OPSTRUKCIJA vs NEOPSTRUKCIJA V2.0
Nalazeći se na mestu odakle imamo slobodan istok, na jednom prevoju, Ćupričani i ja smo očekivali da ćemo nešto videti ili snimiti tog dana. Problem je u tome što je (kao i više puta do tad) ispalo da preko tog prevoja duva toliko jak istočni vetar - da od astrofotografije praktično nema ništa. Zato smo se spustili malo niže gde je vetar slabiji i bacili se u eksperimentisanje, čisto da ne propadne veče.
Tema: večito astronomsko pitanje - šta je bolje, reflektor ili refraktor. To je slično onom Zvezda ili Partizan, BMW ili Audi, vlast ili opozicija, itd. Svako u ovoj zemlji ima svoje mišljenje i svi su u pravu, a zapravo, kao što vidimo iz ovog primera, te rasprave služe samo da nam prođe vreme.
Rezultat eksperimenta: bolji su Partizan, Audi i opozicija. Koliko je bio ozbiljan eksperiment toliko su ozbiljni i rezultati (falilo je pivo). A sad obrazloženje kako su merene babe i žabe:
Pogled na Ćupriju je poslužio kao referentna meta. Oba snimka su isečci u 100% rezoluciji; gore se nalazi 10sec snimak kroz f5 newtonian, dole je 73sec snimak kroz taj isti teleskop sa restriktorom aperture, dakle smanjen na f19. Primetimo da ovde reflektor od 15cm glumi refraktor od nekoliko cm aperture, dakle potpuno nepravedno ali to je i cilj. Gore je, znači, baba a dole žaba:
Ako izuzmemo što se vide spajkovi (krstaste senke nosača sekundarnog ogledala) oko izvora svetla, i ako izuzmemo to što je slika dole malo tamnija - vrlo su slične. A tamnija je jer se ja nešto nisam baš uspešno bavio matematikom u onom mraku; matematika kaže da je razlika između f5.6 (na toliko sam procenio svoj 150/750 reflektor, tačnije T5.6 - transmisijski stop, efektivno gledano količina svetla u kinematografiji se ovim meri jer uključuje sve moguće gubitke od strane optike, pa i opstrukciju) i f18.75 je tačno tri ipo stopa. To bi onda značilo da treba da eksponiram 120sec, a ja imam samo 73sec... Zato je donji snimak osvetljen u obradi i jasno je da ima više šuma.
Bilo kako bilo, snimak dole simulira perfektan apo-refraktor od oko 4-4.5cm i žižne daljine 750mm. Međutim, svako ko pogleda oba snimka uočiće da je oblik manjih svetala na donjem snimku malo čudan. Razlog je orkanski vetar; teleskop se za 73sec lagano pomerao u DEC osi dok je RA bila mnogo čvršća. U praksi nemam pomake prilikom snimanja u DEC, pa je ovo samo iz razloga što je vetar duvao praktično preko teleskopa u tom pravcu (pogled je bio prema jugozapadu). Ali da zanemarimo to, oblik svetala u gornjem snimku (reflektor) takođe pokazuje čudesne promene u obliku, mada znatno manje. U pitanju je koma.
Rezoluciju oba sistema nije bilo moguće uporediti. Trebalo bi da je gornji snimak bolji od donjeg ali problem postoji jer su sve to duge ekspozicije kroz 13km donje atmosfere koju ispira letnja košava. Zapravo ovolika turbulencija efektivno deluje kao gaussian blur u PS-u i vraćanje detalja skoro da je nemoguće. Dalje se da primetiti da kontrast nije nešto promenjen, a trebalo bi. Tačnije, trebalo bi da bude kontrastnija gornja slika sveukupno (zbog mnogo veće aperture) mada te razlike su efektivno izbrisane atmosferom, odnosno efektima duže ekpozicije. Najrealnije bi bilo kad bih upoređivao optičke sisteme iste aperture, ali eto, nekako nema mnogo 6" refraktora u ovom delu Evrope, pa makar i ahromata. E da - ne može ahromat zbog redukcije kontrasta koju izaziva sekundarni spektar, najbolje je, znači, 6" apo.
Teorija kaže da bi reflektor morao da ima slabiji kontrast na tamnijim tonovima, dok bi u svetlijim bio čak i u dlaku kontrastniji - reflektor je crvena linija na ovom dijagramu. Svako ko je pogledao kroz neki refraktor zna da refraktori jesu kontrastniji za galaksije i magline, samo su najčešće to manji teleskopi po aperturi u odnosu na reflektore. Ta razlika se vidi i prilikom fotografisanja, najlakše je uporediti sjaj neba sa sjajem neke galaksije. Razlog ovoga je u optici; reflektor odnosno sistem sa centralnom opstrukcijom šalje više svetla u difrakcione prstenove nego što šalje refraktor. Tačnije, teleskop sa sočivima u Ejrijev disk (Airy) šalje 84% svetlosti, a u sve preostale prstenove 16%; dok reflektorski sistem koji ima 50% opstrukcije 48% šalje u gorepomenuti centralni disk a 52% u diskove. U praksi ovo znači da će zbog perifernih diskova slika zvezde u njutnu da bude većeg prečnika, činjenica koju su spontano zapazili svi astrofotografi zadnjih pola veka. Doduše, ovde figurira činjenica da na fotografijama mi ne vidimo difrakcioni profil zvezde već nekoliko puta veću svetlu mrlju koju uzrokuje turbulentno skakutanje iste duž nekog vremenskog perioda koliko traje snimanje. Ovo takođe i teorijski smanjuje rezoluciju razdvajanja dvojnih zvezda, osim ako su iste magnitude - onda apsurdno ali prilikom preklapanja difrakcionih prstenova rezolucija nekog RC-a može da bude i malo veća od ekvivalentnog refraktora. Ovo u praksi za neke uobičajene aperture nema nikakvog značaja, pošto atmosfera praktično onemogućava da dođemo do fizičkih granica naših teleskopa.
Stvari koje "sapliću" naše teleskope da bi ostvarili pun optički potencijal:
- koma kod reflektora,
- neadekvatna kolimacija kod reflektora,
- sferna aberacija kod refraktora,
- sekundarni spektar (lažne boje), prisutan kod ahromata a u mnogo manjoj meri i kod apohromata,
- kvalitet (postojanje?) premaza kod refraktora,
- kvalitet izrade, odnosi se na sve tipove teleskopa.
Međutim, pošto novo vreme u praksi donosi sve veće aperture amaterskih teleskopa, jasno je da u nekom momentu sve to postaje relativno nebitno. Aperture vizuelnih reflektora preko npr 50-60cm nikad neće biti u stanju da lepo prikažu Airy-ev disk i okolne difrakcione prstenove. Razlog je atmosfera, a poznato je da sa porastom aperture raste i rezolucija, odnoso zvezde i njihov difrakcioni obrazac, "potpis", postaju sve sitniji. Primera radi, teleskop sa Palomara (Hejl), 5m reflektor, ima rezoluciju limitiranu atmosferom na 0.3-0.5". A realna rezolucija tog teleskopa je preko deset puta manja od najbolje atmosfere na toj planini, u prevodu: zaboravite na Airey-ev disk kod tog teleskopa.
Postoji još jedna stvar koja limitira naše optičke sisteme, a to je difrakcija. To je ono što ostaje kad odbijemo sve gorenabrojane optičke nedostatke. Difrakcija bi bila u žargonu nešto kao ponašanje jednog sistema kad je dostignuta sama optička granica sistema po pitanju rezolucije, odnosno nešto iza čega nema ničeg. U praksi to je ona granica koju postiže jedan teleskop ako nema atmosfere kao limitirajućeg faktora. Pošto je termin difraction-limited zasnovan na činjenici da je jedan optički sistem oslobođen svih aberacija i da zavisi jedino od zakona fizike, proizvođači često upravo to navode kao osobinu svojih teleskopa. A angularna rezolucija zavisi od frekvencije upadne svetlosti (u praksi nebitno) i obrnuto zavisi od aperture (bitno). Iz ovog sledi da mi praktično možemo da vidimo granice nekog sistema po pitanju rezolucije veoma lako ako smanjimo aperturu.
Ovo nalazi svoju praktičnu primenu u fotografiji. Tu su aperture i žižne daljine mnogo manje nego u astronomiji, pa se veoma brzo stiže do granice difrakcije. Uporedimo ove dve neobrađene RAW fotografije:
Gornji fotos je na blendi f8 a donji na f14. Brzine izlaganja su bile 0.125 i 0.8sec, zbog toga je jasno da je voda na donjem snimku bolje "zamućena". Razlika u f-odnosu između f8 i f14 je 1.5 stop, odnosno za 6.4 puta je potrebno duže eksponirati f14 snimak nego f8.
Sve je to lepo, ali nas interesuje difrakcija. A ona pre nastupa na manjim aperturama nego na većim, odnosno na f14 će biti više izražena kao blago zamućenje i gubitak kontrasta, nego na f8. Isečci originalne rezolucije pokazuju nešto malo više detalja i bolji kontrast u tamnijim partijama na f8 (gornja) nego na f14 (donja fotka):
Razlika nije veoma uočljiva ali na donjem snimku je mikrokontrast ipak manji. Još jednom:
Razlika u prečniku aperture za ove dve vrednosti blende je negde oko 1.75 puta. Na prvi pogled razlika i nije velika ali ako radimo na granici optičke razlučivosti ovo može u astronomiji da bude razlika između termina imati i nemati snimak. Takođe, u fotografiji je ovo relativno bezazlenije, pošto više ispoljena difrakcija u donjem snimku dosta dobro reaguje na izoštravanje u obradi.
Na kraju, kad sumiramo babe i žabe, šta je bolje?
Bolja je veća apertura.
Uvek.
Ostao sam dužan snimak Gostiljskog potoka na Zlatiboru - nakon obrade:
Tema: večito astronomsko pitanje - šta je bolje, reflektor ili refraktor. To je slično onom Zvezda ili Partizan, BMW ili Audi, vlast ili opozicija, itd. Svako u ovoj zemlji ima svoje mišljenje i svi su u pravu, a zapravo, kao što vidimo iz ovog primera, te rasprave služe samo da nam prođe vreme.
Rezultat eksperimenta: bolji su Partizan, Audi i opozicija. Koliko je bio ozbiljan eksperiment toliko su ozbiljni i rezultati (falilo je pivo). A sad obrazloženje kako su merene babe i žabe:
Pogled na Ćupriju je poslužio kao referentna meta. Oba snimka su isečci u 100% rezoluciji; gore se nalazi 10sec snimak kroz f5 newtonian, dole je 73sec snimak kroz taj isti teleskop sa restriktorom aperture, dakle smanjen na f19. Primetimo da ovde reflektor od 15cm glumi refraktor od nekoliko cm aperture, dakle potpuno nepravedno ali to je i cilj. Gore je, znači, baba a dole žaba:
Ako izuzmemo što se vide spajkovi (krstaste senke nosača sekundarnog ogledala) oko izvora svetla, i ako izuzmemo to što je slika dole malo tamnija - vrlo su slične. A tamnija je jer se ja nešto nisam baš uspešno bavio matematikom u onom mraku; matematika kaže da je razlika između f5.6 (na toliko sam procenio svoj 150/750 reflektor, tačnije T5.6 - transmisijski stop, efektivno gledano količina svetla u kinematografiji se ovim meri jer uključuje sve moguće gubitke od strane optike, pa i opstrukciju) i f18.75 je tačno tri ipo stopa. To bi onda značilo da treba da eksponiram 120sec, a ja imam samo 73sec... Zato je donji snimak osvetljen u obradi i jasno je da ima više šuma.
Bilo kako bilo, snimak dole simulira perfektan apo-refraktor od oko 4-4.5cm i žižne daljine 750mm. Međutim, svako ko pogleda oba snimka uočiće da je oblik manjih svetala na donjem snimku malo čudan. Razlog je orkanski vetar; teleskop se za 73sec lagano pomerao u DEC osi dok je RA bila mnogo čvršća. U praksi nemam pomake prilikom snimanja u DEC, pa je ovo samo iz razloga što je vetar duvao praktično preko teleskopa u tom pravcu (pogled je bio prema jugozapadu). Ali da zanemarimo to, oblik svetala u gornjem snimku (reflektor) takođe pokazuje čudesne promene u obliku, mada znatno manje. U pitanju je koma.
Rezoluciju oba sistema nije bilo moguće uporediti. Trebalo bi da je gornji snimak bolji od donjeg ali problem postoji jer su sve to duge ekspozicije kroz 13km donje atmosfere koju ispira letnja košava. Zapravo ovolika turbulencija efektivno deluje kao gaussian blur u PS-u i vraćanje detalja skoro da je nemoguće. Dalje se da primetiti da kontrast nije nešto promenjen, a trebalo bi. Tačnije, trebalo bi da bude kontrastnija gornja slika sveukupno (zbog mnogo veće aperture) mada te razlike su efektivno izbrisane atmosferom, odnosno efektima duže ekpozicije. Najrealnije bi bilo kad bih upoređivao optičke sisteme iste aperture, ali eto, nekako nema mnogo 6" refraktora u ovom delu Evrope, pa makar i ahromata. E da - ne može ahromat zbog redukcije kontrasta koju izaziva sekundarni spektar, najbolje je, znači, 6" apo.
Teorija kaže da bi reflektor morao da ima slabiji kontrast na tamnijim tonovima, dok bi u svetlijim bio čak i u dlaku kontrastniji - reflektor je crvena linija na ovom dijagramu. Svako ko je pogledao kroz neki refraktor zna da refraktori jesu kontrastniji za galaksije i magline, samo su najčešće to manji teleskopi po aperturi u odnosu na reflektore. Ta razlika se vidi i prilikom fotografisanja, najlakše je uporediti sjaj neba sa sjajem neke galaksije. Razlog ovoga je u optici; reflektor odnosno sistem sa centralnom opstrukcijom šalje više svetla u difrakcione prstenove nego što šalje refraktor. Tačnije, teleskop sa sočivima u Ejrijev disk (Airy) šalje 84% svetlosti, a u sve preostale prstenove 16%; dok reflektorski sistem koji ima 50% opstrukcije 48% šalje u gorepomenuti centralni disk a 52% u diskove. U praksi ovo znači da će zbog perifernih diskova slika zvezde u njutnu da bude većeg prečnika, činjenica koju su spontano zapazili svi astrofotografi zadnjih pola veka. Doduše, ovde figurira činjenica da na fotografijama mi ne vidimo difrakcioni profil zvezde već nekoliko puta veću svetlu mrlju koju uzrokuje turbulentno skakutanje iste duž nekog vremenskog perioda koliko traje snimanje. Ovo takođe i teorijski smanjuje rezoluciju razdvajanja dvojnih zvezda, osim ako su iste magnitude - onda apsurdno ali prilikom preklapanja difrakcionih prstenova rezolucija nekog RC-a može da bude i malo veća od ekvivalentnog refraktora. Ovo u praksi za neke uobičajene aperture nema nikakvog značaja, pošto atmosfera praktično onemogućava da dođemo do fizičkih granica naših teleskopa.
Stvari koje "sapliću" naše teleskope da bi ostvarili pun optički potencijal:
- koma kod reflektora,
- neadekvatna kolimacija kod reflektora,
- sferna aberacija kod refraktora,
- sekundarni spektar (lažne boje), prisutan kod ahromata a u mnogo manjoj meri i kod apohromata,
- kvalitet (postojanje?) premaza kod refraktora,
- kvalitet izrade, odnosi se na sve tipove teleskopa.
Međutim, pošto novo vreme u praksi donosi sve veće aperture amaterskih teleskopa, jasno je da u nekom momentu sve to postaje relativno nebitno. Aperture vizuelnih reflektora preko npr 50-60cm nikad neće biti u stanju da lepo prikažu Airy-ev disk i okolne difrakcione prstenove. Razlog je atmosfera, a poznato je da sa porastom aperture raste i rezolucija, odnoso zvezde i njihov difrakcioni obrazac, "potpis", postaju sve sitniji. Primera radi, teleskop sa Palomara (Hejl), 5m reflektor, ima rezoluciju limitiranu atmosferom na 0.3-0.5". A realna rezolucija tog teleskopa je preko deset puta manja od najbolje atmosfere na toj planini, u prevodu: zaboravite na Airey-ev disk kod tog teleskopa.
Postoji još jedna stvar koja limitira naše optičke sisteme, a to je difrakcija. To je ono što ostaje kad odbijemo sve gorenabrojane optičke nedostatke. Difrakcija bi bila u žargonu nešto kao ponašanje jednog sistema kad je dostignuta sama optička granica sistema po pitanju rezolucije, odnosno nešto iza čega nema ničeg. U praksi to je ona granica koju postiže jedan teleskop ako nema atmosfere kao limitirajućeg faktora. Pošto je termin difraction-limited zasnovan na činjenici da je jedan optički sistem oslobođen svih aberacija i da zavisi jedino od zakona fizike, proizvođači često upravo to navode kao osobinu svojih teleskopa. A angularna rezolucija zavisi od frekvencije upadne svetlosti (u praksi nebitno) i obrnuto zavisi od aperture (bitno). Iz ovog sledi da mi praktično možemo da vidimo granice nekog sistema po pitanju rezolucije veoma lako ako smanjimo aperturu.
Ovo nalazi svoju praktičnu primenu u fotografiji. Tu su aperture i žižne daljine mnogo manje nego u astronomiji, pa se veoma brzo stiže do granice difrakcije. Uporedimo ove dve neobrađene RAW fotografije:
Gornji fotos je na blendi f8 a donji na f14. Brzine izlaganja su bile 0.125 i 0.8sec, zbog toga je jasno da je voda na donjem snimku bolje "zamućena". Razlika u f-odnosu između f8 i f14 je 1.5 stop, odnosno za 6.4 puta je potrebno duže eksponirati f14 snimak nego f8.
Sve je to lepo, ali nas interesuje difrakcija. A ona pre nastupa na manjim aperturama nego na većim, odnosno na f14 će biti više izražena kao blago zamućenje i gubitak kontrasta, nego na f8. Isečci originalne rezolucije pokazuju nešto malo više detalja i bolji kontrast u tamnijim partijama na f8 (gornja) nego na f14 (donja fotka):
Razlika nije veoma uočljiva ali na donjem snimku je mikrokontrast ipak manji. Još jednom:
Razlika u prečniku aperture za ove dve vrednosti blende je negde oko 1.75 puta. Na prvi pogled razlika i nije velika ali ako radimo na granici optičke razlučivosti ovo može u astronomiji da bude razlika između termina imati i nemati snimak. Takođe, u fotografiji je ovo relativno bezazlenije, pošto više ispoljena difrakcija u donjem snimku dosta dobro reaguje na izoštravanje u obradi.
Na kraju, kad sumiramo babe i žabe, šta je bolje?
Bolja je veća apertura.
Uvek.
Ostao sam dužan snimak Gostiljskog potoka na Zlatiboru - nakon obrade:
Коментари
Постави коментар