Страница 1 из 4

Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 13 фев 2010, 19:49
Ernest
Всем сколь-нибудь опытным если не в наблюдениях, то в посещении интернет форумов любителей астрономии известна одна из горячих тем: можно-ли видеть туманности в цвете и при каких условиях.

Очень реалистический рисунок того, как видна М42/43 в 22" Ньютон (Cloudynights)
Изображение

Практика этого вопроса примерно такова
  • первое и главное разочарование подстерегающее новичка при визуальных наблюдениях туманностей связано, как правило, с отсутствием в их изображении того цвета, который мы видим на фотографиях популярных журналов, постерах, на сайтах NASA, APOD и т.п. В телескоп они видны в большинстве своем как светло-серые объекты на темно-сером фоне. Даже если принять во внимание искусственность цветовой гаммы большинства продвинутых астрофотографий и искусственное усиление цветовых контрастов на них возникает законное недоумение ввиду очевидного контраста между результатами визуальных и фотографических наблюдений.
  • с другой стороны некоторые диффузные объекты дальнего космоса в самих своих названиях прямо или косвенно указывают на цвет: "Голубой снежок", "Зеленая горошина", "Зеленая двудольная", "Кошачий глаз" и т.п. (большей частью это небольшие яркие планетарные туманности)
  • есть немало заслуживающих доверия сообщений (как правило от владельцев больших Добсонов от 13") о видимости зеленоватых и даже розоватых тонов в ярких частях Большой Туманности Ориона (см. типичное описание на visualdeepsky - сине-зеленый цвет "засова" и розоватые детали в крыльях)
  • есть схожие описания и по М27 (см. отчет владельца 20" Добсона на visualdeepsky - зеленый цвет яркой части и розоватые тона в тусклой)
Теперь немного светотехники и физиологии глаза

Как известно, человеческий глаз способен полноценно воспринимать цвет окружающих предметов при достаточном уровне их освещенности. Это случай так называемого "дневного зрения", когда довольно неэффективные светочувствительные клетки сетчатки глаза - колбочки - способны разделять цвета красный, зеленый и синий. Все прочие тона строятся по относительному содержанию каждого из этих элементарных цветов. Скажем, фиолетовый возбуждает как ощущение красного, так и синего. Кроме хорошего различения цветов и цветовых оттенков дневное зрение характеризуется высокой остротой (во всяком случае, в центре поля зрения).

При падении яркости наблюдаемых предметов ниже примерно 10 кд/м2 колбочки начинают работать несколько хуже и включается так называемое "сумеречное зрение", когда основную работу по построению картинки выполняют так называемые палочки (высоко светочувствительные клетки сетчатки глаза, к сожалению невосприимчивые к цвету), в то время как цветочувствительные колбочки выполняют по мере падения яркости наблюдаемой сцены все более вспомогательную роль - все более грубо раскрашивая предметы. При этом красные предметы начинают казаться относительно более темными по сравнению с дневным зрением.

При падении яркости наблюдаемых предметов ниже примерно 0.01 кд/м2 колбочки совсем вырубаются и начинает доминировать палочковое или так называемое "ночное зрение", при котором чувствительность к красному участку спектра падает почти до нулевой отметки, центр чувствительности глаза смещается в область сине-зеленых цветов, картинка выглядит фактически бесцветной, катастрофически падает разрешение ввиду того, что светочувствительные клетки начинают работать большей частью коллективно (для "вычисления" яркости какой-то точки изображения мозгом усредняется сигнал от многих клеток сетчатки), видимая глазу картинка неустойчива и полна динамических шумов, для того, чтобы видеть тусклые предметы приходится длительно адаптироваться к их низкой яркости. При этом те участки сетчатки, которые получают достаточно света могут показывать локальные цвета (например звезды, ночные огни и т.п.).

Если перевести единицы представления яркости на более понятный для любителей астрономии язык, указанная выше верхняя граница сумеречного зрения (отделяющая его от дневного) 10 кд/м2 соответствует 9 звездным величинам с квадратной угловой секунды (m/сек2) или 0.1 зв. величины с квадратной угловой минуты (m/мин2), нижняя граница сумеречного зрения (отделяющая его от ночного) 0.01 кд/м2 соответствует 17.4m/сек2 или 8.5m/мин2.

Имеет, вероятно, смысл напомнить, что телескоп не может увеличить яркость протяженных объектов - только уменьшить за счет разного сорта светопотерь и пропорционально квадрату отступления увеличения от равнозрачкового:

яркость изображения = (яркость предмета) * Кп * (Гзр/Г)2,

где яркость задана в кд/м2, Кп - коэффициент пропускания (меньше единицы), Гзр - равнозрачковое увеличение (равно D(мм)/8), Г - фактически установленное увеличение телескопа. То есть с ростом увеличения яркость изображения квадратично падает.

Тут уже имеет смысл привести средние яркости типичных объектов астрономических наблюдений
ОбъектыСредняя яркость в m/мин2
Мелкие планетарные туманности (менее 20", как например NGC 6818, NGC 3132)4-10
Шаровые скопления10-11
Популярные планетарные туманности (NGC 7009)9-13
Яркие диффузные туманности (M42, М21)11-14
Яркие галактики (M51, М76)13-15
Прочие галактики15-16
Фон засвеченного городского ночного неба9
Фон хорошего ночного неба12.5
Сравнивая эти цифры с предельными яркостями, когда еще как-нибудь доступно цветное зрение (нижняя граница сумеречного зрения) - 8.5m/мин2, видим почему так часто говорят о цветовых тонах компактных планетарных туманностей - их яркость лежит примерно в середине диапазона сумеречного зрения и их цвета доступны, хоть и в искаженном относительно дневного зрения виде. Для полноценных цветовых ощущений нужна яркость от 0.1m/мин2, что реализуется только для изображений ярких звезд.

Средние яркости всех прочих объектов лежат ниже границы цветного зрения (сумеречного и тем более дневного), то есть должны восприниматься бесцветными.

Попробуем разобраться чуть подробнее. К примеру для расчета средней яркости М42 я взял из каталога ее интегральный блеск в 4m и размер 60 угл. минут. Но всем известно, что яркость в этой туманности распределена неравномерно и добрая ее половина исходит и района "засова" - довольно компактной обрасти размером примерно 10'х10'. В ней локальная яркость получается равной примерно 4m + 5m = 9m/мин2. Хм... побольше конечно чем средняя 11-12мин2 но все равно одной звездной величины не хватает для того чтобы дотянуться до нижней границы цветного зрения.

Вот такие дела... :(

Но как-же отзывы наблюдателей? Неужели относить их только за счет разыгравшегося воображения? Замечу, что наиболее серьезные из наблюдателей сами пытаются как-то оправдать видимость по меньшей мере пурпурных тонов как иллюзорных. Имея в поле зрения относительно яркие синевато-зеленоватые области (доли Гантели, засов М42 и т.п.) мозг баллансирует общий тон картинки таким образом, что окрашивает остальные слабо светящиеся области (объективно серые для глаза "крылья" М42 и "уши" М27) в дополнительные сине-зеленому розовато-красноватые тона. Причем эффект раскрашивания похоже как-то связан с апертурой инструмента - чем она больше, тем больше шанс увидеть цветовые тона на самых ярких из туманностей.

Исследование

Я не выдержал и попробовал, хотя бы относительно своих глаз решить для себя этот вопрос. Мой наблюдательный опыт весьма пессимистичен - я никогда не видел цвет туманностей (кроме мелких планетарных туманностей) ни в свои 10" и 14" инструменты, ни в 16" и 18" инструменты своих товарищей по наблюдениям.

Изготовил табличку цветных образцов (светлые цветные кружки на черном фоне, см. рис.)
Color vision.jpg
Затем закрылся в темной комнате, взял с собой Sky Quolity Meter и небольшой фонарик с белым светодиодом. Без включения фонарика в комнате было достаточно темно, SkyMeter показывал яркость на уровне 24m/сек2 = 15.1m/мин2. После получасовой адаптации я стал рассматривать табличку постепенно прибавляя света в фонаре. Результаты оказались следующими:
Яркость объектов m/мин2Яркость фона m/мин2Описание
14.015.5Едва угадывается рисунок таблички образцов. Надо подносить близко к глазам, двумя глазами видно много лучше. Цвета ни как не различаются.
13.015.0Рисунок таблички образцов виден с трудом. Вроде бы красный угол по-темнее.
12.014.0Рисунок таблички образцов неплохо виден и обоими глазами и одним. Красный угол определенно темнее сине-зеленой стороны.
11.013.5Табличка видна довольно резко, даже на удалении в две руки, цвета все еще различимы только по яркости - сине-зеленые таблички по-ярче
10.012.5Первые смутные намеки на цвет...
9.011.5Стал виден красный, отчетливо выделясь на фоне других. Лучше виден, если табличку поднести прямо к глазу.
8.011.0Становятся видны различия в тонах красного: красный, оранжевый, желтый, розовый... все прочие видны как неопределенная довольно светлая сине-зеленая масса (чуть лучше выделяется пурпурный)
7.010.0Видимость тонов пока без изменений, красный и его тона хорошо различимы. Синий от зеленого отделяется с трудом.
6.09.0Начинаю различать синий и зеленый, но их полутона все еще не различаются
5.0-Начинают прорабытываться тона синего и зеленого.
4.0-Голубой наконец отделился от зеленого и синего
3.0-Полное различение всех тонов таблички, хотя и в несколько искаженном виде.
Из этого исследования, как мне кажется, можно сделать такие выводы
  • видимость цветов (во всяком случае красного) у меня наступила несколько раньше, чем нижняя граница видимости цветов указанная для сумеречного зрения в справочной литературе (9m/мин2 против 8.5m/мин2). То есть возможны индивидуальные вариации и кто-то может начать видеть цвет при еще меньшей яркости, скажем мой 10-летний сын начал различать цвета примерно с 11m/мин2
  • любом случае яркости центральных районов М42 и М27 явно недостаточно чтобы пробить мой порог цветового зрения. Вот я и не вижу в этих объектах цветов (темновой дальтонизм?)
  • при недостатке света человек прежде всего начинает различать красный и его оттенки (включая желтый и оранжевый) и только потом и хуже - различать между собой синий и зеленый, вероятно, поэтому так часто в описаниях планетарок ссылка на сине-зеленый цвет. Стоит отметить, что спектр красной таблички использованной в тесте далек от спектра излучения туманностей в красном диапазоне (Hальфа), так что тут в постановка исследования несколько некорректна.
  • на темновом пороге различимости цвета очень помогает максимально приближение рассматриваемого предмета к глазам, так чтобы он занял как можно большую область на сетчатке (вероятно кооперативная работа многих колбочек на пределе своей чувствительности помогает мозгу вычислить цвет), то есть нужно как можно большее увеличение без ущерба для яркости, и тут в однозначном выигрыше телескоп с большей апертурой - при равном диаметре выходного зрачка (яркости изображения) увеличение большего по апертуре телескопа будет пропорционально больше
  • есть также предположение связанное с тем, что больше всего сообщений о "зеленой" М42 приходит от наблюдателей из мест с более или менее сильной искусственной засветкой: не может ли так быть, что при недостаточной световой адаптации относительно слабый сигнал от цветочувствительных колбочек оказывается все-же сравнимым с сигналом от еще не достаточно "разогревшихся" светочувствительных палочек, что и дает пищу мозгу при окрашивании изображения? В то время как при 100% адаптации сильный сигнал от монохромных палочек уже забивает следы цветового сигнала от колбочек и мозг по-честному все воспринимает бесцветным! То есть для того, чтобы лучше чувствовать цвет туманностей имеет смысл перед взглядом в окуляр посмотреть на равномерно освещенный лист белой бумаги - немного сбить темновую адаптации и дать мозгу образец для настройки баланса белого.
Цитата по поводу:
Garmisch с Астрофорума писал(а):Ребят, спорить на эту тему можно до бесконечности :) Скажу из своего опыта, т.к. мне довелось наблюдать визуально в большие профессиональные телескопы (такие как, 6.5-м Magellans, и 1-м рефлекторы на обсерваториях La Silla и Las Campanas). Да, у нас крайне редко, но бывают такие возможности. Так вот, цветов (в понимании четкой устойчивой яркой и ясной картины) в М42 визуально не видно ни в один из крупных телескопов. Даже в 6.5-метровый. Мы лишь наблюдаем уверенные оттенки, где, например, большинство может сказать - да, я вижу туманность зеленоватой/синеватой. Другим таким обьектом, где с такой же уверенностью можно сказать о присутствии цветового оттенка является известная туманность Тарантул в Большом Магеллановом облаке (БМО)...
Пожалуй единственный дипскай объект, где цвет видят абсолютно все - прямым зрением, прямо как на фотографии, это компактная туманность Гомункулус, находящаяся в сердце Эты Киля (мы ее еще раз наблюдали прошлым летом в 6.5-м Магеллан). Это фантастический и уникальный объект. Вот там виден цвет. Во всех остальных случаях, восприятие цвета балансирует на грани физиологии, психологического состояния, и т.п.

Назад к оглавлению статей

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 16 фев 2010, 23:12
Данила
Всё очень ясно и понятно! Огромное СПАСИБО! :D

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 02 апр 2010, 14:54
cosmonaut
Эрнест, спасибо огромное за статью!
Первая, встреченная мной и вполне понятная статья на эту тему!

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 14 окт 2012, 23:33
lyha
Как-то давно, увлекаясь Хабблом, встретила тему, что туманности на самом деле не имеют цвета. Их окрашивают во время обработки фотографий для того, чтобы было чёткое представление о химическом составе. Таким образом у каждого элемента свой цвет.

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 15 окт 2012, 06:28
seaquest
lyha писал(а):Как-то давно, увлекаясь Хабблом, встретила тему, что туманности на самом деле не имеют цвета.
имеют. Посмотрите на любительские фотки.
lyha писал(а):Их окрашивают во время обработки фотографий для того, чтобы было чёткое представление о химическом составе. Таким образом у каждого элемента свой цвет.
подумайте насчет что есть, собственно, воприятие цвета. Это всего лишь как наш мозг обрабатывает видимый свет попадающий на сетчатку глаза длиной волны 380 - 780 нм. Все что вне этого диапазона наш глаз не воспринимает. А камеры или другие спец. приемники воспринимают. Но как человеку увидеть диапазон излучений, который не видит он, но видит камера? Вот потому и "раскрашивают" невидимые нами длины волн в условные цвета.

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 15 окт 2012, 17:46
lyha
я подозреваю, что любительские фото тоже изрядно отфотошоплены.
seaquest писал(а):Все что вне этого диапазона наш глаз не воспринимает. А камеры или другие спец. приемники воспринимают. Но как человеку увидеть диапазон излучений, который не видит он, но видит камера? Вот потому и "раскрашивают" невидимые нами длины волн в условные цвета.
Вот отсюда же и получается, что мы не можем видеть их цвет так, как это передают множество фотографий с разными фильтрами. Для нашего глаза они, если не чб, то очень блеклые. Но это уже чистое имхо, не ручаюсь.

Вот встретила интересную версию раскраски:
У «палитры HST» первый канал — SII (дважды ионизированная сера), второй Ha (альфа-линия водорода) и третий — OII (дважды ионизированный кислород).
К сожалению нет у меня таких фильтров, чтобы проверить. Поищу такие исходники для фш-эксперимента.

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 15 окт 2012, 18:51
Ernest
Цвет туманностей проявляется на фотоснимках бытовыми фотоаппаратами даже и безо всякого фотошопа. Другое дело, что как правило преобладает только один тон и получается, что туманность или красная (водород), или зеленая (кислород). Часто это окрашивание (насыщенность, hue) усиливают против того, что получается на снимке без такого усиления. Тут накладывается еще и тот факт, что бытовая фотоприемники на низких уровнях освещенностей сильно искажают цветовой баланс.

Более продвинутая техника фотографирования через узкие светофильтры и потом разбрасывание результата по разным цветовым каналам дает кроме возможности уйти от влияния засветки еще и возможность придать цветовым сочетаниям в изображении объекта наиболее выигрышное с эстетической стороны соотношение. Иногда авторы астрономических фотографий этим злоупотребляют, порой используют для искусственного цветового акцента в научных статьях.

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 10 окт 2013, 21:52
Михаил MAK
Приветствую!
Спасибо за очень подробное и детальное исследование!
========
вопрос по эксперименту
а как учитывалась спектральная плотность отраженного от пробника света?
как я себе понимаю, если фонарик светит с определенной яркостью то пробник отражает далеко не 100%

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 11 окт 2013, 06:54
Ernest
Измерялась яркость (в m/sec2) именно отраженного света

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 10 сен 2015, 14:33
Владислав
Чему равно фокусное расстояние телескопа 6.5-м Magellans ?

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 10 сен 2015, 14:44
Denk36

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 11 сен 2015, 00:16
AnDom
f1,25 - :shock:

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 11 сен 2015, 10:57
Diff
Чтож там за паракорище то у них?

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 11 сен 2015, 11:21
AnDom
Походу не за 500 баксов :)

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 11 сен 2015, 12:07
Diff
Не пойму как они наблюдают. Вроде вторичка на верху а смотрят куда то где по идее главное зеркало должно быть.

https://visao.as.arizona.edu/eyepiece/e ... ith-magao/" onclick="window.open(this.href);return false;

Это наверное мегаширокоугольным объективом снято. Хотя все равно выглядит странно.

Все, понял схемы внизу страницы
http://www.lco.cl/telescopes-information/magellan/" onclick="window.open(this.href);return false;

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 11 сен 2015, 20:21
AnDom
Так не ньютон, походу, а какая-то иная система, что-то типа Брахита. Правда в вики что-то про Несмита, Кассегрена и f11-15.

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 13 мар 2016, 14:09
Владислав
Возможно ли сделать объектив светосилой 1:1 или ещё светосильнее ?

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 13 мар 2016, 16:34
AnDom
Если не ошибаюсь, какая-то разновидность кассегрена.

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 13 мар 2016, 19:59
Ernest
Владислав писал(а):Возможно ли сделать объектив светосилой 1:1 или ещё светосильнее ?
Да. Такие существуют. И что?

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 13 мар 2016, 20:51
AnDom
Недавно читал тему на форуме НПЗ от 2006 года, там обсуждался подобный вариант, возможность реализации, эффективность, необходимость...
В обсуждении участвовал и уважаемый Эрнест, но, насколько я понял, тема заглохла, не успев начаться. Все таки, такие гиганты как НПЗ, ЛОМО и т.д. сидят на госзаказе и ЛАстрономический интерес для них не интересен. Хорошо или плохо - судить не берусь.

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 13 мар 2016, 21:12
Ernest
Инструменты с относительным отверстием порядка 1:1 (на основе схемы Шмидта) существовали задолго до той дискуссии, и даже задолго до возникновения каких-либо интернет-формуов.

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 13 мар 2016, 22:06
AnDom
Да я вроде бы и не говорил что это изобрел НПЗ или форум.

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 13 мар 2016, 22:40
Владислав
Ernest писал(а):
Владислав писал(а):Возможно ли сделать объектив светосилой 1:1 или ещё светосильнее ?
Да. Такие существуют. И что?
Мне думается что в такой телескоп будет возможно увидеть туманности в цвете.
Я наверно глупо рассуждаю и в оптике особо не смыслю.Но всё же,Возможно ли сделать любительский телескоп с фокусным расстоянием 400мм и апертурой 400мм ? И наверно придётся специальный окуляр изготавливать для такого инструмента.Такая идея мне кажется восхитительной :)

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 13 мар 2016, 22:43
Denk36
Не увидите в цвете. Да и что толку, поставите 4мм окуляр, получите 4мм выходной зрачок при увеличении 100х. На обычном 16" Ньютоне f/4,4 тот же зрачок получается с 18мм окуляром. Нет там цветов. Будете ставить окуляр с бОльшим фокусным, дойдете до того, что глаз будет резать апертуру, выше 6мм-7мм по зрачку не прыгнешь.

Re: Одно исследование на тему видимости туманностей в цвете

Добавлено: 13 мар 2016, 23:10
Владислав
А мы поставим окуляр на пример 10 мм и получим 40 крат, тогда всё должно стать ярче.
Ни как не могу понять,осмыслить и связать вместе : размер зрачка глаза , размер "зрачка окуляра" и урезание апертуры зрачком глаза. :roll:
Наблюдаю такую закономерность, у телескопов,которые продаются : чем больше апертура,тем длиннее делают фокусное расстояние.Видимо из за того,что иначе понадобится стекло очень толстое и парабола глубокая будет,а им лень её выскребать. Ну да...
Похоже я сам начинаю всё понимать. Законы оптики накладывают ограничения.