Астрономия для начинающих

70-е годы прошлого века ознаменовались революцией в визуальных наблюдениях: на рынке появились чудо-фильтры, способные значительно улучшить видимость туманностей, а в некоторых случаях — сделать доступными для наблюдений те объекты, которые без фильтра вообще были не видны. Помимо всего прочего, эти фильтры существенно помогают при наблюдениях туманностей под засвеченным небом. «Потрясающе!» — пестрили заголовки рекламных объявлений западных журналов.

 

Идея таких фильтров давно витала в воздухе, и ее реализация была вопросом времени. На сегодняшний день множество производителей выпускают подобные фильтры, которые различаются между собой не только ценой, но и характеристиками. Как не запутаться во всем этом разнообразии и сделать правильный выбор? Для начала давайте разберемся с базовыми принципами работы фильтров для наблюдения туманностей и поговорим о том, какой свет полезный, а какой является вредителем.

 

Что такое контраст и как он влияет на видимость объектов?

Для понимания того, как работают фильтры и каким образом они влияют на видимость туманностей, давайте разберемся с понятием контраста.

 

В оптике под контрастом понимают относительную разность интенсивности ярких и темных участков изображения или объекта. Что это значит? Давайте представим, что мы смотрим на некий объект, расположенный на однородном фоне неба. При небольшой разнице в яркости объекта и фона контраст очень низкий, и мы не можем разглядеть объект. С такой ситуацией мы сталкиваемся постоянно, когда наблюдаем тусклые объекты далекого космоса, общая яркость которых едва выше окружающего фона.

 

                             Рис. Иллюстрация видимости одного и того же объекта при разной яркости общего фона.

 

Чтобы исправить ситуацию, нам нужно увеличить контраст, а значит или увеличить яркость объекта, или уменьшить яркость неба. Первое нам неподвластно. Уменьшить яркость неба также долгие годы считалось невозможным. Так было до тех пор, пока не обнаружилась одна интересная деталь.

 

В результате исследований спектров различных космических объектов выяснилось, что у некоторых из них основное излучение приходится на определенные длины волн. Такие спектры характерны для туманностей и комет. Например, свет, идущий от эмиссионных туманностей, наиболее интенсивен в линиях излучения водорода Hα — 656,3 нм и Hβ — 486,1 нм, а также дважды ионизированного кислорода OIII — 495,9 нм и 500,7 нм.

 

Но есть объекты, у которых нет явно выраженных пиков излучения, т.е. они имеют равномерную полосу излучения. К ним относятся галактики и звездные скопления.

 

Теперь давайте разберемся с нашим главным врагом — свечением неба. Оказывается, спектр неба тоже весьма интересен. В городской и пригородной зоне, т.е. в тех местах, где зачастую и наблюдают современные любители астрономии, небо загрязнено искусственным паразитным светом. Суммарный фон искусственного освещения создают уличные фонари, неоновые рекламные вывески и внутреннее освещение строений. 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.