Oštrina slike u ljudskom oku zavisi od (1) nivoa osvetljenosti slike, i (2) od kontrasta između njenih detalja. Nizak nivo osvetljenosti izbleđuje sliku, ali i previše svetla takođe umanjuje njenu oštrinu, time što izaziva preterano rasipanje svetlosti i delimično zaslepljenje u oku. Međutim, razlika između nivoa nedovoljne i nivoa preterane osvetljenosti je vrlo široka, jer je oko relativno neosetljivo na samu jačinu svetlosti. Ono na šta je naše oko izuzetno osetljivo je promena u kontrastu, koji je određen razlikom u jačini zračenja sa dve ili vise susednih površina, u ovom slučaju detalja slike nebeskog tela, ili kompletne slike prema pozadini. Filteri, dakle, mogu da poboljšavaju oštrinu slike na dva načina: (1) time što smanjuju preterano osvetljenje, i (2) time što popravljaju kontrast bilo slike u celini, ili njenih detalja, tako što selektivno blokiraju određene delove svetlosnog spektra. Prema tome, filteri se mogu podeliti na dve osnovne grupe: (1) filteri za smanjenje ukupnog zračenja, i (2) filteri za smanjenje ili blokiranje zračenja u određenim delovima spektra. Prve možemo zvati "redukcioni" filteri, zato što im je osnovna svrha redukcija ukupnog zračenja, dok druge možemo zvati "selektivni filteri" zato što im je osnovna funkcija selekcija određenih delova spektra. Mada imaju različita svojstva i namene, ono što je zajedničko svim filterima je da omogućuju da se kroz teleskop vidi više, ponekad mnogo više nego bez njih.
1. Redukcioni filteri
Ova grupa filtera nije velika, pošto se upotrebljava za smanjenje preteranog sjaja, a među nebeskim telima ima svega nekoliko njih dovoljno sjajnih da to izaziva problem kada se posmatraju teleskopom. Ovi objekti su Sunce, Mesec i pet najsjajnijih planeta. Ovi filteri mogu da budu korisni i za druge objekte, na primer razdvajanje bliskih dvojnih zvezda od kojih je jedna vrlo sjajna.
U osnovi, postoje dve vrste redukcionih filtera: (1) neutral density ili ND i (2)polarizacioni.
ND filteri se prave od različitih materijala, na primer od specijalno tretiranog stakla za ND filter za Mesec, ili od metala i polimera u slučaju ND filtera za Sunce. Količina svetlosti koju propusta ND filter data je data brojem koji označava njegovu gustinu ("density") dok "neutralan" znaci da ovaj filter propusta svetlost približno ravnomerno sirom vidljivog spektra. Na primer, filter koji ima "density5" propusta 1/10^5 ili 1/100.000 deo primljene svetlosti, dok filter koji ima "density0.4" propusta 1/10^0.4 ili 1/2.5.
Filter za prigušene sjaja Sunca mora da blokira oko 99.999% sunčeve svetlosti. Sunčev sjaj je toliko intenzivan da bi pokušaj da se posmatra direktno kroz teleskop, bez filtera, prouzrokovao ozbiljno oštećenje vida i slepilo. Takođe, upotreba slabijeg filtera, makar i takvog koji blokira 99.99% svetlosti, može da prouzrokuje trajno oštećenje vida. Zato je vrlo preporučljivo da se za posmatranje Sunca upotrebljavaju samo filteri koji su specijalno napravljeni za tu svrhu. Savet vredan pažnje je da se za posmatranje Sunca upotrebljavaju samo filteri koji se postavljaju ispred objektiva teleskopa. Mali filteri za Sunce koji se montiraju ispred okulara su izloženi preteranoj temperaturi fokusirane sunčeve svetlosti, i samo je pitanje vremena kada će da puknu. Ako se pri tome rasprsnu - što može i ne mora da se dogodi, ali ja lično se ne bih igrao s tim - vrlo verovatna posledica je trajno slepilo oka izloženog direktnoj fokusiranoj Sunčevoj svetlosti.
Postoji nekoliko vrsta filtera za prigušivanje Sunčeve svetlosti. Najjednostavniji (i najjeftiniji) je vrsta aluminizirane folije, koja se duplira ispred objektiva, sa sjajnijom stranom prema suncu. Ovaj filter se najčešće prodaje pod imenom Mylar, i sama folija može da se dobije, u zavisnosti od kvaliteta, od nekoliko dolara do 2-3 puta toliko za 0.5m x 1m komad. Ovde vazi "koliko para - toliko muzike". Nedostatak ovog filtera je da daje plavičasto-belu sliku sunčevog diska (dakle, nije zaista "neutralan"), što može da se otkloni dodatkom tamno-žutog ili narandžastog filtera.
Sličan po izgledu Maylar filteru je Baader AstroSolar filter, koji se sastoji od tankog sintetičkog filma sa metalnim slojem sa obe strane. Sunce u njemu izgleda kao beličast disk, i verovatno ima najbolji kontrast od filtera za sunce dostupnih amaterima. Cena mu je oko \(30 za 20cm x 30cm komad. Nešto skuplji, mada ne tako dobri, su filteri napravljeni od specijalnog polimera. Cena im se kreće između \)50 i \(90 za teleskope od 6cm do 20cm. Filteri za Sunce se takođe prave i od stakla sa tankim slojem nikala i/ili hroma (sa mogućim dodatnim primesama), daje dobar kontrast, i košta od oko \)70 do \(150 za 6cm do 20cm teleskope. Sunčev disk u njima ima žućkastu ili narandžastu boju, što znači da ni jedan od filtera za Sunce na pokazuje sunčev disk u njegovoj pravoj, belo-žućkastoj boji. To je više "estetski" problem, i ne utiče bitno na kvalitet osmatranja. Upotreba filtera za Sunce čini mogućim posmatranje sunčevog diska, sunčevih pege, kao i neprekidno vrenje sunčeve površinske mase (ali ne i protuberance; za njih je neophodan specijalan "selektivni" filter o kome će biti reči malo kasnije).
Polarizacioni filteri su po efektu slični ND filterima. Može se reći da su oni jedini istinski "neutralni" filteri, zato što ne izazivaju čak ni najmanje promene u spektralnim karakteristikama vidljive svetlosti. Prave se od posebnog "polarizovanog" stakla, i takođe mogu da imaju različite stepene propuštanja svetlosti. Ova vrsta filtera može da se nabavi kao "promenljivi" polarizacioni filter, koji se sastoji od dva polarizaciona filtera, gde se stepen propuštene svetlosti menja promenom položaja (rotiranjem) jednog od ova dva filtera. Raspon u kome polarizacioni filteri propuštaju svetlost je od nekoliko procenata do nekoliko desetina procenata - znatno uži nego u slučaju ND filtera. Kao i ND filteri sličnih svojstava, polarizacioni filteri se koriste za posmatranje Meseca, najsjajnijih planeta u većim teleskopima, kao i Venerinih i Merkurovih faza. Cena ovakvih filtera na američkom tržištu je nekih \)15 za ND filter za Mesec, oko \(20 za običan polarizacioni, i \)40-\(50 za "promenljivi" polarizacioni filter.
2. Selektivni filteri
Ova grupa filtera je znatno raznovrsnija nego prethodna, i upotrebljava se za najraznovrsnije objekte i situacije. Za razliku od prethodne grupe filtera, koji smanjuju jačinu zračenja približno ravnomerno sirom spektra vidljive svetlosti, selektivni filteri smanjuju ili blokiraju određene delove svetlosnog spektra, dok propuštaju veći deo svetlosti ostatka spektra. Prema širini spektra koji propuštaju, ovi filteri mogu da se podele na tri osnovne grupe: (1) filteri širokog raspona, (2) filteri uskog raspona. Mada ne postoji oštra granica između prve dve grupe, filteri koji propuštaju više od oko 30nm (nm=nanometar, milioniti deo milimetra) spadaju u filtere širokog raspona, dok filteri koji propuštaju manje od 30nm (na nivou transmisije od 50%) spadaju u filtere uskog raspona. U filtere širokog raspona spada većina takozvanih "fotografskih" ili "obojenih" filtera, kao i blaža varijanta LPR ("light pollution reduction") filtera. U filtere uskog raspona spadaju jače varijante LPR filtera, kao i filteri koji propuštaju vrlo uzak deo spektra oko određenih spektralnih linija, ili ne vise od jedne jedine spektralne linije. Zbog toga se ovi poslednji cesto nazivaju "linijski" filteri. Među njih spadaju O3 (Oxygen3), H-beta i H-alfa.
2.1. Filteri širokog raspona
Upotreba filtera u astronomiji počela je sa "obojenim" ili "foto-vizualnim" filterima. Tradicionalno, ovi filteri su najčešće pravljeni od specijalno tretiranog stakla, ili od želatina, tako da propuštaju veći deo svetlosti u jednom delu spektra, dok upijaju ili rasipaju najveći deo svetlosti u ostatku spektra. Njihova boja pokazuje koji deo vidljivog spektra (od 400nm do 700nm) propuštaju. Na primer, plavi filteri propuštaju talasne dužine od 400nm do 500nm, zeleni filteri propuštaju talasne dužine od preko 500nm do blizu 600nm, žuti filteri propuštaju od oko 500nm naviše, dok crveni filteri propuštaju od oko 600nm naviše. U novije vreme sve više su zastupljeni tzv. "interferencioni" filteri, koji koriste specijalne interferencione materijale nanesene na staklo da blokiraju ili propuste određene delove spektra. Za razliku od tradicionalnih filtera, interfencioni filteri ne upijaju niti rasipaju svetlost koju ne propuštaju, nego je odbijaju nazad. To čini da prednja strana ovih filtera ima drugačiju boju od zadnje strane, zbog čega se ponekad nazivaju "dichroic". Ovi filteri imaju znatno bolje odvajanje boja i delova spektra nego tradicionalni "obojeni" filteri. Ipak, u vizualnoj astronomiju još uvek se pretežno upotrebljavaju tradicionalni filteri, najčešće montirani u prednji deo okulara. Osobine tradicionalnih obojenih filtera su određene Wratten brojem.
Wratten klasifikacija obuhvata stotinak filtera. Među one koji imaju najširu upotrebu spadaju žuto-zeleni (Wratten#11), ili tamno-žuti #15 (daju bolji kontrast površini Meseca, polarnih kapa Marsa, crvenkastih detalja u atmosferi Jupitera i Saturna, oblaka Venere, ublažavaju hromatizam refraktora...), crveni #23 (za bolju oštrinu slike faza Venere i Merkura...), zeleni #58 (za bolji kontrast površine Meseca, određenih detalja na Jupiteru i Marsu...) i plavi #80A (površina Meseca, detalji na Jupiteru i Saturnu, polarne kape Marsa...). Ono što je zajedničko svim ovim filterima je da propuštaju samo deo vidljive svetlosti (od ispod 1/10 do oko 3/4, u zavisnosti od filtera), ali promenom odnosa jačine osvetljenosti različitih elemenata slike poboljšavaju kontrast slike u celini ili, češće, kontrast određenih njenih delova i detalja. Cena ovih filtera na američkom tržištu kreće se od \)10 do \(15 dolara po komadu.
Jedna vazna napomena. Bilo bi pogrešno očekivati od ovih filtera čudo, novi svet na prvi pogled kroz njih. Detalji na diskovima planeta su najčešće vrlo teško uočljivi, i potrebno je posmatračko iskustvo da bi se od filtera zaista izvukla korist. Osnovno pravilo ovde je: "Što duže gledaš, više vidiš". Da ne bi sve bilo suviše jednostavno, ovo pravilo mora da se uskladi sa drugim, fiziološkim pravilom, koje kaže da oko posmatrača mora da bude opušteno i odmorno da bi dostiglo najviši nivo osetljivosti.
Pored obojenih filtera, u filtere širokog raspona spadaju i tzv. "broadband" (interferencioni) LPR filteri. Mada se njihova svojstva donekle razlikuju od modela do modela, svi oni u osnovi blokiraju delove spektra u kojima zrače izvori nepoželjnog pozadinskog osvetljenja neba, kao ššto su ulično osvetljenje (oko 410nm, 440nm, 545nm , 605nm and 615nm za merkurijum lampe, i oko 565nm i 590 nm za natrijum lampe) i jonizovani kiseonik u atmosferi (oko 555nm i 620nm). Ovi filteri zatamnjuju pozadinu noćnog neba, ali po cenu blokiranja oko 1/3 vidljive svetlosti. Time što zatamnjuju pozadinu ovi filteri popravljaju kontrast i vidljivost većine emisionih maglina, ali zato zvezde i objekti koji emituju pretežno zvezdanu svetlost (zvezdana jata, reflektivne magline i galaksije) obično izgledaju nešto lošije, ponekad primetno lošije, u ovim filterima. Razlog tome je da zvezde zrače svetlost širom vidljivog spektra, tako da je 1/3 u gubitku svetla veći činilac nego dobitak u vidu tamnije pozadine. Sa druge strane, emisione magline (većina maglina spada u ovu vrstu), više dobijaju nego što gube zato što zrače pretežno u nekoliko vrlo uzanih delova spektra (H-beta, O3 i H-alfa spektralne linije), koje su van dela spektra koji blokiraju "broadband LPR" filteri. Cena ovih filtera na američkom trzistu je obično oko \)70. Mada ovi filteri nose naziv "light pollution reduction" (LPR) zbog toga što blokiraju delove spektra u kome zrače izvori neželjenog pozadinskog ozračena noćnog neba, oni u stvari jedino poboljšavaju vidljivost emisionih maglina, po cenu degradacije vidljivosti svih ostalih objekata. Očigledno, naziv "light pollution" za ove filtere nije bas pogođen. Ovo još više vazi za njihove "rođake", tzv. "narrowband" LPR filtere.
2.2. Filteri uskog spektra
U ovoj grupi su tzv. "narrowband LPR" filteri i "linijski" filteri. "Narrowband" LPR propustaju samo uzak deo spektra oko O3 i H-beta linija (između 480nm i 510nm) , ponekad i H-alfa na 656nm, što čini svega oko 1/4 vidljive svetlosti, pod uslovom da je oko potpuno prilagođeno mraku (vidi sliku). Crvena H-alfa linija je neretko dominantna linija zračenja emisionih maglina (sto se vidi po karakterističnoj crvenkastoj boji na fotografijama), ali je bitna jedino za astrofotografiju, posto je oko malo osetljivo na zračenje u ovom delu spektra. Zahvaljujući eliminaciji većeg dela vidljive svetlosti, pozadina neba u "narrowband LPR" filterima je znatno tamnija nego u "broadband LPR", što čini da emissione magline pokazuju dramatično više detalja. Međutim, objekti koji zrače ili odbijaju zvezdanu svetlost gube znatno više u sjaju nego što dobijaju na kontrastu, tako da izgledaju primetno ili bitno lošije nego bez ovih filtera. Njihova cena na američkom tržištu je oko \(100.
|
|
| Slika pokazuje razliku u osetljivosti oka u rasponu vidljivog spektra dok oko nije prilagođeno mraku (A), i oka prilagođenog mraku (B). Očigledno je da upotrebljivost tzv. "narrowband" LPR filtera, uključujući O3 i H-beta, bitno zavisi od toga da li je i u kolikoj meri oko prilagođeno mraku (zahteva bar pola sata u mraku, bez izlaganja svetlosti, uključujući Mesec direktno ili kroz teleskop, i sjajne planete u teleskopu). |
Upotreba "linijskih" filtera u amaterskoj astronomiji je novijeg datuma. Mada se ne koriste toliko cesto kao prethodno opisane vrste filtera, njihova popularnost raste polako ali sigurno. Tri osnovne vrste ovih filtera u amaterskoj astronomiji su O3, H-beta i H-alfa. Prva dva se koriste za posmatranje emisionih maglina, dok se H-alfa koristi za posmatranje sunčevih protuberanci.
Oxygen3, ili O3 (piše se i OIII) filter propušta samo vrlo usku spektralnu zonu između dve O3 linije kiseonika na 496nm i 501nm. Neke emisione magline - posebno planetarne, koje često zrače većinu svetlosti oko ove dve spektralne linije - su u ovom filteru jasnije nego u "narrowband" LPR filterima, ali po cenu skoro potpunog blokiranja zračenja zvezda. To je razlog da ovi filteri daju izuzetne rezultate čak i na mestima gde nema iole znatnijeg veštačkog osvetljenja noćnog neba. H-beta filter, koji propušta samo H-beta liniju vodonika na 486nm je znatno manje svestran od O3 filtera zbog toga što je broj maglina koje zrače većinu svetlosti u H-beta liniji mali (među njima Horsehead, California, Cocoon). Cena O3 i H-beta filtera je približno ista, i slična ceni "narrowband LPR", oko \)100. Mada se O3 i H-beta filteri ponekad ubrajaju u LPR, njihova namena je, kao i u slučaju "broadband" i "narrowband" LPR (samo znatno više), u stvari izolovanje zračenja emisionih maglina blokiranjem ostatka vidljivog spektra, uključujući zračenje zvezda. Nijedan od ovih filtera nije ono na šta taj naziv pogrešno upućuje - filter koji popravlja vidljivost svih nebeskih objekata time što odstranjuje nepoželjno pozadinsko osvetljenje noćnog neba.
Filter za komete (takozvani "Swan", po C2 spektralnoj emisiji koju propusta). Ovaj filter radi samo za komete sa pretežno gasovitim omotačem, koje najčešće emituju većinu svetlosti u "Swan"-ovim spektralnim zonama molekularnog ugljenika, a pre svega u zoni od 517nm do oko 500nm. Ovi filteri obično propuštaju deo spektra od oko 495nm do oko 520nm. Međutim, ako je omotač komete pretežno od čestica prašine koje svetle zato što odbijaju sunčevu svetlost, ovaj filter će samo da umanji njen sjaj. On normalno spada u filtere uskog spektralnog raspona, i košta kao većina filtera u toj klasi, oko \(100.
Poslednji i najređe upotrebljavani u amaterskoj astronomiji linijski filter je H-alfa, koji izoluje vrlo uzak deo spektra oko crvene H-alfa linije na 656.3nm. Ovaj filter omogućuje da se posmatraju protuberance na Suncu, sto je vrlo skup spektakl s obzirom da najjeftiniji filteri ove vrste koštaju blizu hiljadu (američkih) dolara, dok oni skuplji koštaju do nekoliko puta više. Najjeftiniji filteri ove vrste obično imaju raspon od oko 1.5 A (Angstrom, deseti deo nanometra), dok su oni skuplji i kvalitetniji obično oko optimalnih 0.8A. Mada je raspon od 3-4A dovoljno uzak da se vide protuberance, za zaista kvalitetnu sliku nije poželjno da je ovaj raspon siri od oko 1A. H-alfa filter se u stvari sastoji iz dva dela: jedan je za smanjenje jačine zračenja (i aperture) koji ide ispred objektiva, dok filter za izdvajanje H-alfa linije ide ispred okulara. Kompletan filter može da teži blizu 0.5kg, a može biti i teži ako uključuje aparat za održavanje temperature (posto bitna promena u temperaturi može da promeni svojstva ovog filtera u dovoljnoj meri da ovaj više ne ispunjava krajnje stroge zahteve neophodne za njegovo uspešno funkcionisanje). Sa napretkom tehnologije cene padaju.
3. Zaključak
Cilj ovog članka je da se da osnovna slika o filterima koji se koriste u amaterskoj astronomiji, o principu njihovog rada i vrstama. Dok se Sunce može posmatrati i bez filtera, koristeći projekciju sunčeve slike u teleskopu na neku svetlu površinu, filteri su neophodni da se sa datim teleskopom vidi više detalja na površini Meseca i sjajnih planeta, i još više, da se iz mora svetlosti rasute noćnim nebom izvuku jasnije i, ponekad, bez filtera potpuno nevidljive slike emisionih maglina. Svako ko koristi teleskop za astronomska posmatranja trebalo bi da ima nekoliko osnovnih filtera: Baader filter za Sunce, neutralni ili polarizacioni filter za jasniju sliku Meseca i pet najsjajnijih planeta (Merkur, Venera, Mars, Jupiter i Saturn), nekoliko obojenih filtera za jasniju sliku detalja na diskovima Jupitera, Saturna, Marsa, Venere i Meseca, kao i tzv. "narrowband LPR" ili O3 filter za mnogo bolju sliku emisionih maglina. Ukupna cena ovakvog jednog seta filtera je oko \)200.
Mnogo se može reći o praktičnoj upotrebi filtera. Takođe, postoje bitne razlike između njihove upotrebe u vizualnoj astronomiji i u astrofotografiji, uglavnom zbog različitih osetljivosti oka, filma i CCD čipa na zračenja u različitim talasnim dužinama. Ovo be mogle biti teme za neki od narednih članaka.