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冷却CCDでは何等まで写っていた?  天体写真(粉銀河マニアックス)

そう言えば2年前にも県民の森Pで良いシーイングに遭遇。
http://sky.ap.teacup.com/eti_forest/586.html

この時は夜半から一気に改善してシーイング4/5になりました。
鏡筒はGINJI-300FN , F4 , fl=1220mm , Sony ICX285AL(2/3inch)
冷却CCDの組合せで撮りました。
当時はかなり粉銀河が写ったと思っていましたが、まだSDSSや
Aladinを使っていませんでした。

はたして何等まで写っていたのか・・・

NGC4565 , L=11X300s , 55min Total
クリックすると元のサイズで表示します

Aladin v10.076にて同定
クリックすると元のサイズで表示します

冷却CCDだし、この写り。
さぞかし暗い粉銀河が写っていると思いきや、21等台半ばでした。
GINJI-300FNとC-14の差なのか、シーイングの微妙な違いなのか、
冷却CCD(Sony ICX285AL)と裏面照射CMOSカラーカメラ(IMX294MC)
との差なのか・・・
感覚的にはICX285ALの方が断然写っていると思ったのですが意外です。
光学倍率の差があるかもしれませんね。
C-14はfl=2489mmと約2倍ですから。
今度はC-14にICX285ALを付けて撮ってみたいですが、流石に写野が
IMX294MCの1/4では狭すぎて導入が大変そうです。
IMX183MMだって1インチだしなあ〜。
やはり50万〜150万円クラスのモノクロ冷却CCDとC-14ってのが最強
なのかもしれません。

遠征撮影でのDSO狙いには30cmF4が最強だと思っていましたが、
35cmF11(F7)のC-14の方が1等以上も暗い銀河を検出していること
になります。しかも、冷却CCDは本気撮りでASI294MCはテスト撮影
という皮肉な結果。

どうしてくれようホトトギス・・・

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2018/3/29  12:21

投稿者:☆男(hoshiotoko)

minerさん

理論的なことと、実際の撮像の乖離ではないでしょうか?
望遠鏡の性能は、その殆どが口径で決まると言う考え方は、眼視だけではなく
写真撮影でもその通りだと感じます。
口径が大きければ、同じ焦点距離でもF値が明るくなって短時間露光で済みます。
点光源である星と面光源である粉銀河を検出する場合、
やはりF値が明るくなければ淡い部分が出て来ません。
後記事で撮影したM82などは良い例です。
一見、もの凄い分解能に見えますが、これは7800mmという焦点距離と良シーイング
によるものです。銀河周辺の淡い所や、周辺の粉銀河は写っていません。
露光時間が足りないからです。これはF12という暗い光学系が原因です。
もっと露光すれば出て来るわけですね。

2018/3/29  0:32

投稿者:miner

最微光星(銀河)の識別は、天体とバックグラウンドのコントラスト(S/N比)によるのでF値や焦点距離には依存しないですよね。

現実的な話として最微等級を調べたいような暗い天体では、撮像素子に到達する光子数(S)が少ないわけですから、S/N稼ぐにはやはり口径となるかと。

そも面光源的な考えと点光源的な考えを同列に扱ってもしょうがないかと思います。

http://miner.at.webry.info/

2018/3/28  19:58

投稿者:☆男(hoshiotoko)

星爺さん

わかりやすいご説明を有難うございます。m(__)m
吉田正太郎先生のご著書を、今時のエッセンスも織り交ぜて是非とも再出版
して頂きたいものです。
これからもイロイロとご教授頂きながら、
私はと言えば、実践でやってみて体で覚えて行きたいと思います。
その様な訳で、今朝方撮って来た65cmF12の画像をご覧頂き、
またコメントなど頂けると嬉しいです。

2018/3/28  19:51

投稿者:☆男(hoshiotoko)

北杜の犬さん

>単位面積当たりの光子の数が同じなら極限等級は同じ

そだねー(^^♪
その光子を同じにすることが、どえらく大変なんだと思っております。
今朝方撮って来た画像をうっぴしたのでご覧くださいませ。

2018/3/28  18:22

投稿者:星爺

前出の「できる限りの露出をする」は「適正露出にする」と置き換えたほうがわかりやすいかもです。
北杜の犬さんもイメージサークルの大きさに注目されていますね。私の文面で撮像素子の大きさと同じ意味です。むずかしい関数ではなくて面積の計算ですね。

http://tentai.asablo.jp/blog/

2018/3/28  18:16

投稿者:星爺

吉田正太郎先生の著書は私が編集したので、実はこの本の12章の「望遠鏡の実視極限等級」に「写真極限等級」を加えて改訂版にしなくてはと、ずっと思っていましたが機会を失ってしまいました。写真は眼視と違って光を蓄積するからです。
「大量のフォトン集積」というフレーズが出てきたのでご説明しやすいです。焦点距離と口径の関係はすなわちFです。なので、焦点距離が変わってもFが同じならば撮像素子全面に照射されるフォトンの量は露出時間が同じなら同じです。Fが同じなら適正露出時間が同じなのと一緒です。
「できる限りの露出をする」前提では、Fの暗い、つまり同じ口径で焦点距離が長ければ、暗い分だけ長時間露出ができるので、同じだけフォトンを集められます。
結果として、極限等級は焦点距離に依存するという、非常に簡単で単純な理屈です。

有り体に一般写真で言えば、カメラレンズのF(絞り)が同じならフォトンの量は同じだから同じ濃さに写る。焦点距離がもっと長い望遠レンズなら細部が写る。極限等級の話に戻れば、撮像素子の分解能に依存するので、焦点距離が長いほど暗い星が写ります。
なかなか改訂版にするチャンスがなかったのは「極限等級は焦点距離で決まる」と一言で済むからということもありました。

http://tentai.asablo.jp/blog/

2018/3/28  16:07

投稿者:北杜の犬

極限等級の議論を楽しく拝読させて頂いております。

工科系出身といえども光学の専門ではありませんが、単位面積当たりの光子の数が同じなら極限等級は同じだと思われます。

何を言いたいかというと、同じ光学系、例えばニュートン式反射を考えれば、同じF数でも口径が大きくなればイメージサークルが大きくなるでしょうから、口径の大小で単位面積当たりの光子の数は異なってくるのか?焦点距離がイメージサークルの大きさにどのような関数で影響するのか?

光も光学系も純粋な数式で表せますから、こちらも決まった光の束を入射のインプットに使えば、実験式ではなく、数値的にも理論的にも解が得られると思いますがいかがでしょうか?

2018/3/28  12:53

投稿者:☆男(hoshiotoko)

星爺さん

>焦点距離のみで決まり口径は無関係
>基本の基本

吉田正太郎さんのご著書、
天文アマチュアのための
望遠鏡光学・反射編
P-48〜51 12望遠鏡の実視極限等級

から引用します。

------- 引用 ここから ----------

望遠鏡で、やっと見える恒星の等級を、極限等級(limitting magnitude)といいます。
瞳孔径7.0mmの人が6.0等星まで見えるとすれば、望遠鏡の極限等級 M は、つぎの式
で計算できます。

M=5logφ+1.774(等)・・・・(2・24)

φの単位はmm、logは常用対数です。

いままで説明したように、望遠鏡の光学的な性能は、ほとんどすべて口径によって
決まります。

-------- 引用 ここまで -----------

この式だと、極限等級は口径の対数で決まることになります。

P-49 ”表2.1 望遠鏡の有効径と性能の一覧表”

には2cm〜1500cmまでの計算結果が載っています。
ハテ?
焦点距離のみが極限等級を決めるファクターだとすると、大口径の集光力による
大量のフォトン集積を無視することになりませんか?
望遠鏡は”もっと光を! ”だと思っていたのですが、間違っていますか?


2018/3/28  12:30

投稿者:☆男(hoshiotoko)

minerさん

そうだ!MPCCVだった・・・

私感ではMPCCVって25cmF4に合わせて設計されているのかも?
と感じています。15cmF4では星像が大きくてダメダメでしたが、
30.5cmF4ではまあまあイイ感じに見えました。
ジズコでもMPCCVの最小錯乱円は15μmの”設計値”だから、極限目指すなら
パラコアにしてちょ!ってHPに書いてありますよね。
私も散々悩んだ挙句、SkyWatcher Comacorrector F4に落ち着いたのでした。

その辺の話もminerさんからの情報でしたあ〜m(__)m
次はビッグパラコアかWynne系で楽しみたいと思います。

2018/3/28  10:11

投稿者:星爺

最微光星の追求も星野写真の分解能もF20くらい(回折限界が現れるまで)までは、焦点距離のみで決まり口径は無関係なんですよ。フォトカウンティングですから、カブリの限度まで露出をすると得られるフォトンの量は同じだからです。口径50cm F4(焦点距離2000mm)、40cm F5、20cm F10の性能は同じです。これは基本の基本です。
もちろんこの理屈は、カブリの限界まで露出した場合で、撮像素子は同じで長時間露出のノイズ増加は考えないで、シーイングの影響を受けないことが前提です。
大口径ほど暗い星が見える眼視、Fが明るいと短時間で限界まで露出できる、口径が大きいと露出不足の場合は小口径より暗い星が写る、フィルム時代の相反則不規、などの経験から、大口径--命--の先入観があるだけです。
ちゃんとした公式もあります。30年ほど前の『天文ガイド』に記事を書いたこともあるのですが、天ガは全部贈呈してしまったので、機会があれば見つけておきます。

http://tentai.asablo.jp/blog/

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