Úzkopásmové filtry a Hubble Palette (SHO)

Jedním z největších zázraků moderní astrofotografie je schopnost pořídit dechberoucí, hluboké a kontrastní snímky zářících plynných mlhovin přímo z centra velkoměsta pod oblohou zamořenou pouličním osvětlením a světelným smogem.

Tuto „superschopnost“ dávají astronomům úzkopásmové filtry (Narrowband Filters) v kombinaci s monochromatickými kamerami.

Zatímco lidské oko a běžné barevné fotoaparáty zachycují celé široké spektrum viditelného světla (kde světelný smog z LED lamp a sodíkových výbojek spolehlivě přehluší slabé světlo z kosmu), difúzní mlhoviny ve vesmíru září zcela jinak: září pouze na několika velmi přesných a extrémně úzkých vlnových délkách (spektrálních emisních čarách).

Emisní mlhoviny (jako mlhovina v Orionu, Severní Amerika, Pelikán, Roseta či Srdce a Duše) jsou tvořeny zředěným plynem ionizovaným ultrafialovým zářením žhavých hvězd. Tento plyn vyzařuje světlo na specifických přechodech elektronů:

1. H-alfa ($H\alpha$ – vlnová délka 656,3 nm): Červené světlo vyzařované rekombinujícím ionizovaným vodíkem. Vodík tvoří 90 % hmoty vesmíru a čára H-alfa je zdaleka nejjasnější a nejrozsáhlejší složkou většiny mlhovin.
2. Kyslík O-III ($[O,III]$ – vlnová délka 500,7 nm): Tyrkysově modrozelené světlo dvakrát ionizovaného kyslíku. Vyskytuje se v nejteplejších a nejvíce energetických oblastech v bezprostřední blízkosti žhavých hvězd a v planetárních mlhovinách.
3. Síra S-II ($[S,II]$ – vlnová délka 671,6 a 673,1 nm): Temně červené světlo ionizované síry. Svítí především v oblastech rázových vln, na vnějších okrajích mlhovin a tam, kde se hvězdný vítr sráží s chladným okolním prachem.

Úzkopásmový filtr je optické zrcadélko tvořené desítkami až stovkami nanometrových vrstev oxidů kovů (interferenční dielektrický filtr).

• Šířka propustnosti (FWHM): Běžný filtr propouští pásmo široké pouhých 3 až 7 nanometrů (nm)!
• Blokování světelného smogu: Přes 98 % veškerého světla – včetně světla z pouličních lamp, měsíčního svitu a rozptýleného denního jasu – filtr nekompromisně odrazí a zablokuje.
• Projde pouze onen tenký paprsek světla z mlhoviny. Výsledkem je, že i z balkónu v Praze, Brně nebo Ostravě získáte snímek s dokonale černým pozadím a neuvěřitelně detailní strukturou mlhoviny, jakoby byl pořízen na odlehlé poušti.

Když astronom vyfotografuje mlhovinu přes tři úzkopásmové filtry (SII, H-alfa a OIII), má k dispozici tři černobílé snímky. Jak z nich vytvořit barevný obraz?

V přirozených barvách září jak vodík (H-alfa), tak síra (SII) červeným světlem. Pokud bychom je složili do skutečných barev, byl by výsledný snímek monotónně sytě červený a struktury síry by v záplavě vodíku zcela zanikly.

Vědecký tým Hubbleova vesmírného dalekohledu (HST) v 90. letech proto vymyslel geniální způsob vizualizace, který dnes zná celý svět jako Hubble Palette (paletu SHO). Využili mapování vlnových délek od nejdelší po nejkratší na barevné kanály RGB:

• Síra (SII – 672 nm, nejdelší vlnová délka) $\rightarrow$ namapována do Červené (Red)
• Hydrogen / Vodík (H-alfa – 656 nm, střední vlnová délka) $\rightarrow$ namapován do Zelené (Green)
• Oxygen / Kyslík (OIII – 501 nm, nejkratší vlnová délka) $\rightarrow$ namapován do Modré (Blue)

Výsledkem je úchvatný obraz plný zlatavých, jantarových, tyrkysových a modrých odstínů (např. slavné „Sloupy stvoření“ v mlhovině M16):

• Vodíková mračna září zlatavě a hnědě.
• Kyslíková oblaka vystupují jako zářivě tyrkysové a safírové kapsy.
• Síra lemuje okraje jemnými oranžovo-červenými konturami.

Astronom i divák tak na první pohled jasně vidí prostorové rozložení a ionizační stav různých chemických prvků v různých hloubkách vesmírného mračna.

• Hester, J. J., et al. (1996). Hubble Space Telescope WFPC2 Imaging of M16: Photoevaporation and the Formation of Low-Mass Stars. Astronomical Journal.
• Walker, P. (2018). Narrowband Astrophotography: Imaging Stars, Nebulae, and the Milky Way. Springer.
• Optolong & Chroma Technology Technical Filter Coating Specifications.