Kuu infrapunaisena

Kari A. Kuure

Olen kuvannut Kuuta vuosia erilaisilla kaukoputkilla ja kameroilla. Pari vuotta siten tutustuin Kuun infrapunakuvaamiseen, jolloin hankin kaksikin erilaista infrapunasuodinta. Suotimet päästävät infrapunaiset aallonpituudet läpi mutta poistava näkyvän valon. Näkyvän valon ja infrapunaisen valon välisistä eroista kerron tässä artikkelissa Viitteet-osassa tekstin jälkeen.

 

Kuva 1. Kuu kahdella eri tavalla: vasen on näkyvässä valossa ja oikea infrapunaisessa valossa. Huomaa erityisesti Mare-alueiden selvästi tummempi kirkkaus ja selkeämmin näkyvät yksityiskohdat. Terminaattorin asemasta johtuen, kirkkaina näkyvät ylänköalueet eivät tule kovinkaan selvästi esille näissä kuvissa. Kuvat © Kari A. Kuure.

Ensimmäinen hankkimistani suotimista on ZWO IR850, joka johti kohtalaisen pitkiin valotusaikoihin ZWO ASI 178 MM -kameran kanssa. Pitkä valotusaika osaltaan johtui siitä, että kameran suhteellinen herkkyys 850 nm yläpuolella on 0,4 – 0,1× herkkyyskäyrän herkimpään (=1) arvoon verrattuna tai vety-alfan aallonpituuden 0,8× verrattuna, puhumattakaan siitä, että Kuun heijastama infrapunasäteily on huomattavan himmeää näkyvän valon heijastumiseen verrattuna. Valotusajat olivat siis 2 – 5× pitempiä, joten en ollut oikein tyytyväinen tähän yhdistelmään.

Tämä todettuani hankin toisen Antilia IR650 -suotimen, jolla valotusaika ollut liian pitkä. IR650-suotimen täysi läpäisy alkaa noin 700 nm tienoilla, joten ollaan huomattavasti kameran herkkyyden suuremmissa arvoissa. Lisäksi Tampereen Ursa hankki viime vuonna Player One yhtiön Apollo-M Mini USA3.0 mono -kameran, jonka suhteellinen herkkyys on suurempi infrapunaan siirryttäessä (n. 0,85×) ja myös absoluuttinen herkkyys on selvästi parempi, puhumatta muista edistyneistä ominaisuuksista. Kamera on suunniteltu nimenomaan Auringon kuvaamiseen mutta soveltuu se hyvin myös Kuun kuvaamiseen.

 

Kuva 2. Plato (kraatteri ylhäällä), Mare Imbrium, kraatterit oikealla Aristillus (ylimmäinen), Autolycus (alimmainen) sekä Archimedes (keskellä) ja Timocharis. Archimedesistä etelään on Montes Archimedes, joka näkyy rosoisempana alueena. Aivan vasemmassa alareunassa on kraatteri Eratosthenes ja siitä lähtevä vuoristo on Montes Apenninus. Kuvat on otettu eri aikaan, josta syystä libraatio on kääntänyt Kuuta hieman eri asentoon ja myös valaistus tullee näkyvässä valossaä oikealta ja ir-kuvassa vasemmalta. Vasemmalla on näkyvän valon ja oikealla infrapunakuva. Kuvat © Kari A. Kuure.

 

 Mikä sitten Kuun infrapunakuvauksessa kiinnostaa? Syitä on monia ja yksi ensimmäisistä oli se, että aurinkokuvausten yhteydessä myös Kuu näkyi korkealla taivaalla, tosin tietysti päivätaivaalla. Kuten kaikki tietävät, jotka ovat yrittäneet kuvat Kuuta päivätaivaalta, kontrasti taustataivaan sinen ja Kuun välillä on hyvin heikko. Toki kuvankäsittelyssä kontrastieroa voi kasvattaa, mutta se ei paranna kuvan laatua ilmakehän turbulenttisuuden vuoksi. Pitempiaaltoinen infrapuna on vähemmän herkkää ilmakehän aiheuttamille häiriöille, joten kuvanlaatu on lähtökohtaisesti parempi. Toki kuvien kuvaaminen videoksi ja pinoaminen tasoittaa näiden kuvaustapojen välisi eroja jonkin verran.

Toinen merkittävä etu infrapunaisen käyttämisessä on se, että Mare-alueiden basaltin ja ylänköjen väliset kirkkauserot ovat jonkin verran vähäisempiä kuin näkyvässä valossa. Mare-alueiden yksityiskohdat korostuvat ja ylänköjen anortosiittikivilajit ovat vähemmän vaaleita kuin näkyvällä valolla. Näin ollen ylivalottuneet kohdat ovat vähäisempiä ja pienempialaisempia kuin näkyvässä valossa.

Tässä vaiheessa on korostettava sitä, että Kuuta kuvattaessa käytetään infrapunaisen valon NIR-aallonpituuksia ^[1], jotka heijastuvat Kuun pinnasta. Valonlähteenä on siis Aurinko, niin kuin muussakin kuukuvauksessa. Infrapunakuvat on vahvasti liitetty säteilylähteen lämpötilaan, mutta tässä tapauksessa siitä ei ole kyse, sillä lämpökuvissa infrapunaisen valon aallonpituudet ovat huomattavasti pitempiä.

Järjestelmäkameroilla ir-kuvaus ei onnistu, sillä kameroissa on yleisesti ir-suodin, joka poistaa jo syvän punaisen aallonpituudet ir:n lisäksi. Modattuilla järkkäreillä on hieman parempi punaisen aallonpituuksien läpäisy, mutta sekään ei ulotu NIR-alueelle. Ainoastaan niillä järjestelmäkameroilla, joissa ko. suodatin on poistettu kokonaan tai korvattu NIR-säteilyn läpäisevällä kirkkaalla suodattimella voidaan kuvata lähi-infran alueella.

 

Kuva 3. Kuun lounaisosa. Mare-alueet ovat Mare Humorium (ylhäällä vasemmalla) ja Mare Nubium (ylhäällä oikealla), kirkkaana vasemmalla näkyvä säteinen kraatteri on Byrgius. Mare Humoriumin yläreunassa (puolikas) on kraatteri Gassendi. Terminaattorin läheisyydessä kuvan keskellä ja alaosassa on Clavius-kraateri ja sen pohjoispuolella Tycho, kolmas iso kraateri edellisistä vasemmalle on Longomontanus ja sen yläpuolella hieman pienempi Wilhelm. Kuva © Kari A. Kuure.

 

Kaiken kaikkiaan olen erittäin tyytyväinen ottamiini ir-kuviin ja tulenkin melkoisella varmuudella jatkamaan nimenomaan Kuun infrapunaisen kuvaamisen parissa sen minkä sääolosuhteet sen mahdollistavat. IR685 Pass -suodin on edullinen (Astro-Art: Antlia 59,00 €, Player One IR Pass 685 nm 30,00 €), joten kuvaaminen ei muodostu kovinkaan kalliiksi välineiden osalta. IR850 -suodatinta voi suositella jo kokeneelle ir-kuvaajalle etenkin jos pitkähkö valotusaika ei haittaa.

 

Viitteet

[1] Infrapunavalo kattaa laajan alueen elektromagneettista spektriä, ja lämpökuvaus (thermal imaging) käyttää tyypillisesti paljon pidempiä aallonpituuksia kuin näkyvää valoa lähellä oleva lähi-infrapunakuvaus (NIR).

 

Taulukko1. Infrapuna-aallonpituuksien jako (yleinen jako)

Nimitys	Aallonpituusalue	Käyttöesimerkkejä
NIR (Near IR)	~0.7 – 1.5 µm	Kuun heijastuskuvaus, planeettakuvaus, IR-suodinkuvaukset
SWIR (Short-wave IR)	~1.5 – 3 µm	Joitakin avaruusteleskooppeja, teollisuus, spektroskopia
MWIR (Mid-wave IR)	~3 – 5 µm	Lämpökuvaus, ohjusvaroitusjärjestelmät, IR-astronomia
LWIR (Long-wave IR)	~8 – 14 µm	Tyypillinen maanpinnan lämpökamera, tähtien lämpösäteily, IR-satelliittihavainnot
FIR (Far IR)	~15 – 1000 µm	Kaukainen tähtitiede, kylmät pölypilvet, planeettojen säteily

 

 

Taulukko 2. Heijastus- vs. lämpö-IR

Ominaisuus	Heijastus-IR (NIR, ~700 – 1000 nm)	Lämpö-IR (MWIR/LWIR, ~3 – 14 µm)
Aallonpituus	~0,7 – 1,0 µm	~3 – 14 µm (yleisesti 8 – 1 2 µm)
Valonlähde	Aurinko (tai muu ulkoinen)	Kohteen oma lämpösäteily
Käyttö	Kuu- ja planeettakuvaukset, optinen kontrasti	Rakennusten, koneiden, ihmiskehon lämpöhavainnointi
Kamera	Muutettu CCD/CMOS + IR-suodin	Mikrobolometri, InSb-kenno, jne.
Teleskoopit	Maanpinnalla	Avaruus- tai korkean paikan observatoriot

 

 

Tähtitieteessä käytettävä lämpö-IR

·         Avaruusteleskoopit ja observatoriot, kuten Spitzer, Herschel tai JWST, on suunniteltu toimimaan keskipitkällä (MWIR) ja pitkällä infrapunalla (LWIR, FIR):

o    3–30 µm (Spitzerin IRAC ja MIPS).

o    5–28 µm (JWST MIRI).

o    70–500 µm (Herschel – FIR).

·         Näillä aallonpituuksilla voidaan havaita:

o    Kylmiä pölypilviä, planeettakiekkoja, prototähtiä, galaksien pölyemissiota.

o    Jäätyneitä kappaleita (esim. Kuiperin vyöhykkeen kohteet, komeetat).