Średnice... światłosiły... źrenice wyjściowe...

szuu · 21 Października 2009

Uch, każdy detektor pojedynczy korzysta z całej apertury, więc nie ma znaczenia, czy rozważasz cała matrycę, czy jeden piksel. Jak chcesz sobie zrobić empiryczny test, to rozfokusuj minimalnie gwiazdę, a zobaczysz całą aperturę od krawędzi do krawędzi, a jak przystawisz palec przy brzegu tubusu, to też go zobaczysz w tym krążku dyfrakcyjnym. Dlaczego? Przecież akurat tej gwiazdki na środku nie zasłoniłeś?

znam ten trik, sprawdzałem tak winietowanie w maku

każdy pojedynczy detektor korzysta z całej apertury - ale otrzymuje z całej apertury tylko niewielki procent promieniowania, bo jest tylko niewielkim procentem matrycy.

zwiększenie skali powoduje że ten procent się zmniejsza, piksel ciągle fizycznie tej samej wielkości jest proporcjonalnie coraz mniejszym elementem coraz większego obrazu i dostaje procentowo coraz mniej.

Piotr Brych · 21 Października 2009

Z wątku tego zainteresował mnie mały fragment - parę razy padło stwierdzenie o ilości fotonów wpadających do oka jakie są potrzebne do wywołania minimum wrażenia świetlnego. Postanowiłem wyliczyć jaka jest konkretnie ta ilość.

Przyjąłem założenia:

- przykładem krańcowej widzialności jest gwiazda 6.5 mag

- wielkość gwiazdowa określona jest wzorem m=-2.5 lg I -14.05 gdzie I to natężenie oświetlenia w luksach

- luks to efekt padania strumienia świetlnego 1 lumena na 1 m.kw.

- lumen to strumień świetlny wysyłany przez źródło o mocy 1 kandeli w kąt bryłowy 1 steradiana

- kandela to światłość którą ma w określonym kierunku źródło emitujące promieniowanie o częstotliwości 540 THz (555 nm czyli zielone) i którego natężenie w tym kierunku jest 1/683 W/sr

- foton niesie energię E=hv gdzie h=6.626*10^-34 [J*s] a v to częstotliwość promieniowania.

- źrenica oka ma fi 8 mm

- soczewka oka skupia promienie w jednym punkcie (na jednym pręciku oka)

Z założeniami chyba każdy się zgodzi. Zatem jedziemy (proszę wybaczyć stosowanie znaków ASCII jako wyrażeń matematycznych, jak i drobne zaokrąglenia)

Energia fotonu światła zielonego to E=hv=6.626*10^-34 * 540*10^12 = 3580*10^-22 = 3.6*10^-19 Joula

Natężenie światła gwiazdy 6.5 mag w luksach (I) wyliczymy następująco:

6.5 = -2.5 lg I - 14.05

6.5+14.05 = 20.55 = -2.5 lg I

-8.22 = lg I

I = 10^-8.22 = 6*10^-9 luksów

Powierzchnia źrenicy oka to Pi*0.004^2=5*10^-5

Aby otrzymać natężenie 6*10^-9 lx na powierzchni źrenicy oka wystarczy strumień świetlny

F = 6*10^-9 * 5*10^-5 = 30*10^-14 = 3*10^-13 lumena

Taki strumień wysyła w kąt 1 steradiana źródło o sile 3*10^-13 kandeli a więc o mocy

P = 3*10^-13 * 1/683 W = 4.4*10^-16 W

Ile zatem fotonów o energii 3.6*10^-19 J trzeba mieć aby uzyskać moc 4.4*10^-16 W?

N = 4.4*10^-16 / 3.6*10^-19 = 1222 fotonów na sekundę.

Podsumowując: Od gwiazdy 6.5 mag na pręcik oka dociera ok. 1200 fotonów na sekundę.

Nie upieram się, że w moim rozumowaniu nie ma błędów (jeżeli są to chętnie je skoryguję).

Wnioskuję z tego rozumowania, iż stwierdzenie, że wystarczy kilka fotonów na 0.2 sekundy (czyli ok. 20-30 na sekundę) aby wywołać wrażenie świetlne jest mocno przesadzone - foton to zbyt mała rzecz a oko aż tak doskonałe nie jest.

Edytowane 21 Października 2009 przez Piotr Brych

21 Października 2009

Przejrzałem kilka źródeł anglojęzycznych na ten temat.

Wynika z nich, że kontrast pomiędzy obiektem rozciągłym a tłem nie zależy ani od apertury ani powiększenia. Pozostaje taki sam przy wszystkich aperturach i powiększeniach ponieważ zarówno apertura jak i powiększenie "działają" i na jasność powierzchniową obiektu i na jasność powierzchniową tła (nomen-omen też obiektu rozciągłego). Kontrast można zwiększyć przede wszystkim jadąc pod jak najciemniejsze niebo. W tych samych warunkach, o jasności obrazu decyduje tylko źrenica wyjściowa. Apertura nie zwiększa jasności powierzchniowej obiektu rozciągłego.

To dlaczego w większej aperturze widać więcej?

Dla konkretnego obiektu można natomiast policzyć kontrast progowy czyli moment w którym obiekt wyłoni się z otaczającego go tła. I tu liczy się apertura - im większa tym niższy próg postrzegania obiektu. Obniżanie kontrastu progowego (nie stosunku kontrastu obiektu i tła) pozwala na dojrzenie słabszych galaktyk, które są niewidoczne w mniejszej aperturze. Kontrast progowy tłumaczy dlaczego mamy wrażenie, że jasność powierzchniowa obiektu wzrosła, a kontrast polepszył. Kontrast wzajemny się nie zmienił, jasność powierzchniowa nie wzrosła w porównaniu do gołego oka (każdy teleskop nieco zmniejsza tę jasność w wyniku "gubienia" światła na/w optyce), natomiast z powodu obniżenia kontrastu progowego postrzegamy obiekt jako jaśniejszy, a kontrast jako wyższy. Istnieje też optymalne powiększenie przy którym konkretny obiekt w konkretnych warunkach i teleskopie widoczny jest najlepiej.

To tak w skrócie. Teraz usiądę i zastanowię się, czy to rozumiem

PS. jak to się stało, że nie użyłem ani jednej cyferki?...

Edytowane 21 Października 2009 przez polaris

misiekc · 21 Października 2009

Specjalnie dla Ciebie szuu: 10 razy wieksza apertura zbiera 100 razy wiecej fotonow

szuu · 21 Października 2009

Podsumowując: Od gwiazdy 6.5 mag na pręcik oka dociera ok. 1200 fotonów na sekundę.

znajdywalne w googlach źródła

http://www.google.com/search?q=rods+quantum+efficiency

zgodnie twierdzą że progiem jest kilka fotonów, być może ma to związek z innymi warunkami doświadczenia - raz że gwiazdę widzimy na tle nieba które może przeszkadzać, dwa że może widmo ma nieoptymalne, trzy że nie doceniłeś ludzkiego oka i w warunkach laboratoryjnych jest >>6.5, cztery że soczewka nie skupia na jednym pręciku, trudno powiedzieć... ale tak naprawdę różnica nie jest znowu tak wielka, jeżeli każdy z tych czynników powoduje błąd 50% to jeszcze mieścisz się w oficjalnych parametrach!

Dla konkretnego obiektu można natomiast policzyć kontrast progowy czyli moment w którym obiekt wyłoni się z otaczającego go tła. I tu liczy się apertura - im większa tym niższy próg postrzegania obiektu.

[...]

PS. jak to się stało, że nie użyłem ani jednej cyferki?...

może to źle bo teraz nie ma się nawet do czego przyczepić nie wiedząc jak się oblicza kontrast progowy i co to w ogóle za zwierz :szczerbaty:

Specjalnie dla Ciebie szuu: 10 razy wieksza apertura zbiera 100 razy wiecej fotonow

dziękuję

niestety zauważyłem dopiero po fakcie że użyłem niewłaściwego słowa, oczywiście chodziło mi o aperturę liczoną powierzchniowo.

dążę do jak najprostszego przykładu żeby nie pojawiało się zbyt dużo liczb i niepotrzebnych działań matematycznych i dało sie określić co jest do czego proporcjonalne. takimi proporcjonalnymi wielkościami w przypadku stałej źrenicy wyjściowej są powierzchnia obrazu i powierzchnia obiektywu (a nie jak błędnie napisałem apertura).

21 Października 2009

Polecam lekturę:

http://www.gcadventure.com/cosmic-voyage.net/threshold.pdf

http://www.bbastrodesigns.com/visual.html

oraz programik ODM:

http://www.bbastrodesigns.com/dnld/odm.zip

Tomi · 21 Października 2009

Przejrzałem kilka źródeł anglojęzycznych na ten temat.

Wynika z nich, że kontrast pomiędzy obiektem rozciągłym a tłem nie zależy ani od apertury ani powiększenia. Pozostaje taki sam przy wszystkich aperturach i powiększeniach ponieważ zarówno apertura jak i powiększenie "działają" i na jasność powierzchniową obiektu i na jasność powierzchniową tła (nomen-omen też obiektu rozciągłego). Kontrast można zwiększyć przede wszystkim jadąc pod jak najciemniejsze niebo. W tych samych warunkach, o jasności obrazu decyduje tylko źrenica wyjściowa. Apertura nie zwiększa jasności powierzchniowej obiektu rozciągłego.

Dzięki Polaris, że odszukałeś te informacje :Beer: Zauważ, że to samo zawarłem w moich poprzednich postach, a bardzo dokładnie opisał to Pioterk Guzik w wątku, do którego link dwukrotnie już przytaczałem.

Gdyby było inaczej, metody wizualnej oceny jasności komet (Bobrownikoffa, Sidgwicka) byłyby pozbawione sensu, gdyż zależałyby od użytego do ich oceny sprzętu.

22 Października 2009

Policzyłem, że w przypadku obiektu NGC6822 (Galaktyka Barnarda, rozmiar: 15,4'x14,2', jasność całkowita: 8,7mag) dla nieba o jasności tła 21mag, źrenicy wyjściowej 5,0mm, zasięgu 6,0mag i sprawności optycznej sprzętu 0,7:

dla 8" najlepsze użyteczne powiększenia to 41-200x (różnica kontrastu obiekt/tło odpowiednio 0,33-0,28)

dla 3" to 16-55x i galaktyka jest na granicy progu kontrastu (różnica odpowiednio 0,09-0,01)

dla lornetki 10x50 jest już pod progiem

Dla porównania, mały zwarty obiekt M57:

dla 8" różnica kontrastu przy pow. 41-200x to 1,72-1,62

dla 3" przy 16-55x to 1,19-1,32

dla lornetki 10x50 różnica kontrastu to 0,85 czyli M57 powinna być widoczna

Hans · 22 Października 2009

(...)

Podsumowując: Od gwiazdy 6.5 mag na pręcik oka dociera ok. 1200 fotonów na sekundę.

Nie upieram się, że w moim rozumowaniu nie ma błędów (jeżeli są to chętnie je skoryguję).

Wnioskuję z tego rozumowania, iż stwierdzenie, że wystarczy kilka fotonów na 0.2 sekundy (czyli ok. 20-30 na sekundę) aby wywołać wrażenie świetlne jest mocno przesadzone - foton to zbyt mała rzecz a oko aż tak doskonałe nie jest.

Jest.

http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Quantum/see_a_photon.html

Pozdrawiam.

McArti · 22 Października 2009

Nie upieram się, że w moim rozumowaniu nie ma błędów (jeżeli są to chętnie je skoryguję).

Na szybko z rana to mi sie wyaje, że coś ten steradian nie został przeliczony lub skrócony. Steradian to jednak bardzo dużo.

Piotr Brych · 22 Października 2009

Przy uwzględnieniu tego, że strumień światła jest ogniskowany na kilkuset pręcikach, to rzeczywiście - w idealnych warunkach i adaptacji można uznać, że jeden foton może pobudzić pręcik. Skoro rozdzielczość ludzkiego oka to maksimum 1' a pręcików jest ok. 10x więcej niż minut kątowych jakie obejmuje oko, to rzeczywiście - pręciki w efekcie pracują w zespole. I taki zespół musi przyjąć rzędu 1000 fotonów aby coś zobaczyć. Na pojedyńczy pręcik wypada znacznie mniej. I jeszcze jeden efekt, którego nie rozwinę teraz ale o którym jestem przekonany - granica obserwacyjna gwiazd (punktu świetlnego) to 6,5 mag ale w przypadku obiektów rozciągłych, w przeliczeniu na minutę kwadratową jest ona znacznie dalej.

misiowaty · 22 Października 2009

...

Wynika z nich, że kontrast pomiędzy obiektem rozciągłym a tłem nie zależy ani od apertury ani powiększenia...

Tak, tyle że nie o taki kontrast tu chodzi. Obserwując na granicy percepcji musimy uwzględnić niejednorodność strumienia fotonów.

Przykład: Obserwujemy obiekt w określonej aperturze i z kierunku obiektu obserwujemy strumień 110 fotonów (w określonym czasie np. 0.2sek) a z sąsiednich kierunków 100 fotonów. Wniosek: obiekt jest źródłem 10 fotonów a kontrast wynosi 1.1 . Teraz zwiększamy aperturę 2x i mamy: tło wysyła 400 fotonów w jednostce czasu a z kierunku obiektu otrzymujemy 400 fotonów tła i 40 fotonów obiektu- razem 440. Kontrast jest taki sam 1.1 !!!!

NIE!

McArti próbuje nam przekazać, że w warunkach obserwacji na progu percepcji musimy uwzględnić nierównomierność strumienia fotonów. Wróćmy do przykładu. W pierwszym przypadku tło będzie świecić strumieniem 100 +-10 fotonów, tzn. w tym samym czasie z jednego kierunku tła otrzymamy np.91 fotonów a od sąsiada 109. Po chwili nastąpi zmiana i będzie to 107 i 93 itd. Jak na takim tle będzie wyglądał sygnał który sam waha się od 7 do 13? Nie będzie wyglądał, bo nie będzie widoczny. Zginie w fluktuacji tła.

W drugim przypadku (apertura x2) tło będzie świecić losowo 400 +-20 fotonów czyli: od 380 do 420 a z kierunku obiektu doda się 40 +-6 czyli razem: od 414 do 460 fotonów; i taki 'pik' możemy zacząć zauważać.

Podsumowując: obiekt widzimy dzięki 'kontrastowi' pomiędzy strumieniem fotonów od obiektu a wartością fluktuacji strumienia fotonów tła.

Dzięki McArti!

Edytowane 22 Października 2009 przez misiowaty

McArti · 22 Października 2009

za http://www.bbastrodesigns.com/visual.html

Telescope Limiting Magnitude

Aperture Probability of Detection

Inches 98% 90% 50% 20% 10% 5% 2%

1 9.7 10.2 10.7 11.2 11.7 12.4 13.2

2 11.2 11.7 12.2 12.7 13.2 13.9 14.7

3 12.1 12.6 13.1 13.6 14.1 14.8 15.6

4 12.7 13.2 13.7 14.2 14.7 15.4 16.2

5 13.2 13.7 14.2 14.7 15.2 15.9 16.7

6 13.6 14.1 14.6 15.1 15.6 16.3 17.1

7 13.9 14.4 14.9 15.4 15.9 16.6 17.4

8 14.2 14.7 15.2 15.7 16.2 16.9 17.7

10 14.7 15.2 15.7 16.2 16.7 17.4 18.2

12.5 15.2 15.7 16.2 16.7 17.2 19.9 18.7

14 15.5 16.0 16.5 17.0 17.5 18.2 19.0

16 15.7 16.2 16.7 17.2 17.7 18.4 19.2

18 16.0 16.5 17.0 17.5 18.0 18.7 19.5

20 16.2 16.7 17.2 17.7 18.2 18.9 19.7

22 16.4 16.9 17.4 17.9 18.4 19.1 19.9

24 16.6 17.1 17.6 18.1 18.6 19.3 20.1

30 17.1 17.6 18.1 18.6 19.1 19.8 20.6

36 17.5 18.0 18.5 19.0 19.5 20.2 21.0

z 1" 13,2mag POEZJA!!!! z 8" 17,7mag to pokazuje jak nie liniowe zjawiska zachodza w nocy.

przypominam fanom średnich statystycznych, że średnia wystepuje tylko na nieskończonej ilości prób a nie periodycznie w satysfakcjonującym kibica średnich okresie.

McArti · 22 Października 2009

kacham tego gifa

http://clarkvision.com/visastro/m51-apert/m51-apert-animated.gif

ekolog · 22 Października 2009

Tak, tyle że nie o taki kontrast tu chodzi. Obserwując na granicy percepcji

... z kierunku obiektu doda się 40 +-6 czyli razem: od 414 do 460 fotonów; i taki 'pik' możemy zacząć zauważać.

Podsumowując: obiekt widzimy dzięki 'kontrastowi' pomiędzy strumieniem fotonów od obiektu a wartością fluktuacji strumienia fotonów tła.

Dzięki McArti!

PRAWDA ABSOLUTNA - tylko my jesteśmy w wątku "ŻRENICE WYJŚCIOWE" (równe! [5mm]) i na samym końcu Dobson 'McArti'ego' musi to powiększyć znacznie bardziej niż mniej aperturowy teleskopik. A jak tak powiększy to ten wspaniały PIK rozłoży się sie na wiekszy obszar (w oku) i spadnie z powrotem pod wartość progową. Teraz nie użyłem ani jednej liczby może ktoś spróbuje to przeczytać "w nagrodę" za brak liczb :rolleyes:

p.s.

mówiąc najprościej: większe powiększenie finalne rozkłada PIK "nadprogowy" wstępnie lecący do jednego pręcika na kilka pręcików (juz podprogowo) i wychodzi na TO SAMO! Twoje rozumowanie byłoby słuszne gdyby DOBSON "McArti'ego" powiększał także tylko 16 X jak refraktorek. Ale on niestety nie może! bo sie cały DS nie zmieści w źrenicy i obsrwacja będzie zdegenerowana (fragmentaryczna). Dlatego tyle tu gadamy o źrenicy 5mm, która żadnej przewagi (jak teraz wytłumaczyłem) nie daje dobsonowi "McArti'ego" w kwestii obserwowanej jasności (nawet progowej).

Edytowane 22 Października 2009 przez ekolog

McArti · 22 Października 2009

No i dlatego, 8" ma więcej pręcików do wylosowania żeby wzbudzić jakikolwiek. a 3,5" niema fotonów zeby wzbudzić nawet tego jednego. Moze przesuń rozwazania z 80mm na 5mm własnej gołej źrenicy. W zasdzie widać gałym okiem to samo co w teleskopie tylko mniejsze nie?

Pomysl, że w jednym teleskopie coś widac tylko zerkaniem a w wiekszym widać na wprost. Niestety za duzo nakładajacych sie efektów jest w ciemności a działają wszystkie naraz w róznym stopniu w zalezności od sytuacji. Teraz wrzuciliscie sprawe percepcji kontrastu i sie zrobił kogiel mogiel totalny.

ps. Ekolog naprawde masz tak nieodpartą cheć rozkładania wszystkiego po równo i jednoczesnie, że nie łapiesz tego że jak czegoś jest więcej to da sie z tego losowac a jak niema to sie nieda. w mniejszym teleskopie jest nie tylko mniej fotonów ale jest także mniejsza frakwencja dostępnych kątów (DSa naprawde nie obchodzi że wystawiłes sie z teleskopem małym i strzela ci akurat do niego)

naprawde nie rozumiesz, że zjawisko przechodzi od stanu 200mm widzi, 80mm nie widzi, potem 80mm widzi 1/5,1/3,1/2 3/5 4/5 a w dzień to samo tylko mniejsze?

Edytowane 22 Października 2009 przez McArti

Robson78 · 22 Października 2009

Mozna tez jeszcze dorzucić wzrost zasiegu wraz ze wzrostem powiększenia... Apropos kogla mogla.

ekolog · 22 Października 2009

No i dlatego, 8" ma więcej pręcików do wylosowania żeby wzbudzić jakikolwiek. a 3,5" niema fotonów zeby wzbudzić nawet tego jednego. Moze przesuń rozwazania z 80mm na 5mm własnej gołej źrenicy. W zasdzie widać gałym okiem to samo co w teleskopie tylko mniejsze nie?

Tak to prawda ale tylko w tym sensie, że przy skrajnie słabym DS-ie Duży dobson pokazuje go na wielokrotnie większej ilości precików niż gdy patrzymy okiem. Ale 40x40 powiększenie spowoduje że TEN prawie jeden pik (ale akurat zero) co (nie) trafi do mojego gołego oka i niewiele powie mózgowi to przez dobsona zamieni się na (40x40) 1600 pików ale na ogromnej połaci pola widzenia i z tej racji też niewiele powie. Ja tam w moim ostatnim poście dopisałem p.s. wyjdź i wejdź jeszcze raz i zobacz to może to się wreszcie wyjaśni - o co mi "z kolei" chodzi. Te twoje 1600 pików jest pewne to przyznaję (statystyka = "okręgi na twoim obrazku") ale cóż z tego ...

Edytowane 22 Października 2009 przez ekolog

misiekc · 22 Października 2009

Pytanie wiec brzmi: czy latwiej zobaczysz ta minimalnie jasniejsza plamke jak jej obraz pobudzi Ci jeden precik, czy jak padnie na sto?

Bo generalnie to wszyscy macie racje

McArti · 22 Października 2009

Ja dokładnie wiem o co ci chodzi ale to na dyskretnej ilosci fotonów nie działa! Powiem inaczej. Rozumiesz, że DS nie ma obowiązku strzelać w periodzie 0,2sek regularnie do 80mm? do 5mm tez nie ma.

McArti · 22 Października 2009

Mozna tez jeszcze dorzucić wzrost zasiegu wraz ze wzrostem powiększenia... Apropos kogla mogla.

To akurat jest proste. stała jasność całkowita gwaizdy i spadek jasności tła. kontrast rosnie i odkrywa nowe gwiazdy.

McArti · 22 Października 2009

przez dobsona zamieni się na (40x40) 1600 pików ale na ogromnej połaci pola widzenia i z tej racji też niewiele powie.

to jest twoje domniemanie. 1600pików nie wzbudzi efektu - bardzo ryzykowne stwierdzenie.

ps. czy masz doświadczenie z widzeniem zerkaniem?

Edytowane 22 Października 2009 przez McArti

ekolog · 22 Października 2009

Ja dokładnie wiem o co ci chodzi ale to na dyskretnej ilosci fotonów nie działa! Powiem inaczej. Rozumiesz, że DS nie ma obowiązku strzelać w periodzie 0,2sek regularnie do 80mm? do 5mm tez nie ma.

TAK niech mu bedzie że refraktor dostanie zero! A oko za dobsonem dostanie błysk na 1600 pręcików. Ale na jakim oszarze - ogromym i co - mózg zrobi z tego coś sensownego ? wątpię ! ale wątpienie nie jest argumentem - po prostu tu chyba zachaczamy o biologię mózgu, matematycznie to mózg nie powinien zadziałać na takim bzdecie.

p.s. zaraz mnie z roboty wyleją - odezwę sie po południu :rolleyes:

Edytowane 22 Października 2009 przez ekolog

misiekc · 22 Października 2009

Jezeli kogos interesuje jak rownomiernie rozsmarowuja sie te fotony na precikach to moze poczytac o rozkladzie Poisona i spojrzec na wykres w prawym gornym rogu.

22 Października 2009

Moze przesuń rozwazania z 80mm na 5mm własnej gołej źrenicy. W zasdzie widać gałym okiem to samo co w teleskopie tylko mniejsze nie?

W zasadzie to widać lepiej bo nie ma strat na optyce

Widoma jasność powierzchniowa obiektu rozciągłego jest największa przy obserwacjach gołym okiem.

Stawiam pytanie: jeśli powiększenie nie wpływa na wzrost kontrastu obiektu względem tła, to dlaczego w okularze 7mm widzę to czego nie widzę w 20mm lub widzę to dużo lepiej?