Warum verwenden wir Filter in Teleskopen für die astronomische Bildgebung?

Im Allgemeinen registrieren die CCDs , die zur Aufnahme von Bildern verwendet werden, nicht die Energie (also die Farbe) der auf sie einfallenden Photonen – sie zählen nur die Anzahl der Photonen, die von jedem Pixel beobachtet werden (oder einen Wert, der proportional zur Anzahl der Photonen ist, da sie sind nicht 100 % effizient). Sie zeigen also im Wesentlichen nur allgemeine Helligkeitsschwankungen über das Bild.

Wenn Sie Farbinformationen erfassen möchten, müssen Sie daher Filter verwenden. Wenn Sie also Informationen über die Anzahl der roten Photonen erhalten möchten (z. B. die Intensität des roten Lichts, das auf jedes Pixel Ihres Bildes fällt), verwenden Sie einen Filter, um alles andere Licht auszublenden. Sie können dies mit mehreren verschiedenen Filtern tun, um ein Vollfarbbild aufzubauen.

In den meisten kommerziellen digitalen Farbkameras haben die CCDs eine Filtermaske über vier Pixelflecken: zwei filtern für grünes Licht, eine für blaues Licht und eine für rotes Licht. Die Ausgaben von diesen Pixeln werden verwendet, um das Vollfarbbild aufzubauen.

Wie WDC in seinem Kommentar betonte , erhalten Sie ohne Filter einfach eine Aufzeichnung der empfangenen Bestrahlungsstärke als Funktion der spektralen Empfindlichkeitsfunktion des Sensors. Mit anderen Worten, ein normales CCD, das das Licht in einer Kamera erkennt, ist nicht in der Lage, jede Lichtwellenlänge perfekt aufzunehmen, und die Reaktionsfunktion sagt Ihnen, wie gut dieses CCD darin ist, jede Lichtwellenlänge aufzunehmen.

Manchmal möchten Sie jedoch kein Bild aufnehmen und jedes mögliche Photon aufzeichnen, das der CCD aufzeichnen kann. Manchmal möchten Sie bestimmte Wellenlängen aufzeichnen. Sie tun dies, indem Sie vor dem CCD einen Filter anwenden, der nur bestimmte Wellenlängen durchlässt.

Dies hat alle möglichen Verwendungen. Ein einfaches Beispiel wäre die Aufnahme von drei Bildern, eines mit einem Rotfilter, um hauptsächlich rotes Licht hereinzulassen, ein weiteres mit einem Grünfilter, um hauptsächlich grünes Licht hereinzulassen, und ein drittes mit einem Blaufilter, um hauptsächlich blaues Licht hereinzulassen. Wenn Sie sich die einzelnen Bilder auf Ihrem Bildschirm ansehen, weiß der Computer nicht, welche Farben (dh Wellenlängen) des Lichts der CCD gesehen hat, er weiß nur, wie viele Photonen beobachtet wurden, sodass er Ihnen nur eine Grauskala anzeigen kann. Sie können dann jedoch in der Nachbearbeitung Ihr Bild mit dem Rotfilter rot tönen, Ihr grünes Bild grün tönen usw. und dann Ihre roten, grünen und blauen Bilder zu einem einzigen farbigen Bild kombinieren, um eine Nahaufnahme zu erhalten. zu wahr, Farbbild Ihres Objekts. Tatsächlich arbeiten Digitalkameras tatsächlich so, um farbige Bilder aufzunehmen !

Neben der Verwendung von Filtern, um farbige Bilder zu erhalten, verwenden Astronomen Filter für eine Vielzahl von wissenschaftlichen Zielen. Es ist sehr gut möglich, einen speziellen Filter zu erstellen, der nur eine einzige Wellenlänge durchlässt (oder so nah wie möglich an eine einzelne Wellenlänge herankommt). Oft sind einzelne Lichtwellenlängen an bestimmte physikalische Prozesse gebunden. Damit meine ich, dass nur bestimmte physikalische Prozesse genau diese Wellenlänge erzeugen können. Wenn Sie also etwas mit einem Filter für eine bestimmte Wellenlänge betrachten, betrachten Sie die Komponenten dieses Objekts, die diese Lichtwellenlänge erzeugt haben.

Ein gebräuchlicher Einzelwellenlängenfilter, der gerne verwendet wird, ist der H-Alpha- Filter, und ein häufiges Beobachtungsziel ist die Sonne. Unten gezeigt und von APOD aufgenommen , ist ein Bild der Sonne mit dem H-Alpha-Filter.

Oder ähnlich, die Raumsonde des Solar Dynamics Observatory (SDO) beobachtet ständig die Sonne in allen möglichen Filtern . Beachten Sie, wie unterschiedlich die Sonne bei den verschiedenen Wellenlängen aussieht!

^{Hinweis: Dies sind Falschfarbenbilder für Effekt!}