天文フィルター

天文フィルターは、アマチュア天文学者が観察または写真撮影のために天体の詳細とコントラストを改善するために使用する光学フィルターからなる望遠鏡の付属品です。一方、研究天文学者は、望遠鏡の測光にさまざまなバンドパスフィルターを使用し、恒星の分類や天体のウィーン曲線上への配置など、天体の天体物理学的特性を明らかにする測定値を取得します。

ほとんどの天体フィルターは、バンドパスの上と下のカラースペクトルの特定の部分をブロックすることで機能し、関心のある波長の信号対雑音比を大幅に高め、オブジェクトの詳細とコントラストを向上させます。カラーフィルターはスペクトルから特定の色を透過し、通常は惑星や月の観測に使用されますが、偏光フィルターは明るさを調整することで機能し、通常は月に使用されます。広帯域フィルターと狭帯域フィルターは、星雲（水素原子と酸素原子）から放射される波長を透過し、光害の影響を軽減するために頻繁に使用されます。^[1]

フィルターは少なくとも1706年5月12日の日食以来天文学で使用されてきました。^[2]

太陽フィルターは、目へのダメージを防ぐために太陽光の大部分を遮断します。適切なフィルターは通常、光の 0.00001% しか透過しない耐久性のあるガラスまたはポリマーフィルムで作られています。安全のため、太陽フィルターは、本体が著しく熱くならないように、 屈折望遠鏡の対物レンズまたは反射望遠鏡の開口部にしっかりと取り付ける必要があります。

接眼レンズの後ろにねじ込まれた小さな太陽フィルターは、望遠鏡本体に入る放射線を遮断しないため、望遠鏡が非常に熱くなり、熱衝撃で破損することも珍しくありません。そのため、ほとんどの専門家は接眼レンズにこのような太陽フィルターを推奨しておらず、一部の販売業者はそのようなフィルターの販売を拒否したり、望遠鏡のパッケージから取り外したりしています。NASAによると、 「安価な望遠鏡に付属していることが多い接眼レンズにねじ込むように設計された太陽フィルターも安全ではありません。これらのガラスフィルターは、望遠鏡を太陽に向けると過熱して予期せず割れる可能性があり、観察者が接眼レンズから目を離すよりも早く網膜損傷が発生する可能性があります。」^[3]

太陽フィルターは、白いにもかかわらず黄色がかったオレンジ色の円盤として見える太陽を安全に観察し、写真を撮るために使用されます。これらのフィルターを取り付けた望遠鏡は、太陽の特徴、特に表面の黒点や顆粒、^[4]だけでなく、日食や、内惑星である水星と金星の太陽面通過の詳細を直接かつ適切に観察することができます。

ハーシェルウェッジは、熱と紫外線のほとんどを望遠鏡から排出する中性密度フィルターと組み合わせたプリズムベースの装置で、一般的にほとんどのフィルタータイプよりも良い結果が得られます。Hアルファフィルターは、一般的なフィルターでは見えない太陽フレアやプロミネンス^[1]を観察するために、Hアルファスペクトル線を透過します。これらのHアルファフィルターは、夜間のHアルファ観測に使用されるフィルター（以下の星雲フィルターを参照）よりもはるかに狭く、一般的なモデルの1つではわずか0.05 nm（0.5 オングストローム）しか通過させません。 ^[5]一方、夜間フィルターでは3 nm～12 nm以上を通過させます。狭い帯域通過と温度変化のため、このような望遠鏡は±0.05 nm程度の範囲で調整できることが多いです。

NASAは、太陽観測衛星に以下のフィルターを搭載しましたが、人間の目に見えるのは1つだけです（450.0 nm）^[6] 450.0 nm、170.0 nm、160.0 nm、33.5 nm、30.4 nm、19.3 nm、21.1 nm、17.1 nm、13.1 nm、9.4 nm。これらは、前述のHアルファ線などの多くの狭帯域フィルターと同様に、特定の輝線ではなく温度に基づいて選択されました。

カラーフィルターは吸収/透過によって機能し、スペクトルのどの部分を反射し、透過するかを判断できます。フィルターを使用すると、コントラストを高め、月や惑星の詳細を強調できます。可視スペクトルの色にはすべてフィルターがあり、すべてのカラーフィルターは特定の月と惑星の特徴を表現するために使用されます。たとえば、#8 の黄色のフィルターは、火星の海と木星のベルトを表示するために使用されます。^[7] ラッテンシステムは、カラーフィルターの種類を参照するために使用される標準的な番号システムです。1909年にコダックによって最初に製造されました。 ^[1]

プロフェッショナル フィルターも色付きですが、そのバンドパスの中心は他の中間点の周囲に配置されます ( UBVRI システムや Cousinsシステムなど)。

一般的なカラーフィルターとその用途は以下のとおりです。^[8]

• 色収差フィルター:屈折望遠鏡の色収差によって生じる紫がかったハローを軽減するために使用されます。このようなハローは、明るい物体、特に月や惑星の特徴を不明瞭にする可能性があります。これらのフィルターは、暗い物体の観測には効果がありません。
• 赤:特に日中および薄暮の観測時に空の明るさを減らします。火星の海、氷、極地の鮮明度が向上します。木星と土星の背景に対する青い雲のコントラストが向上します。
• 濃い黄色:金星、木星 (特に極地)、土星の大気の特徴の解像度が向上します。火星の極冠、雲、氷、砂嵐のコントラストが増します。彗星の尾が強調されます。
• 濃い緑: 金星の雲模様を改善します。金星の昼間の観測中に空の明るさを減らします。火星の氷と極冠のコントラストを高めます。木星の大赤斑や木星の大気中のその他の特徴の視認性を高めます。土星の白い雲と極地を強調します。
• ミディアムブルー: 月のコントラストを強調します。金星の雲のかすかな陰影のコントラストを強調します。火星の表面の特徴、雲、氷、砂嵐を強調します。木星と土星の大気の特徴間の境界の定義を強化します。彗星のガスの尾の定義を改善します。

中性密度フィルターは、天文学ではムーンフィルターとも呼ばれ、コントラストの強化とグレアの軽減のためのもう 1 つの方法です。このフィルターは、被写体の光の一部を遮断してコントラストを強化するという単純な仕組みです。中性密度フィルターは主に従来の写真撮影で使用されますが、天文学では月や惑星の観測を強化するために使用されます。

偏光フィルターは画像の明るさを観測に適したレベルに調整しますが、太陽フィルターほどではありません。このタイプのフィルターでは、透過率の範囲は 3% から 40% です。これらは通常、月の観測に使用されますが^[1]、惑星の観測にも使用できます。これらは回転するアルミニウムセル内の 2 つの偏光層で構成されており^[9] 、回転させることによりフィルターの透過量が変化しま す。この明るさの低下とコントラストの向上により、特に満月に近いときに月の表面の特徴や詳細を明らかにすることができます。偏光フィルターは、太陽観測用に特別に設計された太陽フィルターの代わりに使用しないでください。

狭帯域フィルターは、スペクトルから狭い帯域のスペクトル線のみを透過する天文フィルターです (通常、帯域幅は 22 nm 以下)。主に星雲の観測に使用されます。輝線星雲は、主に可視スペクトルの二重イオン化酸素を放射し、波長 500 nm 付近で放射します。これらの星雲は、水素ベータ線である 486 nm でも弱く放射します。

狭帯域フィルターには、超高コントラスト (UHC) フィルターと特定の輝線フィルターの 2 つの主なタイプがあります。

特定の輝線フィルターは、特定の元素や分子の輝線を分離して、星雲内での分布を見るために使用されます。異なるフィルターからの画像を組み合わせることで、疑似カラー画像を作成することもできます。一般的なフィルターはハッブル宇宙望遠鏡でよく使用され、いわゆるHSTパレットを形成し、色は次のように割り当てられています。赤 = S-II、緑 = H-アルファ、青 = O-III。これらのフィルターは通常、2番目の数値nmで指定されます。これは、通過するバンドの幅を示し、他の線を除外したり含めたりする可能性があります。たとえば、656 nmのH-アルファは、658〜654 nmのN-IIを拾う可能性がありますが、一部のフィルターは、幅が3 nmの場合、N-IIのほとんどをブロックします。^[10]

よく使用される行/フィルターは次のとおりです。

• バルマー系列のH-アルファHα / Ha (656 nm) はHII 領域から放射され、最も強い源の 1 つです。
• バルマー系列のH-ベータHβ / Hb (486 nm) は、より強い光源から観測できます。
• O-III (496 nm と 501 nm) フィルターは、両方の酸素 III 線を通過させます。これは、多くの輝線星雲で強力です。
• S-II (672 nm) フィルターは硫黄 II 線を表示します。

あまり一般的ではない行/フィルター:

• He-II（468 nm）^[11]
• He-I: (587 nm) ^[11]
• OI: (630 nm) ^[11]
• Ar-III: (713 nm) ^[11]
• CA-II Ca-K/Ca-H : (393と396 nm) ^[12]太陽観測では、KとHのフラウンホーファー線で太陽を表示します。
• N-II（658 nmと654 nm）広角Hアルファフィルターに含まれることが多い^[10]
• メタン（889 nm）^{[13]により、}巨大ガス惑星、金星、そして（フィルターを使用すれば）太陽の雲が見えるようになります。

一般にUHC フィルターとして知られるこれらのフィルターは、複数の強力な共通輝線を通過させるものから構成されており、ほとんどの光源を遮断する同様の光害低減フィルター (下記参照) の効果もあります。

UHCフィルターの範囲は484～506nmです。^[7] O-IIIとH-betaのスペクトル線の両方を透過し、光害の大部分を遮断し、暗い空の下にある惑星状星雲とほとんどの輝線星雲の詳細を映し出します。^[14]

広帯域フィルター、または光害低減（LPR）フィルターは、ナトリウムおよび水銀蒸気の光を遮断し、オーロラ光などの自然の天空光を遮断するように設計されています。 ^[15] これにより、市街地や光害のある空から星雲を観察できます。^[1]広帯域フィルターは、透過する波長の範囲が狭帯域フィルターとは異なります。LED照明はより広帯域であるため遮断されませんが、白色LEDはO IIIおよびHベータ波長に近い480 nm付近で出力がかなり低くなります。 広帯域フィルターは、透過範囲が狭いと空のオブジェクトの画像がぼやけるため、範囲が広くなっています。これらのフィルターの働きは、光害のある空から星雲の詳細を明らかにすることであるため、透過範囲が広くなり、明るさが増します。^{[7]これらのフィルターは、特に銀河の観測と写真撮影用に設計されており、輝線星雲などの他の}深宇宙オブジェクトには役立ちません。ただし、DSOと背景の空とのコントラストを改善できるため、画像が鮮明になる可能性があります。

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