Как выбрать телескоп для астрофото

Выбор телескопа астрографа: светосила телескопа

В этой серии статей мы разберем основные требования к телескопу-астрографу, ориентированному на съемку объектов дальнего космоса. Начнем с понятия светосилы телескопа-астрографа.

Что такое светосила, относительное отверстие и число f

Относительное отверстие телескопа - отношение апертуры телескопа (диаметру главного зеркала или линзы) к его фокусному расстоянию:

Квадрат относительно отверстия называется светосилой телескопа:

Светосила, определяет соотношение освещенности объекта и изображения объекта, которое строит телескоп в фокальной плоскости. То есть светосила ½ говорит, о том что освещенность изображения построенного телескопом будет в 2 раза меньше чем реальное изображение объекта. Исходя из того, что фокусное расстояние телескопа отвечает за увеличение, становится ясно, что при заданной апертуре чем больше увеличение (фокусное расстояние), тем объект темнее.

Число f:

Чаще всего встречается в характеристиках телескопах, является удобным обозначением светосилы через относительное отверстие, то есть в линейном эквиваленте. Таким образом относительное отверстие 200/1000 = 1/5 будет обозначено как f/5 или просто f5.

Как различают телескопы по светосиле?

Таким образом по светосиле телескопы можно условно разделить на:

• f/6 и более – Дальний Космос
• f/7 – f/9 – универсальный
• f/10 и менее – планетный

Как же светосила влияет на астрофото?

Предположим, что у нас есть средний телескоп с светосилой f/7. Это может быть, например рефлектор Ньютона 130/900 - апертура 130 мм, фокусное расстояние 900 мм.

Светосила зависит от апертуры и фокусного расстояния. Если взять с телескоп с тем же фокусным расстоянием, но большей апертурой светосила будет больше. Обратно телескоп с той же апертурой, но большим фокусным расстоянием будет обладать меньшей светосилой.

Как это влияет на астрофото? На выходе светового потока в астрофото у нас находится не глаз, а матрица фотоаппарата, способная накапливать свет. Но накапливает она его в ячейки пикселей, которые имеют определенную глубину накопления, чем больше освещенность матрицы, тем меньше времени для их накопления требуется.

Мы взяли наш ньютон 130/900 и направили на тусклый объект дальнего космоса, для того чтобы свет успел накопиться нужно определенное время. Представим следующую формулу для определения освещенности объекта на матрице:

E – освещенность нашей матрицы
B – яркость объекта съемки
pi*D^2/4 – площадь апертуры
f^2 – фокусное расстояние в квадрате

А теперь давайте увеличим апертуру нашего телескопа, получив условный Ньютон 260/900. Что изменилось? В телескоп стало попадать больше света. Мы увеличили линейные размеры апертуры в 2 раза с 130 до 260, но площадь собираемого света увеличилась в 4 раза, пиксели на матрице стали наполняться быстрее, время выдержки уменьшилось, телескоп стал более светосильным, более быстрым, способным снимать на более коротких выдержках.

В нашей формуле увеличилась площадь апертуры, количество света поступающего от объекта за единицу времени, то есть D превратилось в 2D:

Теперь снова вернем наш Ньютон 130/900 и увеличим фокусное расстояние в 2 раза до 1800, получив Ньютон 130/1800. Что произошло с увеличением фокусного расстояния? Увеличился масштаб объекта, площадь объекта при увеличении F растет как F^2. При увеличение F в 2 раза линейно, площадь объекта увеличивается в 4 раза, и в 4 раза уменьшится освещенность согласно формуле, где F стало 2F.

Так как одно и тоже количество света распределиться теперь на большую площадь изображения. Количество света, которое до этого приходилось на 1 пиксель, теперь приходится на 4 пикселя, освещенность нашей матрицы уменьшилось, время выдержки следует увеличить.

Разделив одну светосилу на другую, можно понять на сколько нужно примерно увеличить время выдержки чтобы получить аналогичную по яркости картинку на менее светосильном телекопе:

Пример: (130/900)^2 / (130/1800)^2 = 4

В четыре раза необходимо увеличить выдержку при съемке телескопом 130/1800 чтобы получить аналогичное телескопу 130/900 по яркости изображение. При съемке в 30 секунд, на менее светосильном телескопе придется снимать уже 2 минуты. При длине серии в 50 кадров вместо 25 минут придется снимать уже 100 минут, не всегда погода позволит снять такие долгие серии при одинаково спокойной атмосфере.

Для астрофото дальнего космоса стоит выбирать телескоп с большей светосилой.