Filtro astronómico

Un filtro astronómico es un accesorio de telescopio que consiste en un filtro óptico utilizado por astrónomos aficionados para mejorar simplemente los detalles y el contraste de los objetos celestes , ya sea para su observación o para su fotografía. Los astrónomos investigadores , por otro lado, utilizan diversos filtros de paso de banda para fotometría en telescopios, con el fin de obtener mediciones que revelen las propiedades astrofísicas de los objetos , como la clasificación estelar y la ubicación de un cuerpo celeste en su curva de Wien .

La mayoría de los filtros astronómicos funcionan bloqueando una parte específica del espectro de color por encima y por debajo de una banda de paso , lo que aumenta significativamente la relación señal-ruido de las longitudes de onda de interés y, por lo tanto, hace que el objeto gane detalle y contraste. Mientras que los filtros de color transmiten ciertos colores del espectro y se suelen utilizar para la observación de los planetas y la Luna , los filtros polarizadores funcionan ajustando el brillo y se suelen utilizar para la Luna. Los filtros de banda ancha y banda estrecha transmiten las longitudes de onda que emiten las nebulosas (por los átomos de hidrógeno y oxígeno ) y se utilizan con frecuencia para reducir los efectos de la contaminación lumínica . ^[1]

Los filtros se han utilizado en astronomía al menos desde el eclipse solar del 12 de mayo de 1706. [ ^2]

Los filtros solares bloquean la mayor parte de la luz solar para evitar daños a los ojos. Los filtros adecuados suelen estar hechos de una película de vidrio o polímero duradera que transmite solo el 0,00001 % de la luz. Por razones de seguridad, los filtros solares deben colocarse de forma segura sobre el objetivo de un telescopio refractor o la apertura de un telescopio reflector para que el cuerpo no se caliente significativamente.

Los pequeños filtros solares que se colocan detrás de los oculares no bloquean la radiación que entra en el cuerpo del telescopio, lo que hace que el telescopio se caliente mucho y no es raro que se rompan por un choque térmico . Por lo tanto, la mayoría de los expertos no recomiendan estos filtros solares para los oculares y algunos distribuidores se niegan a venderlos o los retiran de los paquetes de telescopios. Según la NASA : "Los filtros solares diseñados para enroscarse en los oculares que a menudo se proporcionan con telescopios económicos también son inseguros. Estos filtros de vidrio pueden agrietarse inesperadamente por sobrecalentamiento cuando el telescopio apunta al Sol y pueden producirse daños en la retina más rápido de lo que el observador puede mover el ojo del ocular". ^[3]

Los filtros solares se utilizan para observar y fotografiar de forma segura el Sol , que a pesar de ser blanco, puede aparecer como un disco de color amarillo anaranjado. Un telescopio con estos filtros acoplados puede ver de forma directa y adecuada los detalles de las características solares, especialmente las manchas solares y la granulación en la superficie , ^[4] así como los eclipses solares y los tránsitos de los planetas inferiores Mercurio y Venus a través del disco solar.

La cuña de Herschel es un dispositivo basado en prismas combinado con un filtro de densidad neutra que dirige la mayor parte del calor y los rayos ultravioleta fuera del telescopio, dando generalmente mejores resultados que la mayoría de los tipos de filtros. El filtro H-alfa transmite la línea espectral H-alfa para ver las erupciones solares y las prominencias ^[1] invisibles a través de los filtros comunes. Estos filtros H-alfa son mucho más estrechos que los que se utilizan para la observación nocturna de H-alfa (ver filtros nebulares a continuación), dejando pasar solo 0,05 nm (0,5  angstroms ) para un modelo común, ^[5] en comparación con los 3 nm-12 nm o más para los filtros nocturnos. Debido a la estrecha banda de paso y los cambios de temperatura, a menudo los telescopios de este tipo se pueden ajustar dentro de aproximadamente ±0,05 nm.

La NASA incluyó los siguientes filtros en el Observatorio de Dinámica Solar , de los cuales solo uno es visible para los ojos humanos (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 y 9,4 nm. Estos se eligieron para la temperatura, en lugar de líneas de emisión particulares, como lo son muchos filtros de banda estrecha como la línea H-alfa mencionada anteriormente.

Los filtros de color funcionan por absorción/transmisión y pueden indicar qué parte del espectro están reflejando y transmitiendo. Los filtros se pueden utilizar para aumentar el contraste y mejorar los detalles de la Luna y los planetas. Todos los colores del espectro visible tienen un filtro, y cada filtro de color se utiliza para resaltar una determinada característica lunar y planetaria; por ejemplo, el filtro amarillo n.° 8 se utiliza para mostrar los mares de Marte y los cinturones de Júpiter . ^[7] El sistema Wratten es el sistema numérico estándar que se utiliza para referirse a los tipos de filtros de color. Fue fabricado por primera vez por Kodak en 1909. ^[1]

Los filtros profesionales también están coloreados, pero sus centros de paso de banda se colocan alrededor de otros puntos medios (como en los sistemas UBVRI y Cousins ).

Algunos de los filtros de color más comunes y sus usos son: ^[8]

• Filtros de aberración cromática : se utilizan para reducir el halo violáceo que provoca la aberración cromática de los telescopios refractores . Este halo puede oscurecer las características de los objetos brillantes, especialmente la Luna y los planetas. Estos filtros no tienen ningún efecto en la observación de objetos débiles.
• Rojo : reduce el brillo del cielo , especialmente durante las observaciones diurnas y crepusculares. Mejora la definición de los mares , el hielo y las áreas polares de Marte. Mejora el contraste de las nubes azules contra el fondo de Júpiter y Saturno.
• Amarillo intenso : mejora la resolución de las características atmosféricas de Venus , Júpiter (especialmente en las regiones polares) y Saturno. Aumenta el contraste de los casquetes polares, las nubes, el hielo y las tormentas de polvo de Marte. Realza las colas de los cometas.
• Verde oscuro : mejora los patrones de nubes en Venus. Reduce el brillo del cielo durante la observación diurna de Venus. Aumenta el contraste del hielo y los casquetes polares en Marte. Mejora la visibilidad de la Gran Mancha Roja en Júpiter y otras características de la atmósfera de Júpiter. Realza las nubes blancas y las regiones polares en Saturno.
• Azul medio : mejora el contraste de la Luna. Aumenta el contraste del sombreado tenue de las nubes de Venus. Mejora las características de la superficie, las nubes, el hielo y las tormentas de polvo en Marte. Mejora la definición de los límites entre las características de las atmósferas de Júpiter y Saturno. Mejora la definición de las colas de gas de los cometas .

Los filtros de densidad neutra , también conocidos en astronomía como filtros lunares, son otro método para mejorar el contraste y reducir el deslumbramiento . Funcionan simplemente bloqueando parte de la luz del objeto para mejorar el contraste. Los filtros de densidad neutra se utilizan principalmente en la fotografía tradicional, pero se utilizan en astronomía para mejorar las observaciones lunares y planetarias.

Los filtros polarizadores ajustan el brillo de las imágenes a un nivel mejor para la observación, pero mucho menos que los filtros solares. Con este tipo de filtros, el rango de transmisión varía del 3% al 40%. Se utilizan normalmente para la observación de la Luna, ^[1] pero también pueden utilizarse para la observación planetaria. Consisten en dos capas polarizadoras en una celda de aluminio giratoria , ^[9] que cambia la cantidad de transmisión del filtro al rotarlas. Esta reducción del brillo y mejora del contraste puede revelar las características y detalles de la superficie lunar, especialmente cuando está casi llena. Los filtros polarizadores no deben utilizarse en lugar de filtros solares diseñados especialmente para observar el sol.

Los filtros de banda estrecha son filtros astronómicos que transmiten solo una banda estrecha de líneas espectrales del espectro (generalmente un ancho de banda de 22 nm o menos). Se utilizan principalmente para la observación de nebulosas . Las nebulosas de emisión irradian principalmente el oxígeno doblemente ionizado en el espectro visible , que emite cerca de una longitud de onda de 500 nm. Estas nebulosas también irradian débilmente a 486 nm, la línea beta del hidrógeno .

Hay dos tipos principales de filtros de banda estrecha: filtros de contraste ultra alto (UHC) y filtros de líneas de emisión específicas.

Los filtros de línea (o líneas) de emisión específicos se utilizan para aislar líneas de elementos o moléculas específicos para ver su distribución dentro de las nebulosas. Al combinar las imágenes de diferentes filtros, también se pueden utilizar para producir imágenes de color falso . Los filtros comunes se utilizan a menudo con el telescopio espacial Hubble , formando la llamada paleta HST, con colores asignados como tales: Rojo = S-II; Verde = H-alfa; Azul = O-III. Estos filtros se especifican comúnmente con una segunda cifra en nm , que se refiere a qué tan ancha se pasa una banda, lo que puede hacer que excluya o incluya otras líneas. Por ejemplo, H-alfa a 656 nm, puede captar N-II (a 658-654 nm), algunos filtros bloquearán la mayor parte de N-II si tienen un ancho de 3 nm. ^[10]

Las líneas/filtros más utilizados son:

• H-Alpha Hα / Ha (656 nm) de la serie Balmer es emitida por las regiones HII y es una de las fuentes más fuertes.
• H-Beta Hβ / Hb (486 nm) de la serie Balmer es visible desde fuentes más fuertes.
• Los filtros O-III (496 nm y 501 nm) permiten el paso de ambas líneas de oxígeno-III, lo que es muy común en muchas nebulosas de emisión.
• Los filtros S-II (672 nm) muestran la línea Sulfur-II.

Líneas/filtros menos comunes:

• 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 y 396 nm) ^{[12] Para la observación solar, muestra el sol con las} líneas K y H de Fraunhofer.
• N-II (658 nm y 654 nm) A menudo se incluye en filtros H-alfa más anchos ^[10]
• Metano (889 nm) ^[13] que permite ver nubes en los gigantes gaseosos, Venus y (con filtro) el Sol.

Estos filtros, conocidos comúnmente como filtros UHC , consisten en elementos que permiten el paso de múltiples líneas de emisión comunes fuertes, lo que también tiene el efecto de los filtros de reducción de contaminación lumínica similares (ver más abajo) de bloquear la mayoría de las fuentes de luz.

Los filtros UHC varían de 484 a 506 nm. ^[7] Transmiten las líneas espectrales O-III y H-beta, bloquean una gran fracción de la contaminación lumínica y muestran los detalles de las nebulosas planetarias y la mayoría de las nebulosas de emisión bajo un cielo oscuro. ^[14]

Los filtros de banda ancha, o de reducción de la contaminación lumínica (LPR), están diseñados para bloquear la luz del vapor de sodio y mercurio , y también bloquean el resplandor natural del cielo, como la luz de las auroras . ^[15] Esto permite observar nebulosas desde la ciudad y cielos contaminados por la luz. ^[1] Los filtros de banda ancha se diferencian de los de banda estrecha en el rango de transmisión de longitudes de onda. La iluminación LED es de banda más ancha, por lo que no se bloquea, aunque los LED blancos tienen una salida considerablemente menor alrededor de 480 nm, que está cerca de la longitud de onda O III y H-beta. Los filtros de banda ancha tienen un rango más amplio porque un rango de transmisión estrecho causa una imagen más débil de los objetos del cielo, y dado que el trabajo de estos filtros es revelar los detalles de las nebulosas desde cielos contaminados por la luz, tiene una transmisión más amplia para un mayor brillo. ^[7] Estos filtros están diseñados particularmente para la observación y fotografía de galaxias, y no son útiles con otros objetos del cielo profundo como las nebulosas de emisión. Sin embargo, aún pueden mejorar el contraste entre los DSO y el cielo de fondo, lo que puede aclarar la imagen.

• Filtro de corte de infrarrojos
• Lista de piezas y construcción del telescopio
• Filtro óptico
• Filtro fotográfico
• Sistema fotométrico
• Sistema fotométrico UBV