Cómo funcionan los filtros en astronomía y cómo leer su gráfico y elegirlo correctamente.

Los filtros son piezas de vidrio que solo permiten que ciertas longitudes de onda de luz pasen, ya sea al ocular o al sensor de una cámara.

Para comprender qué filtro necesitamos, es importante comprender primero cómo funcionan los filtros, ya sean de contaminación lumínica, de color, banda ancha o banda estrecha, densidad neutra, etc; tanto para visual como para astrofotografía. Un filtro colocado frente a su cámara o su ocular, solo restará o bloqueará un porcentaje de la luz entrante, ya sea un 1%. o 99%.

Los filtros nunca pueden agregar luz entrante a su imagen. Sin embargo, lo que pueden hacer los filtros es bloquear la luz no deseada, como la contaminación lumínica, o aislar un objetivo específico. Como resultado, puede permitir que la fuente de luz deseada, como una galaxia o una nebulosa, se destaque mucho más claramente del fondo.

En definitiva, los filtros funcionan bloqueando una parte específica del espectro de color, mejorando significativamente las longitudes de onda restantes.

Por ejemplo, los filtros de colores funcionan por absorción/transmisión y te dicen instantáneamente qué parte del espectro están reflejando y, por lo tanto, transmitiendo; o los filtros de reducción de contaminación lumínica y de nebulosas son muy selectivos en las longitudes de onda que transmiten.

Lo primero. Entender el espectro de luz y longitudes de onda

Para comprender el funcionamiento de los filtros y entender como elegirlos en función de sus gráficos es importante saber unos conceptos básicos como es el espectro de luz, las longitudes de onda y, en definitiva que es la luz.

La luz es una radiación que se propaga en forma de ondas de campos eléctricos y magnéticos alternos y se propaga por el espacio, es decir, dicha energía viaja a través del espacio como ondas electromagnéticas (EM), y no requieren un material (como aire o agua) para moverse, por lo que pueden, a diferencia del sonido, viajar a través del espacio vacío. Todas las ondas electromagnéticas viajan a la misma velocidad en el vacío: la velocidad de la luz (que en sí misma es una onda EM).

La luz que nuestros ojos pueden detectar es solo una pequeña parte de la cantidad total de luz que existe. El espectro electromagnético es el término que usan los científicos para describir toda la gama de luz que existe. Desde las ondas de radio, microondas, infrarrojos, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma , la mayor parte de la luz del universo es, de hecho, invisible para nosotros.

Como cualquier otra onda, la luz tiene algunas propiedades fundamentales que la describen. Una es su frecuencia , medida en hercios/ (Hz), que cuenta el número de ondas que pasan por un punto en un segundo. Y otra, estrechamente relacionada, es su longitud de onda: la distancia desde el pico de una onda hasta el pico de la siguiente. De hecho, estos dos atributos están inversamente relacionados. Cuanto mayor sea la frecuencia, menor será la longitud de onda y viceversa, son inversamente proporciales.

Por qué necesitamos filtros

Por varios motivos. Ya sea para visual o para fotografía. Cuando observamos o fotografiamos un objeto, solo nos interesa la propia luz que emite el objeto en sí, pero desgraciadamente, no solo nos llegan al ojo o al sensor de la cámara estas ondas de luz del objeto, tambíen nos llega luz que no queremos y nos perjudica, como es la de la propia contaminación lumínica del cielo o la que proviene de las luces artificiales, ya sean directamente o las que se refleja en los gases y partículas en el aire.

Un filtro, como su nombre indica, filtra estos colores y contaminaciones no deseadas para que podamos obtener una calidad de imagen más clara. El uso exclusivo de un filtro de telescopio puede mejorar significativamente la vista del astrónomo o la calidad y nitidez de una fotografía.

Ejemplo con filtro IR-CUT: Los sensores Cmos o CCD de color son muy sensibles en el infrarrojo y nos interesa bloquearlo para mejorar la nitidez y da una gradacion de color más fina y mejor conseguida de algunas de nuestras fotografías, de hay que necesitemos un filtro IR-CUT para bloquear el paso del espectro Infrarrojo y Ultravioleta, siendo muy utilizados en fotografía planetaria.

Un IR Cut está diseñado para usarse con cámaras que no tienen un filtro IR frente al sensor de imágenes. Este filtro especializado tiene la capacidad de cortar tanto los rayos UV por debajo de 390nm como los rayos IR por encima de 700mn, dejando solo los rayos de luz en el espectro visible que pasan a través del filtro y hacia la cámara. Esto es importante porque los sensores CCD y CMOS sin filtrar son extremadamente susceptibles a los rayos UV e IR justo fuera del espectro visible. Estos rayos pueden causar contaminación lumínica y tener un impacto muy negativo en la calidad de la imagen. Este filtro se usa en cámaras digitales y cámaras de cine que no tienen un filtro de protección IR o cámaras que se modificaron para quitar el sensor.

El efecto del filtro se logra principalmente a través de los revestimientos multicapa en la superficie del filtro, el filtro bloquea los rayos de luz UV e IR fuera del rango mencionado.

Cómo leer su gráfico.

Hagámoslo con un ejemplo: Supongamos que tenemos el siguiente gráfico:

Filtro Astronomik UHC-E

El filtro Optolong L-Extreme es un filtro de paso de banda dual, ideal para hacer banda estrecha con tu cámara a color.
Este filtro permite el paso de varias longitudes de onda de luz seleccionadas y bloquea todo lo demás.

En astrofotografía, hay algunas longitudes de onda de luz clave que querrás recordar;

  • 486nm – Hb – Hidrógeno Beta
  • 500nm – [OIII] – Oxígeno III
  • 656nm – Ha – Hidrógeno Alfa
  • 672 – [SII] – Azufre II

Este tipo de filtros de doble banda tienen como objetivo permitir que pase la mayor cantidad de luz de dos, tres o cuatro longitudes de onda de luz diferentes. En este caso particular del L-Extreme serían dos bandas, la de OIII y la de H Alfa.

El gráfico de arriba, de izquierda a derecha, muestra las longitudes de onda de la luz del espectro. La linea vertical verde y la linea vertical roja representan los puntos de colores o longitudes de onda que nos interesan. Entonces, a 500 nm, puedes ver una línea verde que representa [OIII].

Ahora si miramos de izq a derecha, en el eje horizontal de los nm de la longitud de onda, comenzamos en cero a 300nm, permaneciendo la transmision (eje vertical) en cero todo el camino hasta justo antes de 500nnm, luego vuelve a caer a cero, luego alcanza un máximo nuevamente a 656nm, luego vuelve a cero hasta el final del gráfico.

Todo lo que DEBAJO de esa línea curva blanca se transmitirá hacia el sensor de nuestra cámara. Todo lo que está por encima de esa línea está bloqueado. Entonces, en este caso, todo desde 300 – 497 (más o menos) está bloqueado, luego todo desde 503 (más o menos) hasta 653 (más o menos) está bloqueado, luego desde 659 en adelante también está bloqueado.

Entonces, la única luz que atraviesa es un ancho diminuto de 500 nm y 656 nm, que, como vimos anteriormente, son las líneas de transmisión para [OIII] y Ha.

Tipos de filtros según nuestras necesidades y uso

Filtros lunares:

Estos tipos de filtros ayudan a ver la luna al reducir la cantidad de luz en todas las longitudes de onda visibles.

Hay dos tipos. El filtro de densidad neutra y los polarizadores variables. Los filtros de densidad neutra oscurecen más o menos la superficie lunar dependiendo de las transmisión de luz que ofrezcan. Y los filtros polarizadores variables que permiten cambiar la cantidad de luz que se mueve a través de él ajustando uno de sus polarizadores

Un filtro lunar variable es una excelente opción si desea tener vistas de la luna durante sus diversas fases , porque se puede aumentar la cantidad de luz cuando la luna está en su fase creciente y luego disminuir la luz cuando está en su fase gibosa.
También existen los filtros lunares de color verde que ayudan a reducir la cantidad de resplandor que ve cuando mira la luna .

Filtros de color:

Son filtros para usar cuando quieres ver los planetas. Son de un solo color y están marcados con los mismos números de Kodak-Wratten que los filtros de color fotográfico. Bloquean todo el color excepto el del propio filtro, utilizandolos para mejorar el contraste de un determinado objeto observado.

Filtros de contaminación lumínica:

La contaminación lumínica, ya sea natural o artificial, nos perfjudica mucho las vistas o seciones fotográficas del cielo nocturno. Un filtro de contaminación lumínica trabaja para reducirla y que el cielo sea más oscuro. Esto ayuda a revelar mejor los cuerpos celestes como nebulosas de emisión u otros objetos.

Hay una amplia gama de opciones disponibles, pero en términos simples, todos hacen lo mismo en el sentido de que intentan bloquear ciertas longitudes de onda de la luz.

Los filtros de contaminación lumínica no harán que las nebulosas sean más brillantes; en realidad, las hacen más tenues . Sin embargo, aumentan el contraste y conseguimos mejor los detalles del objeto, es decir, mejoran la claridad y el contraste de los objetos celestes al inhibir la transmisión de sodio, mercurio y otras luces de color emitidas típicamente por farolas o luces artificiales más comunes.

A la hora de elegir un filtro de este tipo es importante saber que tipo de cielo tenemos, tipo de óptica que dispones (abertura, tipología, etc) y el objeto que vamos a observar o fotografiar, pues no van a rendir igual, ya que depende de diversos factores que nos convenga mejor un tipo u otro. Por esos es importante saber leer las caracteristicas técnicas del filtro y dejarse asesorar por nosotros y por lo que especifique el fabricante.

NOTA IMPORTANTE: También hay que diferenciarlos bien del tipo de uso, pues a veces un buen filtro para observación no conviene para fotografía. La clave a entender es cuánta luz dejarán pasar. Un sensor de una cámara es mucho más sensible que nuestro ojo y, además, se puede programar para tomar exposiciones prolongadas. Esto significa que pueden trabajar con mucha menos luz que el ojo , por lo que normalmente un filtro fotográfico será más restrictivo y bloquea más la luz. Estos filtros más restrictivos se conocen como filtros de banda estrecha bloquenando toda la luz excepto una longitud de onda específica predeterminada (como el l-extreme visto anteriormente en el ejemplo) . Se puede decir entonces que es un filtro también de contaminación lumínica, pero es importante saber que con el ojo humano van a rendir mucho peor que con un sensor de cámara, y lo mismo pasa con un telescopio de gran abertura frente a uno de poca abertura cuando de observación se trata.

Este tipo de filtros hay rinden bien cuando su paso de banda coincide con la luz que emite su objeto objetivo. Por eso la diversiodad de opciones que cuando a paso de banda, ya sea H alfa, OIII, UHC, CLS, etc.

Si utilizamos un telescopio grande de 8 pulgadas o más, a veces podemos usar un filtro ‘fotográfico’ para uso visual debido a la cantidad de luz que puede recolectar una abertura así, pero esto depende mucho de qué tan ajustado sea el ancho de banda. Es por eso que verá muchas opciones diferentes disponibles, como OIII, Hydrogen Alpha, Hydrogen Beta, UHC y más.

Por lo tanto, elegir el filtro correcto de contaminación lumínica nos es sencillo y requiere de un estudio previo de muchos factores que influirán en su mejor o peor rendimiento.

Filtros solares:

Como su nombre indica, estos filtros te permiten mirar el sol. Es importante cuando de mejor calidad mejor, ya que en este tipo de observación prima la seguridad. Suelen estar hecho de una pelicula o vidrio flexible, donde se cubre la boca del tubo con el objetivo de reducir la radiación ultravioleta, claor y luz del sol.

Dentro de los filtros solares, también destacan los filtros H-alfa (hidrógeno-alfa). Esto le ayuda a ver más actividad en el sol. Los filtros solares de luz blanca permiten ver las manchas solares en la superficie del sol y son útiles para observar los eclipses solares, pero los filtros H-alfa son mejores porque transmiten una longitud de onda de luz, que es un color rojo intenso que se libera átomos de hidrógeno

Filtros L-RGB:

Los filtros LRGB son filtros de luminancia, rojo, verde y azul. Se utilizan con cámaras mono para crear una imagen de color real mediante la recopilación de un color R, G y B a la vez. Luego, también tiene un filtro de luminancia que ayuda a mejorar el contraste general. En cielos contaminados luminicamente a veces es mejor utilizar un CLS-CCD en vez de un luminancia normal.

Filtros fotométricos:

Los filtros fotométricos se utilizan para determinar el brillo de las estrellas en diferentes rangos espectrales de luz definidos con precisión.

Dependiendo del paso de banda que dejen pasar podemos determinar el brillo de las estrellas en varios rangos espectrales de luz definidos con presición.

A la hora de elegir un filtro, es importante saber entender sus graficas y los pasos de banda que bloquean. En Espacio Celeste, ponemos a vuestra disposición el mejor asesoramiento técnico y siempre ofreciendo productos de calidad, evitando aquellos de bajo coste que provienen de fabricantes que no hacen buenos controles de calidad y materiales adecuados para esta afición.

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