3.4 Светофильтры

Типы стеклянных светофильтров, применяемых в звездной фотометрии, разнообразны. Рассмотрим некоторые из них на примере выбора светофильтров, реализующих кривые реакции четырехцветной системы WBVR (рис.3.4).

Ультрафиолетовая полоса . Она должна вырезать часть ближнего ультрафиолетового излучения звезд за бальмеровским скачком в интервале длин волн от до . Для этого нужно взять некоторое ультрафиолетовое стекло. Из каталога кривых пропускания стандартных светофильтров, выпускающихся отечественной промышленностью (ГОСТ 9411-81), видно, что наиболее подходящим для этой цели (рис.3.4a) является стекло УФС-2. Но это стекло, кроме основного пропускания в ультрафиолетовой области, имеет дополнительный участок пропускания в красной области. В английском языке для подобного пропускания существует термин red leak.

Избавиться от красной части пропускания трудно. Среди стандартных цветных оптических стекол светофильтра с нужными свойствами нет. Если не поставить фильтр, обрезающий красную область, то красное излучение придется измерять отдельно. Это можно сделать, например, используя дополнительную комбинацию фильтров ОС + УФС-2. В таком дополнительном фильтре придется отдельно измерять долю излучения звезды в области красного пропускания фильтра УФС-2 и затем вычитать ее из измерения ультрафиолетового излучения. При измерениях в полосе Джонсон, пользовавшийся фильтром Corning 9863, являющимся аналогом фильтра УФС-2, считал, что в области красного пропускания этого фильтра чувствительность фотокатода фотоумножителя 1P21 отсутствует. При отдельных инструментальных реализациях полосы такое предположение оказывалось неверным. Решение проблемы состоит в использовании монокристалла медного купороса CuSO5HO. Такие изделия в небольшом количестве выпустило ЛОМО. Правда, при использовании CuSO необходимо тщательно оберегать его от воздействия воды во всех видах. Именно этот кристалл обладает нужной нам полосой пропускания. Он достаточно прозрачен в ультрафиолете и полностью поглощает излучение в красной области пропускания стекла УФС-2.

Коротковолновая граница ультрафиолетовой области пропускания светофильтра УФС-2 несколько короче, чем коротковолновая граница пропускания земной атмосферы, обусловленная поглощением слоем озона (см. Гл.4). Поскольку количество озона в атмосфере непостоянно, эта граница может сдвигаться, что крайне нежелательно. Поэтому стабильность коротковолновой границы полосы обеспечивается дополнительным светофильтром БС-5.

Технически фильтр представляет собой шлифованный кристалл CuSO, зажатый между двумя стеклянными фильтрами БС-5 и УФС-2. Вся складка помещается в металлическую оправу, и герметизируется резиновыми прокладками. Чтобы избежать потерь на отражение при складке стекол, воздушные зазоры между ними ликвидируются вводом между ними небольшого количества иммерсионной жидкости (силиконового масла), имеющей практически такой же показатель преломления, что и стекла. Итак,

Синяя полоса . Эта полоса должна быть близка к полосе системы UBV Джонсона. В спектре звезды A0 она приходится на максимум излучения, захватывая ряд бальмеровских линий, но не захватывая бальмеровский скачок. Основная часть кривой пропускания задается синим светофильтром СС-5 (см. рис.3.4б). Аналогичным стеклом Corning 5030 пользовался Джонсон. Подобно ультрафиолетовому стеклу фильтр СС-5 имеет небольшое пропускание в красной части. Джонсон учитывал это пропускание вычитая из измеренного потока поправки, которые получал либо расчетным путем, либо дополнительным измерением с оранжевым светофильтром (в обоих случаях ``red leak'' служил источником дополнительных ошибок).

Избавиться от красного пропускания фильтра СС-5 можно, установив в качестве обрезающего фильтра сине-зеленое стекло СЗС-21. Оно хорошо пропускает синие лучи и полностью срезает оранжево-красную область. Для того чтобы кривая пропускания комбинации фильтров СС-5 и СЗС-21 в совокупности с фотокатодом фотоумножителя ФЭУ-79 была ближе к такой кривой в системе UBV, следует слегка подрезать коротковолновое пропускание стекла СС-5 желтым стеклом ЖС-10. Складка трех упомянутых фильтров с применением иммерсионной жидкости реализует светофильтр . Итак,

Следует отметить, что положение максимума пропускания цветных стекол практически зависит только от марки стекла, а вот процент пропускания и ширина крыльев области пропускания зависят еще и от толщины стекла.

Визуальная полоса . Джонсон реализовывал эту полосу одним-единственным стеклом Corning 3384 - аналогом стекла ЖС-18. Оно формировало коротковолновую границу области пропускания. Длинноволновая граница создавалась спадом чувствительности фотокатода ФЭУ 1P21. При использовании фотоумножителей ФЭУ-79, имеющих кривую реакции, продолжающуюся до , а иногда и далее, создание полосы требует установки дополнительного сине- зеленого стекла: того же СЗС-21, что и в полосе (см. рис.3.4в). СЗС-21 формирует длинноволновую границу полосы. Итак,

Красная полоса . В системе UBV подобной полосы не было. Когда впоследствии Г.Джонсон стал измерять потоки в красных лучах, он реализовывал красную полосу с помощью ФЭУ с кислородно-цезиевым катодом (см. ниже), и эта полоса была очень широкой. В нашем случае (см. рис.3.4г) коротковолновая граница области пропускания фильтра задается единственным красным стеклом КС-14, а длинноволновая граница -- спадом чувствительности фотокатода (подобно тому, как было у Джонсона с полосой ). Итак,

Подобранные таким образом комбинации стандартных стеклянных светофильтров вместе с кривой реакции фотокатода, а также с не слишком отличающимися от 100% и почти не зависящими от длины волны кривыми отражения от двух алюминированных зеркал и кривой пропускания кварцевой линзы Фабри, дают нам итоговые кривые реакции полос , , и . Их основные параметры приведены в табл.3.1.

	средняя	длина	полу-	пропуска-	длина волны c
	длина	волны	ширина	ние в мак-	пропусканием 1%
полоса	волны	максимума		симуме
				%	коротко-	длинно-
					волновая	волновая
	3465	3500	530	45	3060	3970
	4390	4350	900	47	3710	5350
	5545	5300	810	55	4900	6800
	6945	6600	1070	55	6130	8830

Необходимо отметить, что все кривые пропускания всех стеклянных светофильтров обладают зависимостью их положения от температуры. Повышение температуры вызывает сдвиг кривой пропускания в длинноволновую область. У желтых, оранжевых и красных стекол (ЖС, ОС, КС) крутой фронт их кривых пропускания сдвигается примерно на  при изменении температуры на 1. При перепаде температур от зимы к лету на 30-40 сдвигом кривых спектральных полос уже нельзя пребречь. Температурный сдвиг кривых пропускания других стекол (УФС, СС, СЗС) в несколько раз меньше. Исследования температурных зависимостей для кривых пропускания цветных оптических стекол выполнили и опубликовали в ряде статей литовские астрономы Р.Калитис, Г.Какарас и Ю.Спераускас. Их результаты были подтверждены измерениями, выполненными И.М.Волковым в Тянь-Шаньской обсерватории ГАИШ. Следовательно, необходимо либо термостатировать светофильтры, что технически очень неудобно и поэтому обычно не делается, либо получить температурные зависимости стекол лабораторным путем и вводить в обработку эти поправки, а также не забывать 2-3 раза в ночь записывать температуру воздуха в башне телескопа.