ฟิลเตอร์ดาราศาสตร์

ฟิลเตอร์ดาราศาสตร์เป็น อุปกรณ์เสริมของ กล้องโทรทรรศน์ประกอบด้วยตัวกรองแสง ที่ นักดาราศาสตร์สมัครเล่นใช้เพื่อปรับปรุงรายละเอียดและความคมชัดของวัตถุบนท้องฟ้าไม่ว่าจะเพื่อการชมหรือการถ่ายภาพดาราศาสตร์ในทางกลับกันนักดาราศาสตร์วิจัย ใช้ ฟิลเตอร์แบบแถบความถี่ต่างๆสำหรับการวัดแสงบนกล้องโทรทรรศน์ เพื่อให้ได้ค่าการวัดที่เปิดเผย คุณสมบัติ ทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ของวัตถุ เช่นการจำแนกประเภทของดาวฤกษ์และการวางตำแหน่งของวัตถุบนเส้นโค้งเวียน (Wien curve )
ตัวกรองทางดาราศาสตร์ส่วนใหญ่ทำงานโดยการปิดกั้นส่วนเฉพาะของสเปกตรัมสีที่อยู่เหนือและใต้แถบความถี่ทำให้เพิ่มอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนของความยาวคลื่นที่น่าสนใจอย่างมีนัยสำคัญ และทำให้วัตถุมีรายละเอียดและความคมชัดมากขึ้น ในขณะที่ตัวกรองสีจะส่งผ่านสีบางสีจากสเปกตรัมและมักใช้สำหรับการสังเกตดาวเคราะห์และดวงจันทร์ตัวกรองโพลาไรซ์ทำงานโดยการปรับความสว่าง และมักใช้สำหรับดวงจันทร์ ตัวกรองแบบแถบความถี่กว้างและแถบความถี่แคบจะส่งผ่านความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาจากเนบิวลา (โดย อะตอม ของไฮโดรเจนและออกซิเจน ) และมักใช้เพื่อลดผลกระทบของมลภาวะทางแสง[ 1 ]
มีการใช้ตัวกรองในทางดาราศาสตร์อย่างน้อยตั้งแต่สุริยุปราคาเมื่อวันที่ 12 พฤษภาคม ค.ศ. 1706 [ 2 ]
ตัวกรองแสงอาทิตย์
ฟิลเตอร์แสงสีขาว
แผ่นกรองแสงอาทิตย์จะปิดกั้น แสงแดดส่วนใหญ่เพื่อป้องกันอันตรายต่อดวงตา แผ่นกรองแสงที่ดีมักทำจากกระจกหรือ ฟิล์ม โพลีเมอร์ ที่ทนทาน ซึ่งยอมให้แสงผ่านได้เพียง 0.00001% เท่านั้น เพื่อความปลอดภัย แผ่นกรองแสงอาทิตย์จะต้องติดตั้งอย่างแน่นหนาบนเลนส์วัตถุของกล้องโทรทรรศน์แบบหักเหแสงหรือช่องรับแสงของกล้องโทรทรรศน์แบบสะท้อนแสงเพื่อป้องกันไม่ให้ตัวกล้องร้อนขึ้นมากเกินไป
ตัวกรองแสงอาทิตย์ขนาดเล็กที่ขันเกลียวไว้ด้านหลังเลนส์ใกล้ตาไม่ได้ปิดกั้นรังสีที่เข้าสู่ตัวกล้องโทรทรรศน์ ทำให้กล้องโทรทรรศน์ร้อนขึ้นอย่างมาก และอาจแตกหักได้จากความร้อนกระแทกดังนั้น ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่จึงไม่แนะนำให้ใช้ตัวกรองแสงอาทิตย์ดังกล่าวสำหรับเลนส์ใกล้ตา และผู้จำหน่ายบางรายปฏิเสธที่จะขายและนำออกจากชุดกล้องโทรทรรศน์ ตามที่NASA ระบุว่า : "ตัวกรองแสงอาทิตย์ที่ออกแบบมาเพื่อขันเกลียวเข้ากับเลนส์ใกล้ตาซึ่งมักจะให้มาพร้อมกับกล้องโทรทรรศน์ ราคาไม่แพงนั้น ก็ไม่ปลอดภัยเช่นกัน ตัวกรองแก้วเหล่านี้อาจแตกได้โดยไม่คาดคิดจากความร้อนสูงเกินไปเมื่อกล้องโทรทรรศน์ชี้ไปที่ดวงอาทิตย์ และ ความเสียหาย ต่อจอประสาทตาอาจเกิดขึ้นเร็วกว่าที่ผู้สังเกตการณ์จะขยับตาออกจากเลนส์ใกล้ตาได้" [ 3 ]
มีการใช้ตัวกรองแสงอาทิตย์เพื่อสังเกตและถ่ายภาพดวงอาทิตย์ อย่างปลอดภัย ซึ่งแม้จะมีสีขาว แต่ก็อาจปรากฏเป็นแผ่นดิสก์สีเหลืองส้มได้กล้องโทรทรรศน์ที่มีตัวกรองเหล่านี้ติดตั้งอยู่สามารถมองเห็นรายละเอียดของลักษณะต่างๆ บนดวงอาทิตย์ได้โดยตรงและถูกต้อง โดยเฉพาะจุดบนดวงอาทิตย์และเม็ดเล็กๆบนพื้นผิว[ 4 ]รวมถึงสุริยุปราคาและการเคลื่อนผ่านของดาวเคราะห์ชั้นในอย่าง ดาวพุธและดาวศุกร์บนแผ่นดิสก์ของดวงอาทิตย์
ตัวกรองแบบแถบความถี่แคบ
ลิ่มเฮอร์เชลเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ปริซึมร่วมกับตัวกรองความหนาแน่นกลางซึ่งจะนำความร้อนและ รังสี อัลตราไวโอเลต ส่วนใหญ่ ออกไปจากกล้องโทรทรรศน์ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าตัวกรองประเภทอื่นๆ ตัวกรอง H-alphaจะส่งผ่านเส้นสเปกตรัม H-alpha สำหรับการดูเปลวสุริยะและปรากฏการณ์โปรมิเนนซ์[ 1 ]ซึ่งมองไม่เห็นผ่านตัวกรองทั่วไป ตัวกรอง H-alpha เหล่านี้แคบกว่าตัวกรองที่ใช้สำหรับการสังเกต H-alpha ในเวลากลางคืนมาก (ดูตัวกรองเนบิวลาด้านล่าง) โดยผ่านได้เพียง 0.05 นาโนเมตร (0.5 อังสตรอม ) สำหรับรุ่นทั่วไปรุ่นหนึ่ง[ 5 ]เมื่อเทียบกับ 3 นาโนเมตร–12 นาโนเมตรหรือมากกว่าสำหรับตัวกรองกลางคืน เนื่องจากแถบความถี่แคบและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ กล้องโทรทรรศน์เช่นนี้จึงมักปรับได้ภายในประมาณ ±0.05 นาโนเมตร
NASA ได้รวมตัวกรองต่อไปนี้ไว้ในSolar Dynamics Observatoryซึ่งมีเพียงตัวกรองเดียวที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า (450.0 นาโนเมตร): [ 6 ] 450.0 นาโนเมตร, 170.0 นาโนเมตร , 160.0 นาโนเมตร, 33.5 นาโนเมตร, 30.4 นาโนเมตร, 19.3 นาโนเมตร, 21.1 นาโนเมตร, 17.1 นาโนเมตร, 13.1 นาโนเมตร และ 9.4 นาโนเมตร ตัวกรองเหล่านี้ถูกเลือกเพื่อวัดอุณหภูมิ แทนที่จะใช้เส้นการปล่อยแสงเฉพาะเจาะจง ดังเช่นตัวกรองแถบแคบหลายๆ ตัว เช่น เส้น H-alpha ที่กล่าวถึงข้างต้น
ฟิลเตอร์สี

ฟิลเตอร์สีทำงานโดยการดูดซับ/การส่งผ่าน และสามารถบอกได้ว่าส่วนใดของสเปกตรัมที่สะท้อนและส่งผ่าน ฟิลเตอร์สามารถใช้เพื่อเพิ่มความคมชัดและเสริมรายละเอียดของดวงจันทร์และดาวเคราะห์ สีของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ทั้งหมดมีฟิลเตอร์ และฟิลเตอร์สีแต่ละอันใช้เพื่อแสดงคุณลักษณะเฉพาะของดวงจันทร์และดาวเคราะห์ ตัวอย่างเช่น ฟิลเตอร์สีเหลืองเบอร์ 8 ใช้เพื่อแสดงทะเลของดาวอังคารและแถบของดาวพฤหัสบดี [ 7 ] ระบบ Wratten เป็นระบบหมายเลขมาตรฐานที่ใช้ในการอ้างอิงประเภทของฟิลเตอร์สี ผลิตขึ้นครั้งแรกโดยKodakในปี พ.ศ. 2452 [ 1 ]
ฟิลเตอร์ระดับมืออาชีพก็มีสีเช่นกัน แต่จุดศูนย์กลางของแถบความถี่จะถูกวางไว้รอบๆ จุดกึ่งกลางอื่นๆ (เช่นใน ระบบ UBVRI และ Cousins )
ตัวกรองสีทั่วไปบางชนิดและการใช้งานมีดังนี้: [ 8 ]
- ฟิลเตอร์ ลดความคลาดเคลื่อนสี : ใช้สำหรับลดแสงสี ม่วง ที่เกิดจากความคลาดเคลื่อนสีของกล้องโทรทรรศน์แบบ หักเหแสง แสงสี ม่วงดังกล่าวอาจบดบังรายละเอียดของวัตถุสว่าง โดยเฉพาะดวงจันทร์และดาวเคราะห์ ฟิลเตอร์เหล่านี้ไม่มีผลต่อการสังเกตวัตถุที่จางมาก
- สีแดง : ลดความสว่างของท้องฟ้าโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเวลากลางวันและช่วงพลบค่ำ ช่วยให้เห็นรายละเอียดของทะเลน้ำแข็งและบริเวณขั้วโลกของดาวอังคารได้ชัดเจนขึ้น และช่วยเพิ่มความคมชัดของเมฆสีฟ้าเมื่อเทียบกับฉากหลังของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์
- สีเหลืองเข้ม : ช่วยเพิ่มความละเอียดของลักษณะชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์ดาวพฤหัสบดี (โดยเฉพาะบริเวณขั้วโลก) และดาวเสาร์ เพิ่มความคมชัดของขั้วโลก เมฆ น้ำแข็ง และพายุฝุ่นบนดาวอังคาร และทำให้หางดาวหางดูชัดเจนขึ้น
- สีเขียวเข้ม : ช่วยปรับปรุงรูปแบบเมฆบนดาวศุกร์ ลดความสว่างของท้องฟ้าในระหว่างการสังเกตดาวศุกร์ในเวลากลางวัน เพิ่มความคมชัดของน้ำแข็งและขั้วโลกบนดาวอังคาร ปรับปรุงการมองเห็นจุดแดงใหญ่บนดาวพฤหัสบดีและลักษณะอื่นๆ ในชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดี เพิ่มความชัดเจนของเมฆสีขาวและบริเวณขั้วโลกบนดาวเสาร์
- สีน้ำเงินกลาง : เพิ่มความคมชัดของดวงจันทร์ เพิ่มความคมชัดของเงาจางๆ บนเมฆของดาวศุกร์ เพิ่มความคมชัดของพื้นผิว เมฆ น้ำแข็ง และพายุฝุ่นบนดาวอังคาร เพิ่มความคมชัดของขอบเขตระหว่างลักษณะต่างๆ ในชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ ปรับปรุงความคมชัดของหางก๊าซของดาวหาง
ฟิลเตอร์ดวงจันทร์
ฟิลเตอร์ความหนาแน่นกลางหรือที่รู้จักกันในทางดาราศาสตร์ว่า ฟิลเตอร์ดวงจันทร์ เป็นอีกวิธีหนึ่งในการเพิ่มความคมชัดและ ลด แสงสะท้อนหลักการทำงานง่ายๆ คือการปิดกั้นแสงบางส่วนจากวัตถุเพื่อเพิ่มความคมชัด ฟิลเตอร์ความหนาแน่นกลางส่วนใหญ่ใช้ในการถ่ายภาพแบบดั้งเดิม แต่ก็มีการใช้ในทางดาราศาสตร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการสังเกตดวงจันทร์และดาวเคราะห์ด้วย
ฟิลเตอร์โพลาไรซ์
ฟิลเตอร์โพลาไรซ์จะปรับความสว่างของภาพให้เหมาะสมกับการสังเกตมากขึ้น แต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าฟิลเตอร์สำหรับสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์ ฟิลเตอร์ประเภทนี้มีช่วงการส่งผ่านแสงตั้งแต่ 3% ถึง 40% โดยทั่วไปจะใช้สำหรับการสังเกตดวงจันทร์[ 1 ]แต่ก็อาจใช้สำหรับการสังเกตดาวเคราะห์ได้เช่นกัน ฟิลเตอร์เหล่านี้ประกอบด้วยชั้นโพลาไรซ์สองชั้นในเซลล์อะลูมิเนียม ที่หมุนได้ [ 9 ]ซึ่งจะเปลี่ยนปริมาณการส่งผ่านแสงของฟิลเตอร์โดยการหมุน การลดความสว่างและการปรับปรุงความคมชัดนี้สามารถเผยให้เห็นลักษณะและรายละเอียดบนพื้นผิวดวงจันทร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อดวงจันทร์ใกล้เต็มดวง ไม่ควรใช้ฟิลเตอร์โพลาไรซ์แทนฟิลเตอร์สำหรับสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ
ตัวกรองเนบิวลา
แถบความถี่แคบ

ฟิลเตอร์แบบแถบความถี่แคบเป็นฟิลเตอร์ทางดาราศาสตร์ที่ยอมให้ผ่านเฉพาะแถบความถี่แคบๆ ของเส้นสเปกตรัม (โดยปกติจะมีแบนด์วิดท์ 22 นาโนเมตร หรือน้อยกว่า) ฟิลเตอร์เหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการสังเกตเนบิวลา เนบิวลาเปล่งแสงส่วนใหญ่จะแผ่รังสีออกซิเจนที่แตกตัวเป็นไอออนสองครั้งในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ซึ่งปล่อยรังสี ที่ความยาวคลื่นใกล้ 500 นาโนเมตร เนบิวลาเหล่านี้ยังแผ่รังสีอย่างอ่อนๆ ที่ 486 นาโนเมตร ซึ่งเป็นเส้นไฮโดรเจนเบตา ด้วย
ตัวกรองแบบแถบความถี่แคบมีสองประเภทหลัก ได้แก่ ตัวกรองความคมชัดสูงพิเศษ (UHC) และตัวกรองสำหรับเส้นสเปกตรัมการปล่อยแสงเฉพาะ
ตัวกรองเส้นการปล่อยมลพิษเฉพาะ

ตัวกรองเส้นการปล่อยเฉพาะ (หรือหลายเส้น) ใช้เพื่อแยกเส้นของธาตุหรือโมเลกุลเฉพาะเพื่อดูการกระจายตัวภายในเนบิวลา การรวมภาพจากตัวกรองต่างๆ อาจใช้เพื่อสร้าง ภาพ สีเท็จได้ เช่นกัน ตัวกรองทั่วไปมักใช้กับกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลซึ่งเรียกว่า HST-palette โดยกำหนดสีดังนี้: สีแดง = S-II; สีเขียว = H-alpha; สีน้ำเงิน = O-III ตัวกรองเหล่านี้มักระบุด้วยตัวเลขที่สองในหน่วยนาโนเมตรซึ่งหมายถึงความกว้างของแถบที่ผ่านไป ซึ่งอาจทำให้ไม่รวมหรือรวมเส้นอื่นๆ ตัวอย่างเช่น H-alpha ที่ 656 นาโนเมตร อาจตรวจจับ N-II (ที่ 658–654 นาโนเมตร) ตัวกรองบางตัวจะบล็อก N-II ส่วนใหญ่หากมี ความกว้าง 3 นาโนเมตร[ 10 ]
สาย/ตัวกรองที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่:
- รังสี H-Alpha Hα / Ha (656 นาโนเมตร) จากอนุกรม Balmerถูกปล่อยออกมาจากบริเวณ HIIและเป็นหนึ่งในแหล่งกำเนิดแสงที่แรงที่สุด
- สเปกตรัม H-Beta Hβ / Hb (486 nm) จากอนุกรม Balmer สามารถมองเห็นได้จากแหล่งกำเนิดแสงที่มีความเข้มสูงกว่า
- ฟิลเตอร์ O-III (496 นาโนเมตร และ 501 นาโนเมตร) ยอมให้เส้นสเปกตรัมของออกซิเจน-III ทั้งสองเส้นผ่านไปได้ ซึ่งพบได้มากในเนบิวลาเปล่งแสงหลายแห่ง
- ฟิลเตอร์ S-II (672 นาโนเมตร) แสดงเส้นสเปกตรัมของกำมะถัน-II
สาย/ตัวกรองที่พบไม่บ่อย:
- He-II (468 nm) [ 11 ]
- He-I: (587 nm) [ 11 ]
- OI: (630 นาโนเมตร) [ 11 ]
- Ar-III: (713 nm) [ 11 ]
- CA-II Ca-K/Ca-H : (393 และ 396 นาโนเมตร) [ 12 ]สำหรับการสังเกตการณ์ดวงอาทิตย์ แสดงให้เห็นดวงอาทิตย์ที่มีเส้น Fraunhofer K และ H
- N-II (658 นาโนเมตรและ 654 นาโนเมตร) มักรวมอยู่ในตัวกรอง H-alpha ที่กว้างกว่า[ 10 ]
- มีเทน (889 นาโนเมตร) [ 13 ]ทำให้สามารถมองเห็นเมฆบนดาวเคราะห์ยักษ์ วีนัส และ (เมื่อใช้ตัวกรอง) ดวงอาทิตย์ได้
ฟิลเตอร์ความคมชัดสูงพิเศษ
ตัวกรองเหล่านี้ ซึ่งโดยทั่วไปรู้จักกันในชื่อตัวกรอง UHCประกอบด้วยวัสดุที่ยอมให้เส้นการปล่อยแสงทั่วไปที่มีความเข้มสูงหลายเส้นผ่านไปได้ ซึ่งมีผลเช่นเดียวกับ ตัวกรอง ลดมลภาวะทางแสง (ดูด้านล่าง) ที่สามารถปิดกั้นแหล่งกำเนิดแสงส่วนใหญ่ได้
ตัวกรอง UHC มีช่วงตั้งแต่ 484 ถึง 506 นาโนเมตร[ 7 ]ตัวกรองนี้ส่งผ่านทั้งเส้นสเปกตรัม O-III และ H-beta ป้องกันมลภาวะทางแสงได้มาก และทำให้เห็นรายละเอียดของเนบิวลาดาวเคราะห์และเนบิวลาเปล่งแสงส่วนใหญ่ภายใต้ท้องฟ้าที่มืด[ 14 ]
บรอดแบนด์
ตัวกรองบรอดแบนด์ หรือตัวกรองลดมลภาวะทางแสง (LPR) ถูกออกแบบมาเพื่อปิด กั้นแสง โซเดียมและไอปรอทรวมถึงปิดกั้นแสงเรืองรอง ตามธรรมชาติ เช่นแสงออโรร่า[ 15 ] ซึ่งช่วยให้สามารถสังเกตเนบิวลาจากในเมืองและท้องฟ้าที่มีมลภาวะทางแสงได้[ 1 ]ตัวกรองบรอดแบนด์แตกต่างจากตัวกรองแคบแบนด์ตรงช่วงความยาวคลื่นที่ส่งผ่านได้แสงไฟ LEDมีช่วงบรอดแบนด์มากกว่า จึงไม่ถูกปิดกั้น แม้ว่า LED สีขาวจะมีเอาต์พุตต่ำกว่ามากที่ประมาณ 480 นาโนเมตร ซึ่งใกล้เคียงกับ ความยาวคลื่น O III และ H-beta ตัวกรองบรอดแบนด์มีช่วงที่กว้างกว่า เนื่องจากช่วงการส่งผ่านที่แคบจะทำให้ภาพของวัตถุบนท้องฟ้าจางลง และเนื่องจากหน้าที่ของตัวกรองเหล่านี้คือการเปิดเผยรายละเอียดของเนบิวลาจากท้องฟ้าที่มีมลภาวะทางแสง จึงมีการส่งผ่านที่กว้างกว่าเพื่อให้ได้ความสว่างมากขึ้น[ 7 ]ตัวกรองเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการสังเกตและถ่ายภาพกาแล็กซี และไม่เหมาะสำหรับวัตถุท้องฟ้าลึก อื่นๆ เช่น เนบิวลาเปล่งแสง อย่างไรก็ตาม พวกเขายังสามารถปรับปรุงความคมชัดระหว่างวัตถุในห้วงอวกาศลึกกับท้องฟ้าเบื้องหลัง ซึ่งอาจทำให้ภาพชัดเจนขึ้นได้