Сравнение фильтров для съемки Солнца

К вопросу Мирона о том, каким образом можно через телескоп смотреть на Солнце.

Ни при каких условиях не направляйте телескоп на Солнце без специализированного оборудования!

Сравнение трех специализированных фильтров для наблюдений и съемки Солнца с комментариями и бонусом в виде описания ещё нескольких.

Три протестированных фильтра:

– Призма (клин) Гершеля Sky-Rover (+ фильтр Baader Swan Band C2)

– Фильтр Antlia Solar Discover DualBand (Ha, CaK/CaH)

– Фильтр Antlia Solar Discover 5Å CaK

Рассмотрим три современных и технологичных приспособления для наблюдений и фотографирования Солнца в телескоп: т.н. клин Гершеля, полноспектральный фильтр Antlia Solar Discover Dualband и кальциевый фильтр Antlia Solar Discover 5Å CaK. Первые два являются фильтрами пропускания солнечного света полного спектра (белого света) и эффективно затемняют интенсивность света Солнца для наблюдения и фотографирования его поверхности. Кальциевый Antlia Solar Discover 5Å CaK является узкополосным фильтром для контрастной съемки Солнца в ультрафиолете.

Клин Гершеля Sky-Rover 2"

Клин Гершеля Sky-Rover является астрономическим прибором, разработанным ещё в 1830 году, и представляет собой заключенную в металлический корпус стеклянную призму, которая радикально уменьшает интенсивность солнечного света, отводя бОльшую часть энергии светового потока на радиатор, расположенный в тыльной части корпуса. Antlia Solar Discover DualBand (Ha, CaK/CaH) является прибором, через который световой поток проходит по прямой без преломления, а его интенсивность уменьшается с помощью двух встроенных специальных фильтров – блокирующего и ND.

Клин Гершеля Sky-Rover 2" можно использовать как для визуальных наблюдений, так и для цифровой фотографии, в то время, как Antlia Solar Discover DualBand рекомендуется использовать только для фотографирования. Даже если бы Antlia Solar Discover DualBand можно было бы использовать для визуальных наблюдений, это было бы не слишком удобно, так как в отличие от клина Гершеля в нём нет 90° угла преломления и наблюдателю пришлось бы подлезать под телескоп, вставать на колени, сильно задирать голову к окуляру вверх итп.

Внутри клина Гершеля Sky-Rover находится усеченная призма, отводящая энергию света Солнца на керамическую пластину-радиатор. При этом в окуляр попадает очень малая часть светового потока. Для дополнительного уменьшения интенсивности светового потока двухдюймовый клин Гершеля Sky-Rover также имеет встроенный фильтр нейтральной плотности, а также изменяемый поляризатор, который настраивается путем поворота и фиксации ручки-винта. Все это позволяет получить четкое изображение с комфортной для глаз яркостью. Наблюдая за солнечными пятнами, при необходимости можно настраивать яркость картинки. При наведении телескопа на Солнце на белом круге керамического радиатора отображается яркое пятно, которое удобно использовать для точной центровки солнечного диска в окуляре или на сенсоре камеры. Для Antlia Solar Discover DualBand полезным будет внешний солнечный искатель, хотя он не помешает в обоих случаях, если монтировка телескопа наводится неточно или плохо выставлено направление на север.

Клин Гершеля Sky-Rover 2" очень добротно сделан и технически не вызывает никаких нареканий. При визуальных наблюдениях изображение Солнца очень четкое, а возможность регулировать яркость поворотом ручки поляризатора – это большой плюс.

Для повышения контраста изображения при съемках Солнца через клин Гершеля Sky-Rover я дополнительно использовал специальный зеленый фильтр Baader Swan Band, который был вкручен в адаптер-переходник 2" на 1,25".

С этой же целью можно использовать аналогичные зеленые фильтры Continuum и G-Band. Выбор Swan Band был обусловлен тем, что на форуме Solarchat я нашел сравнительные фото, и Swan Band мне показался ощутимо контрастнее, чем более распространенный Continuum. Все эти фильтры предназначены только для цифровой съемки и только черно-белой астро-камерой. Зеленое стекло никак не влияет на цветовую гамму и лишь немного повышает контраст. Причина использования астро-камер с черно-белой матрицей в том, что Солнце не имеет никаких цветных деталей и испускает исключительно белый свет. Черно-белая матрица даст более высокое разрешение, поэтому нет никакой необходимости использовать цветную камеру. Все желто-оранжевые фото нашего Солнца, которые можно найти в интернете, это черно-белые фото, подкрашенные в программах типа Photoshop. Действительно, белый полноспектральный солнечный свет содержит все цвета радуги и, отражаясь от разных поверхностей, поглощающих разные длины волн, дает нам цветную картину окружающего мира.

Фильтр Antlia Solar Discover DualBand

Antlia Solar Discover DualBand содержит в себе двухдиапазонный водородно-кальциевый фильтр с полосами пропускания Ha 656.3nm, CaK 393.3nm, CaH 396.8nm, а также с блокированием в диапазонах УФ и ИК. Без так называемого блокирующего фильтра ("blocking filter") не обходится ни один узкодиапазонный специализированный солнечный фильтр. Будучи установленным на входе сборки, он первым принимает на себя удар солнечного светового потока и защищает все, что находится за ним. Специализированные узкодиапазонные фильтры, будь то полноспектральный, кальциевый или альфаводородный, не блокируют энергию солнечного света, поэтому без блокирующего фильтра съемки или наблюдения невозможны. Так как основная полоса водородного пропускания находится в диапазоне видимого спектра, на матрицу камеры проецируется такая же картинка, как и в клине Гершеля, и поэтому мы можем сравнить результаты по обоим типам фильтров. Помимо специализированного стекла внутри корпуса на входе светового потока установлено ND-стекло высокой степени плотности для дополнительного снижения яркости.

Качество исполнения довольно высокое, хотя сама по себе конструкция прибора довольно простая и, на мой взгляд, недорогая в производстве – по сравнению с гораздо более технологичным и сложным в производстве изделием от Sky-Rover. В любом случае машинная обработка у китайцев из Antlia на высоте, придраться особо не к чему (правда, ниже будет нюанс). 

Особенность работы с Antlia Solar Discover DualBand в том, что в отличие от клина Гершеля перед фильтром нужно смонтировать довольно длинную удлинительную трубку (или даже 2), без чего будет невозможно сфокусироваться. На телескопе 80 мм я использовал трубку длиной 80 мм, хотя подойдет и 50 мм. На рефракторе 130 мм удлинять нужно уже примерно на 100-130 мм. С установленной камерой и линзой Барлоу и трубкой телескоп становится непропорционально длинным, хотя на вид это довольно прикольно. Ещё один связанный с этим нюанс состоит в том, что фокусирующий механизм телескопа должен быть качественным и не деформироваться из-за относительно большого веса оборудования на конце телескопа. Именно поэтому лучше нарастить дистанцию фокуса удлинительными трубками, а не выкручивать фокусер до самого дальнего предела.

Ради эксперимента я поставил перед Antlia Solar Discover DualBand зелёный фильтр Swan Band, но в результате ничего, кроме чёрного экрана, не получил. И это понятно – полосы пропускания не пересекаются, поэтому изображение было заблокировано полностью. На сайте Antlia написано, что фильтр Solar Discover DualBand повышает контраст цифрового изображения, однако по сравнению с клином Гершеля я этого не заметил. Возможно, что повышение контраста будет заметно при сравнении с пленочными фронтальными фильтрами, однако, с ними у меня планов сравнивать не было. Клин Гершеля Sky-Rover совместно с зеленым фильтром Swan Band в итогое давал немного лучшую проработку деталей поверхности (грануляции и пятен) и чуть более высокий контраст, чем Antlia DualBand, однако после нескольких тестирований разница в качестве изображений совсем невелика.

Стоимость двухполосного фильтра Antlia Solar Discover DualBand сопоставима со стоимостью клина Гершеля, но в версии 1,25", и на момент написания данной статьи составляла около 15 тыс р. на сайте AliExpress. Однако клин 1,25" не имеет встроенных ND и поляризатора. Двухдюймовый же клин Гершеля Sky-Rover 2" с встроенным фильтрами нейтральной плотности и настраиваемым поляризатором – дороже примерно в полтора-два у разных продавцов.

При очень близких результатах в качестве цифровой картинки Antlia Solar Discover Dualband выигрывает в компактности и весе. Двухдюймовый Sky-Rover значительно крупнее и тяжелее. Скорее всего он лучше подойдет к более серьезным сетапам с телескопами от 100 мм с мощными фокусерами 2", которые способны держать подобный вес. Sky-Rover универсален – в него можно вставить качественный двухдюймовый окуляр и наблюдать глазами, плюс получить отличное качество съемки.

Antlia Solar Discover DualBand предназначен только для фотографирования и имеет пару неоднозначных особенностей. Производитель рекомендует использование данного фильтра как есть – только телескопами до 100 мм. Если вы хотите использовать более крупный телескоп, то необходимо поставить перед входной линзой рефрактора фронтальный защитный фильтр ERF (Energy Rejection Filter). Фронтальный ERF отсекает ультрафиолетовый и инфракрасный диапазоны, предотвращая нагрев воздуха внутри трубы, а также предотвращает перегрев элементов, находящихся в зоне фокуса лучей. Например, без подобной защиты в некоторых случаях можно "спалить" камеру или испортить какие-либо стеклянные фильтры, находящиеся в конце светового потока перед камерой.

Кроме этого, если вы захотите использовать линзу Барлоу или обычную диагональ совместно с фильтром Antlia Solar Discover DualBand, то даже в системах до 100 мм производитель рекомендует дополнительно установить ERF-фильтр 2" или 1,25" на входное отверстие линзы Барлоу или диагонали. Примеры подобных фильтров – это Player One ERF или тот же Antlia DualBand ERF в оправе 2" или 1,25". Также можно использовать красный альфаводородный фильтр с широкой полосой пропускания, такой, как Baader Ha 25 nm, который имеет хорошее покрытие, защищающее от сильного ИК-излучения.

На тему использования защитных ERF-фильтров при специализированной съемке солнца в альфа-водородном или кальциевом спектрах можно найти многочисленные дискуссии на форумах CloudyNights и Solarchat. Неприятная проблема с фронтальными ERF-фильтрами в том, что их стоимость часто выше, чем стоимость самого телескопа. Например фронтальный фильтр на телескоп с апертурой 130 мм на AliExpress стоит около 100 тыс р. (Antlia Ha/CaK Dualband ERF в оправе), а тот, что закрывал бы апертуру телескопа Шмидт-Кассегрен 230 мм (Celestron C9.25) – уже будет стоить около 300 тыс р с доставкой и растаможкой, но без оправы и только для альфаводорода, без кальция. К слову, кассегрены вообще нельзя использовать для солнца без фронтальной защиты в виде пленки или дорогостоящего ERF-стекла. Если не следовать этому правилу и навести кассегрен на солнце, то зад телескопа стечет вниз расплавленным пластиком (ну что-то подобное). Однако при наличии ERF, а также при хорошем сиинге, фотографии солнечной поверхности через кассегрен в альфаводороде могут быть просто фантастическими. Такой же фантастической будет и цена этого сетапа.

Выводы

Сравнивая качественный клин Гершеля, такой, как Sky-Rover 2", с двухдиапазонным фильтром Antlia Solar Discover DualBand, я, честно говоря, не увидел преимуществ одного или другого в плане результатов съемки. Разве что преимущества Antlia – компактность и меньший вес (но об этом я уже говорил). Моё предположение о том, что он даст лучшую картинку из-за отсутствия преломляющей призмы, не подтвердились. Из-за небольшого улучшения в контрасте из всех вариантов мне больше понравилось фото Солнца, сделанное через Sky-Rover и фильтр Swan Band. Возможно, что дополнительный контраст в Sky-Rover дал фильтр Swan Band, который я мог использовать только в нем. Плюс, конечно, Sky-Rover 2" является в целом более дорогим и качественным экземпляром, а сравнительные результаты с другим более дешевым клином Гершеля могут отличаться. Также – по всей видимости в лучшую сторону будут отличаться результаты обоих фильтров по сравнению с солнечными пленками.

Фильтр Antlia Solar Discover 5Å CaK

Что касается нашего третьего фильтра – Antlia Solar Discover 5Å CaK, то это еще более специализированный фильтр, предназначенный только для фотографирования Солнца в очень узкой полосе ультрафиолетовой области "Calcium II K-Line 393.3nm" с шириной пропускания 5 ангстрем (0,5 nm). Преимущество данного узкополосного фильтра в том, что он дает изображение деталей солнечной поверхности в повышенном контрасте, которые не отображаются через фильтры полного спектра, описанных выше. Визуально в данный фильтр Солнце наблюдать не рекомендуется, оно будет видно, но в неприятном (ультра)фиолетовом спектре, способность различать который будет еще зависеть от вашего возраста и состояния зрения.

Внутри корпуса Antlia Solar Discover 5Å CaK, также, как и в Antlia Solar Discover DualBand, находятся стекляшки: блокирующий фильтр и фильтр пропускания полосы. Последний имеет диаметр всего 12 мм (скорее всего из-за дороговизны изготовления). Возможно, что это будет ограничивать его применение с камерами, имеющими большие матрицы (APS-С или тем более Full Frame), но это нужно проверять. В любом случае список рекомендуемых астро-камер для Солнца весьма ограничен, и все они имеют матрицы маленького формата. Моя камера имеет довольно большой сенсор Sony IMX428 размером 14.5×9.9 мм (1.1"), с ней проблем при съемке Солнца через данный фильтр не было. 

Дополнительно Antlia продает к данному фильтру линзы Барлоу 2х, 3х и 5х, которые монтируются на резьбу внутри корпуса. Для монтажа линз нужно открутить двухдюймоный адаптер с блокирующим фильтром, накрутить линзу на резьбу внутри корпуса, собрать все обратно. Все это не слишком сложно. Смешно, то, что из заказанных мной двух линз (2х и 5х), меньшая – 2х оказалась неподходящей по размеру – корпус невозможно было с ней собрать обратно, ее высота была на 4 мм больше, чем необходимо. Я написал об этом "косяке" китайцам, и через несколько дней получил ответ "мы изучаем данный вопрос". Тем временем, я попросил на работе токаря аккуратно срезать 4 мм кромки металлического корпуса линзы. Только после этого я смог собрать фильтр с вставленной внутрь линзой, да и то на долю миллиметра не до конца... Возможно, что китайский производитель забыл срезать кромку, или этот продукт настолько новый, что его даже не протестировали перед отправкой к розничным продавцам. К слову, уже прошло полтора месяца, но ни производитель, ни продавец не ответили по существу ничего на мои письма. Довольно странная история.

Результатами съемки в кальциевом спектре я в целом остался доволен, фотографии несомненно более интересные, чем полноспектральные, показавшиеся мне немного скучноватыми. Опыт у меня небольшой, поэтому нужно экспериментировать с настройками съемки, чтобы получать более четкие изображения, особенно с линзой Барлоу 5х, хотя результат сильно зависит от сиинга (состояния атмосферы). Также было бы интересно попробовать фильтр Antlia Solar Discover 5Å CaK с каким-нибудь более мощным телескопом, чем 80-милиметровый. Также было бы интересно задублировать 2 5Å CaK стекла последовательно (double stacking) – для достижение ещё более глубокого контраста.

Antlia предлагает ещё два варианта фильтров для съемки Солнца в УФ- диапазоне Calcium II K-Line (в области 393,3 nm), оба с более широкой полосой пропускания – 3 nm. Первый – это просто стекло в оправе 1,25" или 2". Его необходимо использовать только в сочетании с клином Гершеля, так как сам по себе он не блокирует энергию солнечного потока. Второй – это клин Гершеля с встроенным фильтром CaK 3 nm. Оба варианта дают менее контрастную картинку, нежели протестированный нами более узкий Antlia Solar Discover 5Å CaK, но при этом их стоимость – прилично ниже.

Оборудование для наблюдений в альфа-водороде

Данный обзор не затрагивает фильтры для визуальных наблюдений и фотографии в области спектра 656,3 nm – альфа-водород. При наличии такого фильтра сверх-узкого пропускания в этом диапазоне спектра (0,25-0,5 nm) будут видны перетекание потоков солнечной плазмы на поверхности, спикулы, протуберанцы и прочие интересности. Оборудование для альфа-водорода выпускается производителями Lunt (специализированные телескопы), Daystar Quark, Baader. Также распространены альфа-водородные телескопы Coronado, хотя они уже какое-то время не выпускаются и являются сверхдорогим раритетом (попадаются на Авито за 300-350 тыс. р). Альфаводородные фильтры, и тем более специализированные телескопы, – экстремально дорогие, например, цена фильтров Daystar начинается от 1500 долларов, но у них есть экземпляры и за 30 тыс. долларов. Телескоп Lunt может легко стоить от 6 до 10 тыс. долларов в зависимости от апертуры, а самый большой экземпляр на их сайте висит за 83(!) тыс. долл. Дороговизна объясняется сложностью изготовления т.н. "эталона" – специального стекла из слюды, имеющего нужные спектральные характеристики. Наиболее доступный сейчас недавно вышедший на рынок специализированный телескоп Sky-Watcher Heliostar стоит около 3,5 тыс. долларов. Если захочется получать изображения высокого разрешения с использованием данных фильтров в средних и больших телескопах, то от 100 мм будет также необходим дорогостоящий фронтальный ERF (см. выше). Дешевый пленочный фильтр не подойдет.

В любом случае, я надеюсь, что данный материал был полезен астрономам-любителям, рассматривающим различное оборудование для съемки и наблюдения Солнца. Выбор есть!

Для съемки Солнца использовалось оборудование:

Телескоп Sky-Rover Triplet f/6 80mm APO-PRO,

Астро-камера Player One Apollo-428M-max,

Sky-Rover Herschel Wedge 2",

Фильтр Antlia DualBand (Ha, CaK/CaH),

Фильтр Antlia 5Å CaK + 2х Барлоу

Фильтр Baader Swan Band C2,

Explore Scientific Tele-extender 2x – использовался в первых двух фильтрах для достижения полнокадрового диска Солнца с сенсором IMX428 в телескопе f/6 80mm,

Монтировка Vixen SXP2/Starbook10,

Съемка и обработка: AstroDMX, Autostakkert, Astrosurface, Pixelmator.

Дата и место съемки: Москва (Мосрентген), 18/03/2025.

Вопросы: @telemonk

Астроблог: @astrographic