¿Por qué usamos filtros en telescopios para imágenes astronómicas?

En general, los CCD utilizados para capturar imágenes no registran la energía (por lo tanto, el color) de los fotones que inciden sobre ellas, sino que cuentan el número de fotones observados por cada píxel (o un valor proporcional al número de fotones, ya que no son 100% eficientes). Entonces, esencialmente solo muestran variaciones generales de brillo en la imagen.

Si desea capturar información de color, debe usar filtros. Es decir, si desea obtener información sobre la cantidad de fotones rojos (p. ej., la intensidad de la luz roja que incide en cada píxel de su imagen), utilice un filtro para bloquear el resto de la luz. Puede hacer esto con varios filtros diferentes para crear una imagen a todo color.

En la mayoría de las cámaras digitales en color comerciales, los CCD tienen una máscara de filtro sobre cuatro parches de píxeles: dos filtros para luz verde, uno para luz azul y uno para luz roja. Las salidas de estos píxeles se utilizan para construir la imagen a todo color.

Como señaló WDC en su comentario , sin filtros, simplemente obtiene un registro de la irradiancia recibida en función de la función de respuesta espectral del sensor. En otras palabras, un CCD normal que detecta la luz en una cámara no es capaz de captar perfectamente todas las longitudes de onda de luz y la función de respuesta le indica qué tan bueno es ese CCD para captar todas las longitudes de onda de luz.

Sin embargo, a veces no desea tomar una foto y registrar todos los fotones posibles que el CCD es capaz de registrar. A veces desea registrar longitudes de onda específicas. Haces esto aplicando un filtro, antes del CCD, que permite solo longitudes de onda específicas.

Esto tiene todo tipo de usos. Un ejemplo simple sería tomar tres fotografías, una con un filtro rojo para dejar pasar principalmente la luz roja, otra con un filtro verde para dejar pasar principalmente la luz verde y una tercera con un filtro azul para dejar pasar principalmente la luz azul. Cuando observa las imágenes individuales en su pantalla, la computadora no sabe qué colores (es decir, longitudes de onda) de luz vio el CCD, solo sabe cuántos fotones se observaron, por lo que solo puede mostrarle una escala de grises. Sin embargo, luego puede, en el posprocesamiento, teñir su imagen con el filtro rojo rojo, teñir su imagen verde verde, etc. y luego combinar sus imágenes roja, verde y azul en una sola imagen de color para obtener una imagen más cercana. a-verdadero, imagen en color de su objeto. De hecho, ¡ así es como funcionan las cámaras digitales para tomar fotografías en color !

Además de usar filtros para obtener imágenes en color, los astrónomos usan filtros para una amplia variedad de objetivos científicos. Es muy posible crear un filtro especial que solo deje pasar una sola longitud de onda (o lo más cerca posible de una sola longitud de onda). A menudo, las longitudes de onda de luz individuales están vinculadas a procesos físicos específicos. Con eso quiero decir que solo los procesos físicos específicos pueden crear esa longitud de onda exacta. Entonces, al mirar algo con un filtro para una longitud de onda específica, estás mirando los componentes de ese objeto que crearon esa longitud de onda de luz.

Un filtro común de longitud de onda única que a la gente le gusta usar es el filtro H-alfa y un objetivo común para la observación es el Sol. A continuación, y tomada de APOD , se muestra una imagen del Sol usando el filtro H-alfa.

O, de manera similar, la nave espacial Solar Dynamics Observatory (SDO) está constantemente observando el sol en todo tipo de filtros . ¡Observe cuán diferente se ve el sol en las diferentes longitudes de onda!

^{Nota: ¡estas son imágenes en falso color para efecto!}