Применение фильтров для наблюдений за дипскай объектами

Визуальные наблюдения за туманностями, галактиками и звездными скоплениями привлекают многих любителей астрономии, несмотря на определенные трудности их проведения, связанные прежде всего с очень малым контрастом этих объектов на фоне ночного неба. Обычно поверхностная яркость туманностей лишь ненамного превосходит его яркость в безлунную ночь. Особенно сильно падает контраст в условиях "светового загрязнения" - даже незначительной засветки неба какими-либо посторонними источниками света. Недаром такие объекты часто называют "deep-sky объектами" или, иначе, "объектами глубоко черного неба". Для более успешного обнаружения туманностей было бы желательно повысить их контраст с фоном неба, для чего придется либо увеличить поверхностную яркость самого объекта, либо снизить яркость фона. Если в первом случае мы бессильны что либо предпринять, относительная яркость неба может быть довольно значительно уменьшена при наблюдениях со специальными светофильтрами.

Чтобы понять принцип, на котором основано действие таких фильтров, сравним спектры излучения ночного неба и газовых туманностей. Спектр свечения ночного неба (рисунок снизу) состоит из довольно слабого непрерывного излучения во всем видимом диапазоне длин волн и нескольких ярких спектральных линий, которые и вносят наибольший вклад в уровень свечения неба. Среди этих линий можно выделить те, которые видны всегда, независимо от места наблюдения (они возникают в верхних слоях атмосферы), и линии от источников искусственного происхождения, излучение которых рассеивается атмосферой Земли. К первым можно отнести линии ионизированных кислорода и натрия. Ко второму типу относятся линии ртути, излучаемые ртутными лампами высокого давления, в основном используемыми для освещения улиц, а также натриевые линии от применяемых в последнее время для тех же целей натриевых ламп (имеющих ярко выраженный желтый цвет свечения). Спектры туманных объектов также не одинаковы по своему виду. Излучение галактик распределено примерно одинаково по всему спектру, поскольку оно складывается из света, испускаемого миллионами звезд, населяющих галактики. Совсем другой характер имеет излучение газовых туманностей (диффузных и планетарных). Они светятся за счет эмиссии (переизлучения) света ближайших звезд. В силу того, что такие туманности чаще всего состоят из водорода, гелия, кислорода и азота, основная часть излучения приходится на спектральные линии этих элементов. То же самое относится и к спектру комет. Приближаясь к Солнцу, ядро кометы начинает испаряться и за ним вырастает газопылевой хвост, значительная часть излучения которого также испускается на определенных длинах волн. По счастливой случайности основные (наиболее яркие) эмиссионные линии излучения в спектрах газовых туманностей и комет лежат чуть в стороне от линий излучения ночного неба и могут быть довольно успешно выделены специальными фильтрами. Правда, эти фильтры должны иметь сравнительно узкую полосу пропускания, чтобы эффективнее отделить полезный сигнал от фона. Такие светофильтры за рубежом выпускаются серийно целым рядом фирм ("LUMICON", "CELESTRON", "ORION" и др.) и представляют собой интерференционные светофильтры с диэлектрическими многослойными покрытиями, эффективно выделяющие области спектра 480...500 нм и небольшой участок вблизи 650 нм. Именно здесь сосредоточено основное излучение столь интересных любителю deep-sky объектов. Однако, такие фильтры дороги и практически недоступны большинству наших любителей.

Рисунки: Типичные спектры излучения ночного неба в диапазоне длин волн 400...700 нм при отсутствии засветки городскими огнями (нижняя кривая) и при городской засветке (верхняя кривая). Указаны наиболее яркие линии излучения. В силу выбранного масштаба наиболее сильные линии излучения на верхней кривой выходят за пределы графика и условно ограничены по своей величине (изображены в виде площадок).

Автор попытался найти более простой и доступный выход из этой ситуации, позволяющий создать подобный фильтр, пусть даже обладающий несколько худшими характеристиками, но зато без применения дорогостоящей технологии. Наиболее приемлемым было бы подобрать из существующих цветных стекол такое, которое имело бы похожий вид кривой спектрального пропускания и сделать из него обычный абсорбционный светофильтр. Правда, его параметры при этом окажутся заведомо хуже, чем интерференционного, но в сложившейся ситуации, как говорится, "не до жиру...". Для получения заметного эффекта необходимо выделять довольно узкий спектральный диапазон спектра вблизи длины волны 500 нм, где и сосредоточены основные линии излучения туманностей и комет. В каталоге советского цветного стекла не существует полностью удовлетворяющей этому требованию марки стекла, поэтому пришлось воспользоваться комбинацией из двух стекол. Наиболее оптимальным оказалось сочетание стекол СЗС22 (толщиной 4 мм), "обрезающего" длинноволновую область спектра выше 550 нм и ЖС16 (толщиной 2 мм), не пропускающего излучение с длиной волны короче 460 нм. График интегрального коэффициента пропускания полученного фильтра представлен на верхнем рисунке. Как можно видеть, его полоса пропускания незначительно отличается от аналогичной у "deep-sky" фильтра, имея лишь более "пологий" ход. Для оценки "фильтрующей" способности было рассчитано пропускание такого фильтра для наиболее "вредных" линий спектра свечения ночного неба, а также значения пропускания на "рабочих" длинах волн, попадающих в диапазон 480...520 нм. Результаты расчетов приведены в таблицах. Как можно видеть, получившийся фильтр позволяет добиться ощутимого ослабления для большинства линий свечения неба, лишь немного уступая в этом "фирменным" интерференционным. Только для ртутной линии 546.1 нм мы имеем довольно скромный выигрыш в 2 раза, поэтому с таким фильтром лучше удалиться подальше от городских ртутных ламп (имеющих явно выраженный голубоватый цвет свечения), против света которых он бессилен. Пробные наблюдения показали, что этот светофильтр, вообще говоря, малоэффективен при использовании в городе, однако он ощутимо повышает контраст туманных объектов при полном отсутствии посторонней засветки за городом. Особенно это касается комет и слабых планетарных туманностей. Это неудивительно, если учесть, что основная часть излучения этих объектов сосредоточена в диапазоне спектра 490...510 нм. Преимуществом указанного фильтра служит также нечувствительность его к расположению в оптической системе. Известно, что интерференционные фильтры удовлетворительно работают лишь в пучках света, близких к параллельным, так что их приходится размещать либо перед объективом телескопа (особенно, если это светосильное зеркало) или сразу же после окуляра, что не всегда удобно. Стеклянный же фильтр может располагаться где угодно.

Таб.1 Сравнительные характеристики пропускания фильтров для наиболее интересных линий излучения в спектрах туманностей:
Длина волны l (нм) Принадлежность
линии
Пропускание интерференционного фильтра Пропускание абсорбционного фильтра
486.1 Hb 87% 86%
496.9 OIII 86% 87%
500.7 OIII 92% 87%
656.3 Ha 77% -


Таб.2 Сравнительные характеристики остаточного пропускания фильтрами наиболее ярких линий излучения спектра ночного неба:
Длина волны
l (нм)
Принадлежность
линии
Пропускание интерференционного фильтра Пропускание абсорбционного фильтра
436 Hg - -
546 Hg - 50%
558 O2 - 19%
570 Na - 9%
579 Hg - 3%
583 Na - 3%
630 O2 19% -
636 O2 46% -

г 1998, I.Rozivika
г Procyon Astro Society