтр более полезен при наблюдении туманностей, погруженных в звёздные скопления, так как благодаря более широкой полосе пропускания он в меньшей степени гасит фоновые звёзды, делая картинку эстетически более приятной. Фильтр OIII более эффективен при наблюдении маленьких планетарных туманностей.
К выбору этой пары фильтров подходите более тщательно. UHC с более узкой полосой приближается по возможностям к OIII, а ОIII с более широкой полосой — к UHC. Иметь одновременно такие фильтры не эффективно: они близки по свойствам, так что один из них окажется менее востребованным.
При наличии финансовой возможности разумно дополнить коллекцию фильтром Hβ. Это фильтр редко используемый, но весьма эффективный при наблюдении таких туманностей, как Калифорния и Конская Голова.
Сравнение спектра популярных фильтров между собой, а также с основными источниками свечения неба.
Заключение
Подводя итог, стоит упомянуть о некоторых заблуждениях, которые в том или ином виде встречаются в разговорах любителей астрономии об использовании таких фильтров при наблюдениях.
1. Широкополосные фильтры и, в частности, фильтры LPR, призванные бороться с засветкой, успешно избавляют от любого паразитного света.
Это не так. Подобные фильтры не способны сколько-нибудь эффективно бороться со светом от ламп накаливания, которые излучают на всех длинах волн. А составляющая таких ламп в общем световом загрязнении весьма внушительна — это и свет автомобильных фар, и освещение зданий и т.д.
2. Фильтры делают туманности ярче.
Это еще одна ошибка. Количество света, пришедшего от объекта, одинаково и под городским засвеченным небом, и под истинно-тёмным горным. Как мы теперь знаем, фильтры всего лишь задерживают часть ненужного света, тем самым затемняя фон и увеличивая контраст. Человеческому глазу проще разглядеть туманность, но от этого она не становится ярче.
3 Способность фильтра сильно гасить фон породила мнение, что фильтры, особенно монохроматические, менее эффективны на небольших телескопах, и их применение нецелесообразно.
Это не совсем так. Практически любой телескоп подходит для работы с фильтрами и способен показать больше и лучше. Другое дело, что и без того тусклая картинка, даваемая небольшими телескопами, чрезмерно затемняется монохроматическими фильтрами, от чего сильно страдает эстетическое восприятие. Поэтому встречается рекомендация, что владельцам небольших телескопов имеет смысл ограничиться покупкой широкополосных или узкополосных фильтров, например Baader UHC-S или Astronomik UHC. Такая рекомендация не лишена смысла.
4. Еще один живучий миф гласит, что фильтры имеет смысл использовать только в условиях городской и пригородной засветки, а наблюдателям, имеющим возможность выезжать на незасвеченное небо, использование фильтров не принесет существенных выгод.
Опыт показывает, что применение узкополосных и монохроматических фильтров даже в условиях тёмного неба дает ощутимый эффект при наблюдении эмиссионных и планетарных туманностей.
Полезная информация:
Автор Роман Бакай. 2011 год
Айтишник на отдыхе: прибамбасы к телескопу
Итак, вы заинтересовались астрономией, приобрели телескоп и задумались о различном обвесе для улучшения качества и удобства наблюдений. Вопросам дооснащения и посвящен этот пост — окуляры, светофильтры, прочие прибамбасы.
Небольшое предупреждение
В тусовке любителей астрономии тема окуляров и прочего обвеса весьма холиварная. Здесь я излагаю свой опыт двух лет ленивого увлечения любительской визуальной астрономией. В случае, если вы категорически не согласны с написанным далее, или же вам рассказывают противоположное мнение, прошу отнестись со спокойствием и пониманием.
Окуляры
Немного теории
Окуляры, как и телескопы, долго развивались от примитивных устройств с обилием искажений на заре телескопостроения до продвинутых сложных оптических систем с антибликовыми покрытиями и компьютерным моделированием при разработке. Рассматривать оптические схемы окуляров особого смысла нет, потому что оптических схем сейчас много, они сложные, свои у разных фирм, и, фактически, наиболее важными становятся свойства окуляров:
Фокусное расстояние. Оно определяет итоговое увеличение телескопа с установленным окуляром. Для расчета увеличения нужно разделить фокусное расстояние телескопа на фокусное расстояние окуляра. Например, телескоп с фокусным расстоянием 900 мм и установленным окуляром 24 мм даст увеличение 900/24=37,5х. Распространены окуляры от 4 до 30 мм, окуляры 2-3 мм или больше 30 мм являются более редкими. Окуляры с экстремальными значениями фокусного являются более дорогими, сложными и имеют свои недостатки.
Поле зрения. Этот параметр определяет, насколько большим будет видимый участок в окуляре и как в нем будет выглядеть объект. Обычно поле зрения находится в диапазоне 40-60 градусов. Чем больше поле зрения, тем лучше.
Вынос зрачка. Этот параметр означает, насколько близко нужно подносить глаз к окуляру. Если вы вынуждены использовать очки, то вам потребуется окуляр с выносом зрачка 12-20 мм. Окуляры с очень маленьким выносом зрачка будут не очень комфортными и для людей без очков.
Посадочный диаметр. Существует два стандарта посадочного места окуляров — 1,25″ и 2″. Фокусёры на 2″ лучше и обычно ставятся на более дорогие телескопы. Некоторые окуляры оснащаются переходниками на оба диаметра.
Вес. Чем тяжелее окуляр, тем больше нагрузка на монтировку и её привод. Самые тяжелые окуляры весят в районе полкило.
Кроме окуляров с фиксированным фокусным расстоянием есть т.н. zoom-окуляры с переменным фокусным расстоянием. Доступные фокусные расстояния обычно лежат в области 7-24 мм, обычное поле зрения 40-60 градусов. Но есть и необычные представители, например, зум 2-4 мм.
Количество рабочих фокусных расстояний имеющихся окуляров можно увеличить в два раза используя т.н. линзу Барлоу. Это рассеивающая линза, которая ставится перед окуляром, уменьшая его фокусное расстояние обычно в два раза (есть линзы 3х и другие).
Как объект будет выглядеть в окуляр
Самый простой способ посмотреть, как объект будет виден в окуляр с интересующими параметрами — это плагин «Окуляры» к Stellarium. Плагин идёт в комплекте и включается в параметрах:
Рассмотрим как влияет поле зрения окуляра на видимость объекта на примере Плеяд на небольшом увеличении: телескоп 900 мм фокусного расстояния, окуляры все 20 мм, поле зрения меняется с шагом 20 градусов — 40,60,80,100 градусов. Не забудьте, что Стеллариум многие объекты рисует красивее, чем они выглядят в телескоп визуально, таких шикарных туманностей в реальности вы не увидите.
Рассмотрим, как влияет фокусное расстояние окуляра на видимость объекта на примере Плеяд. Телескоп с фокусным расстоянием 900 мм, окуляры все с полем зрения 60 градусов, фокусное расстояние меняется с шагом 5 мм — 30,25,20,15,10,5 мм.
Если вы захотели приобрести окуляр, крайне желательно подставить его характеристики в этот плагин и пройтись по интересующим объектам.
Планирование окулярного хозяйства
Производители обычно комплектуют телескопы одним-двумя окулярами и иногда линзой Барлоу. Если вы взяли телескоп в «щедрой» комплектации с двумя окулярами и линзой Барлоу, у вас есть четыре доступных увеличения, с которыми вполне можно прожить первые месяцы, неспешно выбирая дополнительный обвес. Возможные увеличения для телескопа можно условно разделить на:
Маленькое. Это 20-50х. На таком увеличении хорошо смотреть Луну целиком, большие объекты типа тех же Плеяд, а также объекты для которых требуется максимальные яркость и контрастность. Дело в том, что при повышении увеличения у телескопа падают яркость и контрастность, и для слабых объектов типа туманностей бОльшая яркость может оказаться важнее размера.
Среднее. 50-120х. На таком увеличении можно вглядываться в кратеры Луны и смотреть на планеты.
Большое. Это то, что больше 120х. Обычно такие увеличения приближаются к пределу для любительских телескопов, поэтому качество изображения постепенно деградирует, плюс, повышается зависимость от атмосферы. На Луне виды мелкие детали, но лично мне не нравится понижение яркости и контрастности, и я это использую редко. На таком увеличении можно пытаться найти баланс между увеличением и качеством изображения для планет, а также стремиться разглядеть близкие двойные звезды.
Мой опыт
Мое окулярное хозяйство, как и хозяйство прочих телескопных прибамбасов, подчиняется принципу Парето — 20% окуляров используется 80% времени. Я бы даже сказал 20% процентов используется почти 100% времени. У меня есть окуляры 25 мм (комплектный), 10 мм (комплектный), зум 8-24 мм, 4 мм, линза Барлоу (комплектная). Практически всегда используется зум 8-24 мм из-за своей универсальности. Не меняя окуляра можно плавно приблизиться к Луне или подобрать баланс между увеличением и качеством для других объектов. Возможность плавного изменения увеличения крайне удобна — можно посмотреть Луну при максимальной яркости и минимальном увеличении, затем разместить её целиком в окуляре, и, наконец, перейти на максимальное для окуляра увеличения для наблюдения кратеров. Очень удобно. При необходимости ставится линза Барлоу и я получаю диапазон 4-12 мм для планет. К сожалению, линза Барлоу заметно ухудшает качество изображения, поэтому используется не очень часто. При необходимости максимального увеличения без длинной и тяжелой связки зум+линза Барлоу используется окуляр 4 мм — по планетам или двойным звездам. Но это довольно редко, в реальности практически всегда комфортнее наблюдать в диапазоне 37-112х, который дает мне зум-окуляр.
Не окуляры
Светофильтры
Светофильтры дают повышение качества изображения за счет фильтрации излишнего светового потока или ненужных частей спектра. По конструкции фильтры делятся на солнечные, линий водорода (H-Alpha) лунные, поляризационные, цветные, дипскай, прочие.
Солнечные фильтры представляют собой металлизированную плёнку или специальное стекло с покрытием. Они ставятся на входное отверстие/объектив телескопа вместо крышки и позволяют наблюдать Солнце в окуляр аналогично ночным объектам. С помощью солнечных фильтров можно видеть солнечные пятна, факельные поля, грануляцию на Солнце.
Лунные фильтры снижают общую яркость Луны, делая комфортными её наблюдения. В полнолуние Луна настолько яркая, что это может доставлять дискомфорт при наблюдениях.
Поляризационные — это подвид лунных фильтров, позволяющие регулировать снижение яркости на ходу, например, снижая яркость от 5% до 25%.
Цветные фильтры отфильтровывают различные участки видимой области. Есть отличная статья по цветным фильтрам, таблицу из которой я привожу здесь:
Дипскай фильтры — это специальные фильтры для наблюдения туманностей. Бывают UHC (Ultra-High Contrast — сверхвысокой контрастности), O-III (спектральных линий кислорода), H-beta (линий водорода). На том же ресурсе с образовательными материалами по астрономии есть таблица тестов фильтров (приведена частично):
Прочие фильтры — это фильтры для снижения хроматизма у ахроматов (Fringe killer), фильтры для снижения городской засветки, повышения контраста и т.п.
Мой опыт использования светофильтров
У меня есть два цветных светофильтра — #21 оранжевый и #82А голубой и UHC фильтр. Серьезного улучшения качества не заметил, на мой взгляд, снижение яркости оказывается сильнее улучшения изображения. Цветные фильтры использовались по Юпитеру, заметного улучшения нет. UHC использовался по М57 и Большой туманности Ориона — потеря яркости перевешивала любую пользу от фильтра. Но мои наблюдения были балконными, в хороших загородных условиях фильтры я не тестировал, может быть там будет лучше. Цветные фильтры стоило проверить по Марсу, уж очень он был однотонный в этом году, но, увы, забыл.
Совсем не окуляры
Привод монтировки
На экваториальные монтировки EQ1 и EQ2 от Sky-Watcher можно докупить привод монтировки — небольшой моторчик, который будет поворачивать телескоп со скоростью вращения Земли. Очень удобная вещь в одиночных наблюдениях и неоценимая на астровыезде с приятелями — можно навести телескоп на объект и не сопровождать его вручную, за время прохода очереди интересующихся наводка сохранится.
Принадлежности для юстировки
Половинка киндерсюрприза — это принадлежность для юстировки. Дело в том, что она имеет посадочный диаметр 1,25″ и очень хорошо вставляется в узел фокусера. Что любопытно, юстировка пережила уже два астровыезда, наверное, небольшие Ньютоны её лучше сохраняют.
Сумка
Если планируется выезжать с телескопом за пределы балкона, сумка окажется весьма кстати. У меня самодельная, спасибо жене. В принципе ничего сложного, ткань, поролон и что-нибудь твердое типа линолеума.
Фонарик
Очень полезно задуматься заранее и сделать астрофонарик из копеечного китайского налобного фонаря, добавив перед стеклом красный пластик от папки или чего-то подобного. У таких фонариков часто снимается переднее стекло и это не составит труда.
Наглазник
Зажмуривать глаз, смотря в окуляр другим не очень удобно. Со временем привыкаешь и отфильтровываешь изображение со второго глаза мозгом, но на первое время можно облегчить себе жизнь наглазником — от простой повязки до специального рукодельного оборудования, опять же спасибо жене.