天体写真における中央遮蔽：実際のコストとは

はじめに

天体写真に屈折望遠鏡を使っていないのであれば、ニュートン式、シュミットカセグレン式、マクストフカセグレン式などの反射系の設計を使っている可能性が高いでしょう。これらのすべてに共通する特徴が一つあります。それは、開口部に置かれた副鏡が、中央遮蔽と呼ばれる影を作り出すことです。

一般的なニュートン式では、副鏡の保持部と鏡自体が主鏡に対して約45度の角度で配置され、像を下方のカメラに反射します。その副鏡は主鏡の上に影を落とし、その影が中央遮蔽となります。これは望遠鏡の主要な集光領域から、ある直径と表面積を占めます。

一般的には、中央遮蔽は視覚的な観測にのみ影響し、コントラストの低下を引き起こすだけで、撮影者は気にする必要はないと言われています。しかし実際には、中央遮蔽にはコントラスト以外にも3つの主要な影響があり、深宇宙撮影用に反射望遠鏡を選ぶ前に理解しておく価値があります。

中央遮蔽とは何か？

中央遮蔽とは、反射望遠鏡の主鏡の上に副鏡の保持部が落とす影のことです。望遠鏡を正面から見ると、奥に主鏡が見え、中央遮蔽が開口部の一部を占めているのがわかります。

その遮蔽の大きさは設計によって大きく異なります。非常に大きな中央遮蔽を持つ望遠鏡もあります。例えば、Sharpstar SCA 310は口径310 mm、中央遮蔽の直径は184 mmです。この遮蔽は、多くの小型ニュートン式望遠鏡の全口径よりも大きいのです。もう一つの人気のある撮影用望遠鏡であるRASA 8は、口径203 mm、中央遮蔽93 mmです。

中央遮蔽の最初の影響は、望遠鏡の理論上の最大解像度に及びます。正確な影響を単純な数式で定量化するのは難しく、ドーズ限界への影響も完全には明らかではありません。実際には、解像度の低下はほとんどの天体写真家にとって気にするほどのものではないでしょう。特に、控えめなニュートン式でも、市場のほとんどの屈折望遠鏡を口径の点で上回るからです。

2番目の影響はナローバンドフィルターの性能で、こちらはより顕著で定量化も容易です。3番目の影響は集光効率で、望遠鏡の実効速度に影響します。

ナローバンドフィルターへの影響

ナローバンドフィルターは、入射光線の角度に非常に敏感です。光がフィルター面に対して正確に90度で入射するとき、つまり光学系の中心から来る光のときに最もよく機能します。中央遮蔽はその中心光線を完全に遮るため、残りのすべての光は直角ではない角度で入射します。

これは、目標波長での透過率に測定可能な影響を与えます。ナローバンドフィルター計算機を使うと、その影響がはっきりとわかります。Sharpstar SCA 310に3 nmのSulfur-2フィルター（ピーク透過率90パーセント）を使った場合の計算では、中央遮蔽がなくても、明るい光学系のせいで全口径での総透過率は約75パーセントに低下します。そこに184 mmの中央遮蔽を加えると、透過率はほぼ10パーセント低下します。

この影響は、バンドパスが広いフィルターでははるかに小さくなります。7 nmフィルターの場合、SCA 310は中央遮蔽があっても透過率は約90パーセントで、実質的に問題ありません。実際的な結論としては、中央遮蔽が大きい望遠鏡は、使用できるナローバンドフィルターの選択肢が制限されるということです。3 nmのバンドパスフィルターは、この望遠鏡にはおそらく適さないでしょう。特に低品質のものはなおさらです。

屈折率とピーク透過率が優れた高品質フィルターは、はるかに良い性能を発揮します。プレミアムフィルターを使えば、中央遮蔽の有無による差は小さくなります。それでも、中央遮蔽がフィルターの選択肢を制限するという点は変わりません。

RASA 8では、さらに劇的な影響が見られます。7 nmフィルターで中央遮蔽がない場合、光学系が非常に明るく光線が急角度で入射するため、全口径での透過率はわずか52パーセントです。そこに93 mmの中央遮蔽を加えると42パーセントに低下し、10パーセントの損失となります。

望遠鏡の実際の速度

中央遮蔽の3番目の影響は、集光効率です。遮蔽が落とす影のせいで主鏡の一部が使われず、1ピクセルあたり毎秒集まる光子の数が減ります。つまり、焦点比が非常に明るくても、中央遮蔽が大きいと望遠鏡の実効速度は低下するのです。

これを定量化するには、反射望遠鏡の有効表面積を、同等の屈折望遠鏡の口径と比較します。Sharpstar SCA 310の場合、主鏡の直径は310 mmで、表面積はπ×155の2乗です。そこから半径92 mmの中央遮蔽の表面積を差し引くと、有効表面積は直径約250 mmの屈折望遠鏡に相当します。

つまり、SCA 310は、スペック上の焦点比F3.8ですが、集光力の点では焦点比F4.7の屈折望遠鏡に相当します。写真の用語で言えば、これはF値とT値の違いであり、Tは透過率を表し、すべての面での光の損失を考慮に入れます。

現実的な鏡の反射率の損失（約95パーセント）を加えると、T値は約5.2になります。さらに、透過率66パーセントの低品質なナローバンドフィルターを追加すると、T値は約7.9に上昇します。不適切なフィルターを使わなくても、この望遠鏡はスペックほど速くはありません。

RASA 8はもう少し良い結果です。口径203 mm、中央遮蔽93 mmは、口径約180 mmの屈折望遠鏡に相当します。その仮想的な屈折望遠鏡の焦点比はF2.2で、RASA 8のスペック上のF2と比較されます。影響はSCA 310ほど劇的ではありませんが、それでも測定可能です。

次の望遠鏡選びへの影響

天体写真用の望遠鏡を比較するとき、中央遮蔽がある場合、焦点比だけでは速度の信頼できる指標にはなりません。実効的な集光能力は遮蔽によって低下し、実際の速度はT値でよりよく表されます。

ナローバンド撮影では、中央遮蔽が大きいとフィルターの選択肢が制限されます。7 nmなどの広いバンドパスのフィルターはより安全ですが、3 nmフィルターは、特に低品質のフィルターでは大幅な透過率の低下を招く可能性があります。屈折率の良いプレミアムフィルターは問題を軽減しますが、完全に排除するわけではありません。

中央遮蔽は、焦点が合っていないため最終的な画像には現れません。影はセンサー全体に広がり、目に見える暗い形ではなく、画像がわずかに暗くなるだけです。このわずかな明るさの低下こそが、遮蔽に伴う1ピクセルあたり毎秒の光子の損失です。

結論

中央遮蔽は、視覚観測者にとってのコントラスト問題だけではありません。ナローバンドフィルターの性能に影響し、実効的な集光力を低下させ、望遠鏡の実際の速度を変えます。これらの影響を理解することで、撮影目標に合った望遠鏡とフィルターを選ぶことができます。

Sharpstar SCA 310の場合、巨大な184 mmの中央遮蔽により、集光力の点では実質250 mmの屈折望遠鏡に相当し、フィルターを考慮する前のT値は約5.2です。RASA 8はスペック上の速度に近く、F2.2の180 mm屈折望遠鏡に相当します。

ナローバンド撮影を計画しているなら、中央遮蔽のサイズに細心の注意を払い、それに応じてフィルターを選んでください。可能な限り最速のシステムを求めるなら、中央遮蔽のない屈折望遠鏡は常に透過効率の点で有利です。