UHC, OIII и H-бета фильтры при любительских наблюдениях
Так называемые узкополосные "дипскай" фильтры типа UHC (не путать с широкополосными UHC-S и UHC-E), OIII и Hbeta стали прорывом в визуальных наблюдениях диффузных туманностей, которые раньше фиксировались большей частью фотографически. Ниже приведена далеко не полная табличка объектов далекого космоса, по которым эти фильтры оказывают наблюдателю существенную помощь.
См. также http://www.prairieastronomyclub.org/res ... y-objects/
Объект | Название, созвездие | Фильтры | Степень улучшения* |
M1 | Крабовидная, Телец | UHC | Среднее |
M8 | Лагуна, Стрелец | UHC, OIII | Значительное |
M16 | Орел, Змея | UHC | Значительное |
M17 | Лебедь, Омега, Стрелец | OIII | Значительное |
M20 | Трехраздельная, Стрелец | UHC | Среднее |
M27 | Гантель, Огрызок, Лисичка | UHC | Значительное |
M42 | Туманность Ориона | UHC | Значительное |
M43 | Орион | Hbeta | Значительное |
M57 | Кольцо, Лира | UHC | Незначительное |
M76 | Малая гантель, Персей | UHC | Незначительное |
M97 | Сова, Б.Медведица | OIII | Отличное |
NGC246 | Скула, Кит | OIII | Среднее |
NGC281 | Пак-Мен, Кассиопея | UHC, OIII | Среднее |
NGC604 | часть M33, Треугольник | OIII | Среднее |
NGC1499 | Калифорния, Персей | Hbeta | Значительное |
NGC1514 | Хрустальный шар, Телец | UHC, OIII | Среднее |
NGC2024 | Пламя, Орион | UHC | Среднее |
NGC2237-9 | Розетка, Единорог | UHC | Отличное |
NGC2264 | Конус, Единорог | UHC | Умеренное |
NGC2359 | Шлем Тора, Б.Пес | OIII | Отличное |
NGC2392 | Эскимос, Близнецы | OIII | Значительное |
NGC2438 | в M46, Корма | OIII | Среднее |
NGC3242 | Призрак Юпитера, Гидра | UHC | Среднее |
NGC6302 | Жук, Скорпион | UHC, OIII | Умеренное |
NGC6543 | Кошачий Глаз, Дракон | UHC, OIII | Среднее |
NGC6888 | Серп, Полумесяц, Лебедь | UHC, OIII | Значительное |
NGC6905 | Голубая Вспышка, Дельфин . | UHC | Среднее |
NGC6960-95 . | Вуаль, Лебедь | OIII | Отличное |
NGC7000 | Сев.Америка, Лебедь | UHC | Значительное |
NGC7009 | Сатурн, Водолей | UHC | Среднее |
NGC7293 | Улитка, Геликон, Водолей | OIII | Среднее |
NGC7635 | Пузырек, Кассиопея | UHC, OIII | Среднее |
IC434/B33 | Конская Голова, Орион | Hbeta, UHC | Умеренное |
IC2177 | Чайка, Единорог | Hbeta, UHC . | Незначительное |
IC5067-70 | Пеликан, Лебедь | UHC, OIII | Среднее |
IC5146 | Кокон, Лебедь | Hbeta | Среднее |
PK205+14.1 | Медуза, Близнецы | UHC, OIII | Значительное |
- Незначительное - едва заметное увеличение контраста и размеров. В общем-то можно обойтись и без фильтра.
- Умеренное - есть увеличение контраста и/или размеров. Но ничего сногсшибательного
- Среднее - существенное увеличение контраста деталей и/или размеров. С фильтров вид намного лучше, чем без него.
- Значительное - Вид объекта с фильтром и без просто невозможно сравнивать. Не просто повышается контраст, а появляются новые детали!
- Отличное - Объект без фильтра или не виден, или не представляет из себя ничего интересного. В то время как с фильтром его можно подолгу рассматривать.
Замечу
- Вопреки существующему устойчивому заблуждению степень улучшения видимости туманности при использовании узкополосных фильтров никак не связана с апертурой используемого телескопа. Если апертура и установленное увеличение позволяет рассматривать объект, то фильтры отрабатывают согласно приведенной выше таблице. Так что эти фильтры можно использовать и на весьма скромных по апертуре инструментах. Более того, инструментам с небольшой апертурой (в которых затруднительно играть увеличением) именно эффективная (узкополосная!) фильтрация в большей степени помогает усилить контраст изображения диффузных туманностей.
- Эти фильтры не предназначены для борьбы собственно с искусственной засветкой. С их помощью не удастся существенно улучшить видимость на городском и пригородном небе объектов излучающих в широком спектральном диапазоне: слабых звезд, галактик, шаровых скоплений, отражающих туманностей.
- обычно для визуального использования дипскай фильтры выпускаются в двух форматах: с наружной резьбой 1.125" x 42 tpi - для ввинчивания в посадочную втулку 1.25" окуляра (со стороны окуляра противоположной его глазной линзе
) и М48x0.75 - для ввинчивания во втулку 2" окуляра. Обычно для фильтров предусматривается резьба в адаптерах 1.25"->2" и в посадочных втулках диагоналей. Есть также и вариант исполнения фильтров специально для накручивания на стандартную резьбу задника Шмидт-Кассегрена. Есть и другие варианты конструктивного оформления, но это уже много реже и большей частью для астрофотографии.
- фотографические (CCD) дипскай и узкополосные фильтры отличаются от визуальных аналогов (1) обрезанием ультрафиолетовых и инфракрасных "хвостов", которые глазу не видны, но на длительных экспозициях могут порядком засветить сенсор камеры, отсюда и их большая цена (считай, два в одном - узкополосник + UV/IR-cut); а кроме того (2) более узкой полосой пропускания.
Краткие характеристики фильтров
- UHC - в идеале пропускает из всего видимого спектра только участок включающий линии H-beta (нейтральный водород, 486.1нм) и дублет линий OIII (дважды ионизированный кислород, 495.9 и 500.7 нм), в которых некоторые планетарные и эмиссионные туманности излучают до 90% своего излучения в видимом диапазоне. При этом остальная часть фонового излучения (искусственная засветка и естественное ночное свечение неба) фильтром блокируется, что делает контраст между деталями таких туманностей и фоном намного сильнее (поднимая его от 1%..5% до 50-60%), улучшая таким образом их видность. Кроме того, эти фильтры как правило имеют окна пропускания в фиолетовом и красном участках спектра, которые не видны ночному зрению человека, но могут отмечаться фотоприемниками. Чем уже полоса пропускания UHC (понятно, что она не может быть уже примерно 16 нм, иначе начнется "глушение" и в интересующих наблюдателя линиях) и меньше общее визуальное пропускание (не в ущерб пропусканию на H-beta и OIII) тем выше его качество в плане улучшения видности объектов наблюдения.
Общее визуальное пропускание фильтра таким образом - одна из самых важных характеристик фильтра, которая показывает сколько останется от яркости мешающего наблюдениям фона. Например при 25% пропускании от яркости фона остается всего четверть и соотношение яркости диффузной туманности к яркости фона возрастет минимум до четырехкратного.
Получается, что UHC фильтр предназначен для улучшения видности разного сорта диффузных туманностей, как молодых водородных (излучающих большей частью в линии водорода), так и старых - планетарных и окружающих места интенсивного рождения новых звезд (излучающих большей частью в линиях кислорода). Степень улучшения видности несколько меньше, чем у специализированных фильтров (OIII и Hbeta), но зато "два в одном"!
Вот, что мне удалось "нарыть" по ширине полосы пропускания наиболее популярных моделей этого фильтра:- Lumicon UHC 23-27 нм (до 2012 года выпуска!), общее визуальное пропускание 24.8%
- Orion UltraBlock 24-25 нм , заметно подрезает OIII и Hbeta (до 80%), общее визуальное пропускание 26.5%
- Thousand Oaks LP-2, визуальное пропускание 26.5%
- DGM NPB, визуальное пропускание 22.6%
- Meade Nebular-Narrowband 30-32 нм, общее визуальное пропускание 28.1%
- Astronoimik UHC 30-35 нм, общее визуальное пропускание 33.5%
- Tele Vue Bandmate NebuStar 38-42 нм, общее визуальное пропускание 42.5%
- TS Optics 20-23 нм - трудно сказать, кто их производит, официально пропускание 22.2%, но есть сомнение в ширине и главное качестве полосы пропускания
- Astronoimik UHC-E 45-50 нм, общее визуальное пропускание 42.5%
- Baader UHC-S 60-65 нм, общее визуальное пропускание 54.7%
- Считается, что лучшими UHC фильтрами (кроме оригинального от Lumicon) являются Narrowband LP-2 от Thousand Oaks , NPB от DGM Optics, Ultrablock от Orion
- Есть несколько фальшивых UHC фильтров, которые таковыми не являются: UHC-S от Baader, Celestron UHC LPR и пожалуй UHC-E от Astronomik
см. также - OIII - пропускает область спектра вокруг дублета спектральных линий OIII (495.9 и 500.7 нм), в которых особенно много излучают остатки сверхновых (как "Вуаль"), планетарные туманности (как "Гантель") и туманности окружающие места интенсивного звездообразования (как "Розетка"). Поскольку этот фильтр не пропускает в том числе и участок Hbeta, то с его помощью можно выделять детали и в комплексах туманностей вроде Большой Туманности Ориона, где эти детали скрываются на фоне излучения нейтрального водорода. Этот фильтр выпускается как визуальной, так и в модификации предназначенной для астрофотографии. Последние помечаются суффиксом CCD и в них ближние фиолетовое и красное крыло пропускания подавлены. В остальном механизм работы этого фильтра схож с работой UHC, только полоса пропускания у него уже и потому выше эффективность отсечения фонового широкополосного излучения неба. Вот мои данные по моделям этого фильтра:
- Lumicon OIII 12-14 нм, визуальное пропускание 12.6%
- Thousand Oaks OIII 9-11 нм, режет коротковолновую OIII на 50%, визуальное пропускание 11.8%
- Orion-OIII 14-18 нм, визуальное пропускание 13.8%
- DGM OIII
- Meade Nebular-OIII 14-16 нм, визуальное пропускание 16.7%
- Astronomik OIII 14-20 нм, визуальное пропускание 20,3%
- Astronomik OIII CCD 20-23 нм
- ICS OIII 20-22 нм
- Tele Vue Bandmate OIII 23-25 нм, визуальное пропускание 27,3%
- TS Optics 11-12 нм, темная лошадка - очень бюджетный вариант, согласно официальным данным подрезает линии OIII до 83%/88%, общее визуальное пропускание 9.9%
- Baader Planetarium OIII (в том числе CCD) 8-9 нм, вырезает только длинноволновую OIII, очень темный - визуальное пропускание всего 6.5%
- Custom Scientific 4.5 нм (только 500.7, для фото)
- Hbeta - пропускает область спектра вокруг линии H-beta (486.1нм), в которой особенно много излучают молодые эмиссионные водородные туманности. То есть для визуальных наблюдений это замена фотографическому Halfa. Поскольку этот фильтр не пропускает в том числе и участок OIII дублета, то с его помощью можно выделять некоторые детали и в комплексах туманностей вроде Большой Туманности Ориона. В остальном механизм работы этого фильтра схож с работой OIII, только полоса пропускания у него уже и эффективность в отсечение фонового широкополосного излучения неба еще выше. Вот мои данные по моделям этого фильтра:
- Lumicon Hbeta 9-11 нм, общее визуальное пропускание 10.1%, Hbeta пропускается на 97%
- Thousand Oaks H-beta 11-12 нм, общее визуальное пропускание 10.8%, Hbeta пропускается на 98%
- Astronoimik Hbeta 16-18 нм, общее визуальное пропускание 12.6%, Hbeta пропускается на 98%
- Orion Hbeta 12-13 нм, общее визуальное пропускание 9.5%, Hbeta пропускается на 90%
- Custom Scientific 4.5 нм, общее визуальное пропускание 4.3%, Hbeta пропускается на 75%
- Baader Planetarium Hbeta 8-9 нм, общее визуальное пропускание 5.4%, Hbeta пропускается на 70%
Дополнительная информация
Стоит заметить, что полоса пропускания на уровне 50% - довольно неустойчивый параметр фильтров и колеблется от партии к партии, от года к году. Кроме того важными параметрами так-же является пропускание в максимуме, пологость/крутизна границ пропускания, насколько полностью блокируются нерабочие участки фильтрации. Тут данных намного меньше. См. в частности следующие ссылки- http://www.cloudynights.com/ubbthrea.../o/all/fpart/1
- http://www.astrosurf.org/buil/filters/curves.htm
- http://www.astroamateur.de/filter/
- http://home.freeuk.com/m.gavin/grism2.htm
- http://www.sas.org.au/filters.htm
- http://pages.sbcglobal.net/raycash/filters.htm
- http://www.cloudynights.com/item.php?item_id=387
- http://www.cloudynights.com/item.php...d=63&pr=2x9x42
- http://www.cloudynights.com/ubbthrea...t=1&PHPSESSID=
Что-же приобрести из указанных фильтров при, как всегда, ограниченных средствах?
Надо иметь ввиду, что базовыми являются OIII и H-beta фильтры. Первый лучше всего работает по старым туманностям вроде остатков сверхновых, планетарным туманностям и вторичным диффузным туманностям, которые уже в значительной мере обогащены остатками деятельности звезд (их распадом). И таких туманностей большинство. Второй - для более редких молодых туманностей (строительного материала образования звездных скоплений) состоящих в основном из чистого водорода с небольшими примесями более тяжелых элементов. UHC же фильтр это во многом простая замена первым двум, когда разбирать что лучше нет желания, времени и просто нет денег на два фильтра из первой пары. Туманности с равным вкладом в свечение и водорода, и кислорода достаточно редки - только они и выглядят в UHC более выигрышно, чем в OIII или в H-beta.
Так что простая бюджетная альтернатива при подборе фильтров следующая: или один UHC (может быть 2" и от лучшего бренда) чтобы покрыть и молодые и старые туманности, или пара фильтров OIII + H-beta (может быть 1.25" и от производителей второго плана) с возможностью подбора лучшего фильтра под ту или иную туманность.
Хотя возможны и более мелко нарезанные варианты оборудования своей обсерватории дипскай-фильтрами:
- в самом дешевом (бюджетном) случае выбирайте один из двух следующих вариантов:
- или 1.25" UHC сомнительного происхождения и скорее всего с широкой полосой пропускания
- или столь-же сомнительный 1.25" OIII - полоса пропускания будет поуже, чем у UHC того-же происхождения и "старые" туманности будут выделяться более контрастно, но при этом теряем чисто водородные туманности
- по дороже - один из следующих вариантов:
- один 1.25" UHC от приличного производителя вроде Lumicon с узкой полосой пропускания и наилучшим контрастом изображения
- один 1.25" OIII от приличного производителя - по сравнению с первым вариантом теряем водородные туманности, но получаем более контрастные изображения "старых" туманностей, которых большинство
- дешевый UHC но в 2" исполнении - по сравнению с первым пунктом проигрываем в контрасте, но выигрываем в доступном поле зрения
- дешевый 2" OIII - с большим полем зрения, скорее всего без особых потерь в контрасте, но с потерями водородных туманностей
- пара дешевых OIII и H-beta в 1.25" исполнении - скорее всего без потерь в контрасте, но с большими хлопотами при наблюдениях - придется менять фильтры под объект наблюдения
- еще дороже - с опорой только на "приличных" производителей, с узкими полосами пропускания
- один 2" UHC - делаем доступным 2" наблюдения с очень хорошим контрастом по большинству диффузных туманностей
- один 2" OIII - с еще большим контрастом по "старым" туманностям, но с потерей "молодых" - водородных туманностей
- пара 1.25" OIII и H-beta - по сравнению с первым вариантом теряем в поле зрения, выигрываем в контрасте, так как получаем возможность подогнать фильтр под наблюдаемый объект
- совсем дорого (тоже только от Lumicon, Astronomic и тому подобных), один из следующих:
- пара 2" OIII и H-beta
- один 2" UHC и пара 1.25" OIII и H-beta
- один 2" UHC и 2" OIII - с небольшой потерей в части водородных туманностей
- бескомпромиссно: все три фильтра от Lumicon и в 2" исполнении
OIII фильтры первого и второго рода
Хочу обратить внимание на один момент связанный с особенностями спектра в линиях OIII многих "старых" туманностей на примере БТО.
Посмотрите на график спектра ядра туманности М42 (Большая Туманность Ориона) Это типичный график старой диффузной туманности. Большая часть излучения туманности сосредоточена в линиях аш-альфа (высокий пик справа) - интересной более для фотографов и более длинноволновой OIII (большой пик в центре) - хорошо видимой визуально. В то время как вторая (более коротковолновая) линия OIII и еще более коротковолновая H-beta едва по своей интенсивности дотягивают до половины того что дают первые две линии.
Анализ графика говорит, что наиболее эффективным по таким туманностям должен быть OIII фильтр второго рода, который имеет полосу пропускания уже, чем у традиционного фильтра OIII первого рода, и пропускает только кусок спектра включающий длинноволновую (более интенсивную) линию OIII. Типичным образчиком такого фильтра является OIII от Baader. Традиционный OIII фильтр (включая и Lumicon) первого рода имеет полосу пропускания вдвое более широкую (соответственно с вдвое более ярким фоном) и при этом яркость полезного сигнала за счет включения второй линии OIII возрастает всего раза в полтора - итоговый контраст (при более ярком изображении) должен быть поменьше. Использование UHC фильтра по этому объекту увеличивает полосу пропускания еще вдвое, что примерно вдвое увеличивает яркость фона и добавляет примерно 25% яркости туманности за счет включения излучения H-beta линии - итоговый контраст изображения еще больше больше падает.
То есть при наблюдениях подобных объектов контраст изображения падает при переходе от OIII фильтра второго рода (узкая полоса вокруг более яркой линии OIII), к OIII фильтру первого рода (обе линии OIII) и далее к UHC (обе OIII + H-beta). Скажем такому яркому объекту, как Туманность Ориона это не сильно помешает (при наблюдениях вдали от уличной городской засветки), но для более тусклых туманностей это надо принимать во внимание. Понятно, что более сильная фильтрация гасит не только фон, но и блеск звезд фона, снижая для некоторых зрелищность объектов.
Эффективность фильтров
Немного математики.
Пусть яркость объекта наблюдения B, а яркость фона Bo, тогда нормированный контраст изображения объекта по отношению к фону без фильтрации составит:
k = (Bo+B - Bo)/(Bo+B + Bo) = B/(B + 2Bo)
Если фильтр имеет эффективное пропускание (пропускание белого спектра взвешенное на спектральную чувствительность приемника/глаза) E, а процент излучения объекта наблюдения в полосе пропускания фильтра составляет P, то контраст фильтрованного изображения считается следующим образом:
k' = P*B/(P*B + 2*E*Bo)
То есть, при малом B/Bo получаем что контраст фильтрованного изображения составляет
k' = k*P/E
то есть увеличивается пропорционально отношению P к E.
К примеру, яркость объекта гасится фильтром до P = 80% (как при наблюдениях большинства планетарных туманностей), а сполошной фон им гасится до E = 12.5% (как у хороших OIII фильтров). Контраст при этом вырастает в 80%/12.5% = 6.4 раз! Понятно почему дипскай фильтры произвели в свое время такой фурор на рынке астролюбительской оптики. С другой стороны, если воспользоваться неэффективным фильтром вроде UHC-S с E = 54.5% мы получим выигрыш контраста всего в 1.6 раз по сравнению с нефильтрованным изображением.
Так что ключевым параметром эффективного дипскай фильтра является отношение пропускания спектра объекта к пропусканию им сплошного спектра (и то и другое с учетом спектральной чувсвительности зрения или приемника).
Назад к оглавлению статей