ПРОНИЦАНИЕ оптических систем при ЗАСВЕТКЕ неба

[VLG]

Обычно для расчета проницания телескопа дается такая формула:
m=k+5lgD
где D – диаметр объектива телескопа, а k - некоторый постоянный коэффициент. в разных источниках величина этого коэффициента разная и колеблется от 2 до 2,5.
расчет по этой формуле для моего Ньютона 150 мм дает от 12,9 до 13,5, чего я сроду не достигал! Все остальные формулы и калькуляторы для меня дают такую же фантастику.
Сикорук пишет следующее:
«И. Боуэн и Р. Колман дают эмпирическую формулу, которая учитывает и увеличение телескопа и размывание звездных изображений атмосферной турбулентностью,
mvis = C + 2,5 lg D + 2,5 lg Г,
где D – диаметр объектива в см, Г – увеличение телескопа между равнозрачковым и разрешающим, С – качество изображения. При отличных изображениях C = 3,9, при хороших C = 3,3–3,9, при средних 2,5–3,3, при плохих C = 1,8–2,5, при очень плохих C < 1,8.»
Это, конечно, очень здорово, что так все подробно, вот только пользоваться этой формулой невозможно, поскольку совершенно неясно, что такое «Средние, плохие, и очень плохие» изображения.
Но все же проверю на себе: увелицение 42 раза (окуляр DS ED 18 мм, который дает самую лучшую картинку), 150 мм ГЗ, условия хуже некуда: С=1,8. Расчет дает 11,3 - сильно завышено. И как именно определить этот коэффициент C невооруженным глазом? Неясно.
В общем, формула лишена практического смысла.
Но на нашем астрофоруме нашелся гений, который докопался до физического смысла этих формул!
Вот что он сообщил:
Проницающая способность телескопа
alexxx
Re: Проницающая способность телескопа
« Ответ #6 : 30.09.2009 [19:40:58] »
Идея такая: пусть глаз имеет проницание mг и диаметр зрачка Dг, тогда использовав телескоп диаметром D, мы получим прибавку к проницанию в 2,5*lg(D2/Dг2) или 5*lg(D/Dг). Преобразовав логарифм частного в разность логарифмов, окончательно получим:
m =m г + 5lgD - 5lgDг.
При подстановке вместо проницания и диаметра зрачка невооруженного глаза шестерок, разность mг — 5lgDг~2,1.”

Я взял это за основу и, учтя, что проницание невооруженным глазом при засветке не 6 m, а зрачок не всегда и не у всех 6 мм, и  что пропускание телескопической системы не 100%, получил:
Mvis=NELM+5lgD-5lgd+2,5lgK
где NELM – Naked Eye Limiting Magnitude – проницание невооруженным глазом
D – диаметр телеcкопа в мм
d – диаметр зрачка глаза
K – коэффициент пропускания оптической системы (от 0 до 1)

ПРОВЕРКА ПРАКТИКОЙ.
для NELM 4 (мое обычное небо, очень редко 4,5), 150 мм Ньютона с пропусканием 0,57 (отражение- 0,7, экранирование 10%, окуляр 90%) и  моего зрачка 5 мм получаю:
Mvis=4+5*2,18-5*0,7+2,5*(-0,25)=10,8, что очень близко к реальности. Сколько я не замерял проницание своего телескопа, всегда получал 10,6! И по моим наблюдениям в диапазоне от 0,3 до 0,6D  от увеличенния оно НЕ ЗАВИСИТ! (проверено по Плеядам с окулярами 18-12-9 мм).

Для 2 своих биноклей проверял 25 января по поясу Ориона при NELM 3,6
БПП 8 крат 30 мм, пропускание надо бы померить, но примем пока 0,6 (у лучших моделей биноклей оно до 90%, у худших 60, но этот явно из худших - сильно желтит, возраст полвека, субъективно ощутимо темнее целестрона):
3,6+ 5lg30-5lg5-0,55=6,9.
РЕАЛЬНО 6,7.
Celestron 70*15
(пропускание меряли на форуме - 80%, плюс еще одна непросветленная очковая линза итого 72%, но надо бы как-нибудь проверить)
3,6+5lg70-5lg5-0,24=8,9. РЕАЛЬНО 8,3 Хммм... апертура режется?
Вывод — теория вполне подтверждается практикой.. Нужно только замерить реальное пропускание  у всех своих приборов поточнее.

[1212Lupus]

Интересно было бы сравнить результаты с этим калькулятором: http://www.cruxis.com/scope/limitingmagnitude.htm

[Konstantin.n]

брать во внимание проницание невооруженным глазом вообще смысла нет, по одной простой причине.  Оптика частично исправляет оптические недостатки глаз. Исправляет как некую расфокусировку из за недостаточно точной аккомодации так и способна частично исправить астигматизм если он "простой" и при этом смотреть под некоторым углом к оптической оси. В итоге получается заметное расхождение с всякими рассчетам.  А у другого, с правильными глазами, при точно таком же проницании невооруженным глазом будут совершенно другие результаты при наблюдении в оптику. К тому же оптика компенсирует недостаточно хорошее разрешение  не позволяющее получить достаточно хорошее сотношение сигнал шум на фоне неба. Из за чего ухудшается контраст. В телескоп это можно компенсировать. Опять , у другого наблюдателя, с другими глазами, результаты будут совсем другими. Особенно астигматизм может уменьшаться \ увеличивться при изменении рефракции глаза. То есть он может проявляться из за того, что рефракция глаза не ноль. А например плюс полтора, в итоге цилинарная мышца глаза будет сильно менять форму хрусталлика для того чтоб компенсировать неправильную форму глазного яблока. В итоге мы получим астигматизм вызванный перенапряжением.  И он напрямую будет зависить от рефракции и степени напряжения вышеуказанной мышцы . Что в свою очередь приведет к изменению проницания. которое к тому же будет еще и само по себе меняться в зависимости от физического состояния так как это напрямую завязано с астигматизмом, который не даст получить нормальную точку звезды. Соответсвенно , если мы поместим глаза в комфортные условия и исправим их диоптрийной подстройкой на окулярном узле, мы выведем цилинарную мышцу из перенапряжения , частично или полностью убрав вышеописанный астигматизм. Думаю ход мыслей понятен.     
По конкретному проницанию, в 110 мм вполне возможно наблюдение звезд 13 величины из оранжевой зоны засветки, и даже слабее.  Не говоря уж про 150 мм. Тем более на старпати , где то в Чили, в 114 мм рефлектор официально зарегистрировано наблюдение звезды блеском 14, 68  , это официальный запротоколированный результат

Поэтому все формулы, где 1 из компонентов формулы "проницание невооруженным глазом " не рабочие впринципе.  Можно расписать точнее,  допустим мы имеем глаза ,у которых природой заложено разрешение 1, 5 минуты , и при этом у них нет проблем с аккомодацией , но есть астигматизм. И за за чего это заложенное разрешение будет портить астигматизм , однако астигматизм, даже природный, бывает разным. Он может проявляться к примеру только на широком зрачке, например на 6 мм, а у другого он есть уже на 5 мм, а у третьего он идет уже с 2 мм. Поэтому при изменении освещения меняется качество оптической системы, напрямую зависящее от освещения. И продолжать это можно очень очень долго.Там куча нюансов и аспектов.

[Алибек]

Тем более на старпати , где то в Чили, в 114 мм рефлектор официально зарегистрировано наблюдение звезды блеском 14, 68  , это официальный запротоколированный результат

Как это: "запротоколированный"? Наблюдение звезды 14,68зв.в в рефлектор 114 мм, в условиях высокогорья и отсутствия засветки - считаю возможным.  Я при небе 6,5зв.в +  могу разглядеть в 77мм рефрактор звезды до 12,6 - 12,8зв.в. За селом можно смело наблюдать звезды на 0,5зв.в слабее. В горах же, я практически уверен, что возможно заметить звезды вплоть до 14 зв.в.

Интересно было бы сравнить результаты с этим калькулятором: http://www.cruxis.com/scope/limitingmagnitude.htm

Получается, если у меня будет рефлектор диаметром 50см, я смогу наблюдать в него звезды до 18зв.в и слабее!
Вот к чему надо стремиться!

[Konstantin.n]

Тем более на старпати , где то в Чили, в 114 мм рефлектор официально зарегистрировано наблюдение звезды блеском 14, 68  , это официальный запротоколированный результат

Как это: "запротоколированный"? Наблюдение звезды 14,68зв.в в рефлектор 114 мм, в условиях высокогорья и отсутствия засветки - считаю возможным.  Я при небе 6,5зв.в +  могу разглядеть в 77мм рефрактор звезды до 12,6 - 12,8зв.в. За селом можно смело наблюдать звезды на 0,5зв.в слабее. В горах же, я практически уверен, что возможно заметить звезды вплоть до 14 зв.в.

Интересно было бы сравнить результаты с этим калькулятором: http://www.cruxis.com/scope/limitingmagnitude.htm

Получается, если у меня будет рефлектор диаметром 50см, я смогу наблюдать в него звезды до 18зв.в и слабее!
Вот к чему надо стремиться!

Запротоколированный. это значит что наблюдатель наблюдал не один, а с группой авторитетных людей, которые фиксировали результаты и независимо оценивали. Насколько я помню так. Народ там был серьезный. так что результат достоверный


что интересно и калькулятор выдает для 77 мм телескопа проницание в 14 величину, при небе лучше чем 6,5 и опытном наблюдателе. Для неопытного минус полторы величины )

[Eugenio D.]

Проницающая способность телескопа ограничена не так жёстко как разрешающая. Многое зависит от способа наблюдения и опыта наблюдателя. Всем известен эффект "бокового зрения", обусловленный тем, что краевые участки сетчатки содержат палочки, обладающие бОльшей светочувствительностью. По своему опыту могу утверждать, что применение этого способа может давать выигрыш в проницании примерно до 1,5m, а возможно и больше. Когда-то я наблюдал в свой катадиоптрик МТО-1000, эквивалентный по светопропусканию 80-мм рефрактору, квазар 3С 273 и звезду 13,5m, находящуюся рядом. В скоплении М13 насчитывал не менее полусотни звёзд и даже пытался их зарисовать. С.С. Сикорук в своей известной книге писал, что в этом скоплении 30 звёзд до 13,6m, следовательно, проницание было никак не меньше 13,6 и возможно даже достигало 14m. Это на границе жёлтой и оранжевой зон. Прямым зрением в этот же инструмент в хорошие ночи на пределе видел звезду 12,4m в фотометрическом стандарте в Плеядах.
В условиях засветки для достижения максимального проницания важен правильный выбор увеличения. Обычно считают, что "проницающее" увеличение равно 0,7D. У меня всегда вызывала недоверие эта цифра. Может быть, в серой зоне это и так, но в своей жёлто-оранжевой не раз убеждался, что надо ставить не менее 1,0D, что вполне объяснимо, т.к. необходимо уменьшить яркость фона неба. Более того, вспоминая наблюдения всё того же M13, в котором отдельные звёзды были рассыпаны на светящемся фоне остальных неразрешённых для моего телескопа звёзд скопления, я заметил, что предельно слабые звёзды были лучше видны при ещё более высоком увеличении 160х, чем при 100х. Поэтому можно полагать, что чем светлее фон неба, тем больше должно быть увеличение, конечно, до известного предела.

[Олег Чекалин]

......   
По конкретному проницанию, в 110 мм вполне возможно наблюдение звезд 13 величины из оранжевой зоны засветки, и даже слабее.  Не говоря уж про 150 мм. Тем более на старпати , где то в Чили, в 114 мм рефлектор официально зарегистрировано наблюдение звезды блеском 14, 68  , это официальный запротоколированный результат

Погугли по "Stephen James O Meara Halley comet"
на память - около 19.5m в 24" рефлектор на Мауна-Кеа. С кислородной маской.
Поэтому лучше без формул и раздумий обходиться, просто пробовать.

[Konstantin.n]

......   
По конкретному проницанию, в 110 мм вполне возможно наблюдение звезд 13 величины из оранжевой зоны засветки, и даже слабее.  Не говоря уж про 150 мм. Тем более на старпати , где то в Чили, в 114 мм рефлектор официально зарегистрировано наблюдение звезды блеском 14, 68  , это официальный запротоколированный результат

Погугли по "Stephen James O Meara Halley comet"
на память - около 19.5m в 24" рефлектор на Мауна-Кеа. С кислородной маской.
Поэтому лучше без формул и раздумий обходиться, просто пробовать.

так я к формулам в последнюю очередь обращаюсь, так как будучи неправильно растолкованными они бы лишили меня половины моих наблюдений я пока по спутникам Урана, из черты горда не зарядил 400 крат я их так и не мог увидеть. Год до этого смотрел впустую). А тут помню атмосфера выдалась дай думаю заряжу 400 , и вот, видно, притом было видно хоть и боковым, но очень  уверенно. Выяснилось что я ранее смотрел не туда , они не так близко к Урану,как я думал, конечно они и близко бывают , но в целом они частенько отходят довольно далеко  ( на глаз не особо можно порой оценит расстояние) . А после этого я их и на 275 крат видал и меньше даже. И потом уже их почти всегда находил ( два самых ярких).

[SWN]

Обычно считают, что "проницающее" увеличение равно 0,7D. У меня всегда вызывала недоверие эта цифра. Может быть, в серой зоне это и так, но в своей жёлто-оранжевой не раз убеждался, что надо ставить не менее 1,0D, что вполне объяснимо, т.к. необходимо уменьшить яркость фона неба.

Примерно в таких же условиях при наблюдении астероидов, сверхновых наилучшее проницание при хорошем небе достигаю с окуляром 3,8 мм на телескопе SW2001 (1,3D). При положении выше 50-60 градусов над горизонтом удавалось различить объекты до 14,2m. При этом невооруженным глазом были доступны звезды до 6,0m.

[VLG]

Интересно было бы сравнить результаты с этим калькулятором: http://www.cruxis.com/scope/limitingmagnitude.htm

Не грузится. Где-то еще встречался такой. Еще вариант предложите?

[VLG]

Опять , у другого наблюдателя, с другими глазами, результаты будут совсем другими.

Именно! Проницание - крайне субъективная величина. Проблема в том, что все формулы никак не связывают эту величину с свойствами наблюдателя. Поэтому все расчеты для меня были совершенно неверны. Именно поэтому я и вывел формулу, включающий полностью субъективный параметр - NELM.
Более крупная проблема - локальная засветка сильно влияет на измерение NELM. Иду я по улице под фонарями - в Кассиопее 5 звезд, в Лире видна одна Вега. NELM  - 3,5. Сворачиваю в узкий проход между гаражами, фонари отсекаются и через секунды в Лире вспыхивает параллелограмм, в Кассиопее проявляются эта, дзета, каппа - проницание до 4,5! В телескоп локальной засветки нет, и результат может завышаться. К такому же выводу, только с другой стороны, пришел  и Konstantin.n. Но на практике у меня результат всегда был хуже, чем из любых расчетов.
Кстати, если кто-то сейчас озвучит вывод, что глаза у меня ни к черту, не обижусь, а соглашусь. Что делать, старость, блин.

[VLG]

так я к формулам в последнюю очередь обращаюсь, так как будучи неправильно растолкованными они бы лишили меня половины моих наблюдений

А у меня все наоборот. Зигель пишет, что М13 начинает разрешаться на звезды в БШР (80 мм), я в 150 не могу разрешить! Вон, Eugenio D. только что писал о 50 звездах в МТО-1000. Самые яркие звезды в нем 11 зв вел - и мне с 10,6 предела проницания не хватает (кстати ,в SW 130P65 тоже не разрешалось). А вот М3, к моему удивлению, звезды показывает -  в нем сверхгиганты поярче.
Насчет влияния увеличения... На самом деле, в расчеты я вдарился ,когда задумался над покупкой нового бинокля, а тут увеличение фиксированное. Средства экспериментировать не позволяют, у меня, как у сапера - только одна попытка, пПоэтому моделировал вид из разных биноклей в Redshift, и  что-то все очень красиво получалось, гораздо лучше, чем в реальности. Замерил проницание (см выше), удивился ,и стал выводить формулу для расчета проницания для разных биноклей. Вывел, и  сразу отказался от биноклей 30- 35 мм. 50 мм ,не меньше. Вот, уже практический вывод получился.

[Konstantin.n]

так я к формулам в последнюю очередь обращаюсь, так как будучи неправильно растолкованными они бы лишили меня половины моих наблюдений

А у меня все наоборот. Зигель пишет, что М13 начинает разрешаться на звезды в БШР (80 мм), я в 150 не могу разрешить! Вон, Eugenio D. только что писал о 50 звездах в МТО-1000. Самые яркие звезды в нем 11 зв вел - и мне с 10,6 предела проницания не хватает (кстати ,в SW 130P65 тоже не разрешалось). А вот М3, к моему удивлению, звезды показывает -  в нем сверхгиганты поярче.
Насчет влияния увеличения... На самом деле, в расчеты я вдарился ,когда задумался над покупкой нового бинокля, а тут увеличение фиксированное. Средства экспериментировать не позволяют, у меня, как у сапера - только одна попытка, пПоэтому моделировал вид из разных биноклей в Redshift, и  что-то все очень красиво получалось, гораздо лучше, чем в реальности. Замерил проницание (см выше), удивился ,и стал выводить формулу для расчета проницания для разных биноклей. Вывел, и  сразу отказался от биноклей 30- 35 мм. 50 мм ,не меньше. Вот, уже практический вывод получился.

Проницание в бинокль сильно  зависит от остроты зрения, зависимость гораздо больше чем в телескоп, так как увеличение 1 d  и более  в биноклях практически не бывает никогда. Только в зумах . Обычно оно что то вроде 0, 2d . Что не является проницающим .  Дифракция на таком увеличении видна только если острота зрения очень высокая , и соответвенно разница в проницании получается просто гигантская. Один видит +7,5 м, второй видит до +11 м, в тот же самый бинокль в тех же самых условиях.
Аналогичный эффект детализации например по лунным светлым кратерам, размер которых на грани дифракции для этой апертуры опять таки зависит от глаз. Один видит в 10 кратный 50 мм бинокль 3 км кратеры, второй видит только 15 км. Так как например 3 км для такой апертуры меньше дифракционного предела, соответвенно они будут видны дифракционными светлыми дисками подобным звездным. Но только на фоне луны. Если наблюдатель не может видеть дифракцию на 10 кратах  то эти кратеры он не увидит, а другой увидит. Как и со звездами, все то же самое. С невооруженным глазом картина точно такая же , то есть все звезды предстают виде дифракционных дисков, но их не видно , то как остроты зрения не хватает для их различения и вместо этого вида просто концентрация света. И вот чем выше острота зрения которая определяется сетчаткой , тем больше шансов распознать ту дифракцию которую сформировал хрусталлик  в неискаженном виде. В противном случае если дифракционный диск сформированый хрусталликом 25 " , а сетчатка распознает только 1 минуту ,то мы имеем потерю проницания и пятно вместо диска. А если хрусталлик имеет отклонения ( астигматизм и тд) , тогда эти  релеевских 25 секунд превращаются в 4 минутное пятно  , и вкупе с такой сетчаткой мы имеем сильный недобор. Один посмотрел увидел звезды + 4 , второй посмотрел увидел + 6,5 , при полном отсутвии млечного пути, что я неоднократно описывал. Только никак это понять никто не может. Ну и на темном небе, один увидел + 6, второй увидел + 8,5 и слабее. В  зависимости от того сколько аберраций вылезло на таком зрачке. А на большом зрачке звезды почти всегда распушаются , как раз из за этого, и рост проницания останавливается. Вроде небо темное , млечный путь очень  яркий, а проницание + 6 . Поэтому можно видеть например м 81( или м 82, не помню какая из них ярче)  невооруженным глазом , и по звездам иметь впринципе стандартное проницание для загородного неба +6 . У другого при этих же условиях проницание будет за + 8 , так как галактика это протяженный обьект а звезды точки, которые у первого наблюдателя- пятно. А у второго - точка. Элементарно моделируютя эти условия обыным расфокусированием звезды в окуляре. Принцип точно такой же. Слабые звезды тотчас же пропадут,  в то время как компактные дипы только в деталях потеряют, но останутся видимы. Что и происодит с невооруженным глазом. Отсюда повторюсь  и отсутвие млечного пути при проницаниии + 6 у одного, и яркий млечный путь при точно таком же проницании у другого.

[Алибек]

А у меня все наоборот. Зигель пишет, что М13 начинает разрешаться на звезды в БШР (80 мм), я в 150 не могу разрешить! Вон, Eugenio D. только что писал о 50 звездах в МТО-1000. Самые яркие звезды в нем 11 зв вел - и мне с 10,6 предела проницания не хватает (кстати ,в SW 130P65 тоже не разрешалось). А вот М3, к моему удивлению, звезды показывает -  в нем сверхгиганты поярче.

Когда Ф.Ю. Зигель составлял свои "Сокровища звездного неба", даже в мегаполисах можно было заметить Млечный Путь. Сейчас со световым загрязнением полное безобразие. Даже в селах и деревнях появилась существенная засветка.
Замечу, кстати, в телескоп равного диаметра (77мм) - боковым зрением прекрасно вижу отдельные звезды в М13.

[VLG]

оптика компенсирует недостаточно хорошее разрешение  не позволяющее получить достаточно хорошее соотношение сигнал шум на фоне неба. Из за чего ухудшается контраст.

Не, это не работает. Я пытался вычислить проницание телескопа, исходя из следующих постулатов:
1. изображение звезды не является точкой, а кружком, размер которого не зависит от ее яркости, а определяется апертурой телескопа (элементарные сведения).
2. раз звезда протяженный объект, то для нее справедливо понятие "поверхностная яркость", и чем слабее звезда, тем ее поверхностная яркость меньше.
3. тогда возможно использование формул для определения видимости туманностей исходя из их поверхностной яркости, поверхностной яркости неба и их соотношения (т.е. контраста).
Пробовал посчитать - идея не проходит. Пов. яркость даже слабых звезд настолько велика в сравнении с фоном ,что получаются чрезвычайно завышенные значения.

[Vitaly63]

Я взял это за основу и, учтя, что проницание невооруженным глазом при засветке не 6 m, а зрачок не всегда и не у всех 6 мм, и  что пропускание телескопической системы не 100%, получил:
Mvis=NELM+5lgD-5lgd+2,5lgK
где NELM – Naked Eye Limiting Magnitude – проницание невооруженным глазом
D – диаметр телеcкопа в мм
d – диаметр зрачка глаза
K – коэффициент пропускания оптической системы (от 0 до 1)

ПРОВЕРКА ПРАКТИКОЙ.
для NELM 4 (мое обычное небо, очень редко 4,5), 150 мм Ньютона с пропусканием 0,57 (отражение- 0,7, экранирование 10%, окуляр 90%) и  моего зрачка 5 мм получаю:
Mvis=4+5*2,18-5*0,7+2,5*(-0,25)=10,8, что очень близко к реальности. Сколько я не замерял проницание своего телескопа, всегда получал 10,6! И по моим наблюдениям в диапазоне от 0,3 до 0,6D  от увеличенния оно НЕ ЗАВИСИТ! (проверено по Плеядам с окулярами 18-12-9 мм).

Отлично согласующаяся формула и моей практикой наблюдения в 152мм Ньютон. Звезды ниже 10 зв.вел. не удается четко наблюдать, хотя формально теоретическое проницание выше как описал тс.

[slava03]

Так, похоже моя тема, но мне только сегодня дали ссылочку по ней.
Теперь по существу.
Не знаю, как смотрит Vitaly63 свои звезды в 152мм Ньютон, но у меня на окраине города с NELM в 6.0m, предел по звездам для 110мм был 12.7m. Когда спустя годы там же он упал до 5.0m, то и в "Мицар" я смог видеть только 11.5-11.7m.

[LeMay]

Комментарий модератора раздела

Night Sky получил 70% за флуд, почищено.

[Albireo7]

Иногда под действием разных лекарств или во время болезни возникает светобоязнь глаз. Когда человек не может смотреть на яркий свет. Повышается ли в этом случае реальная чувствительность глаза к свету? Или это всего лишь реакция на яркий свет? Если первое, то с помощью безвредных веществ можно было бы увидеть более слабые объекты в телескоп.

[Vitaly63]

Не знаю, как смотрит Vitaly63 свои звезды в 152мм Ньютон, но у меня на окраине города с NELM в 6.0m, предел по звездам для 110мм был 12.7m. Когда спустя годы там же он упал до 5.0m, то и в "Мицар" я смог видеть только 11.5-11.7m.

Также как  и все, преимущественно одним глазом в окуляр.