Što je izlazna pupila?

Kada se god raspravlja o teleskopima i njihovim karakteristikama, najčešće se priča vrti oko promjera objektiva, vrste objektiva, dužine fokusa i sličnih pojmova. Kada pak nešto promatrate, pitaju vas koje ste povećanje koristili, s kojim okularom gledati, imate li kakav filter itd… Povećanje je u takvim raspravama varljiva stavka. Sam pojam „povećanja“ je lako razumljiv iskusnom astronomu amateru kao i totalnom početniku, ali može navesti na krivi put razmišljanja. Naime, povećanje nam govori koliko će slika nekog objekta na nebu biti prividno povećana u okularu, ali nam ne daje dojam koliko će ta slika biti svjetla ili ugodna za promatranje. Zato bih skrenuo pozornost na izlaznu pupilu, često preskočenu, a po meni veoma bitnu vrijednost u vizualnoj astronomiju.

Što je izlazna pupila

Izlazna pupila je promjer „slike“ koju kreira kombinacija teleskopa i okulara. Ona je direktno vezana uz promjer objektiva i povećanje koje nam daje okular. Promjer izlazne pupile možemo izračunati na način da promjer objektiva podijelimo s povećanjem. Formula za izračun je jednostavna i glasi:

IP=D_obj/pov

IP=Izlazna pupila
D_obj = promjer objektiva
pov = povećanje

Ukoliko vam nije poznato povećanje koje dobivate okularom, njega možete izračunati mjerenjem izlazne pupile. Dovoljno je ubaciti okular u teleskop, možda najbolje za dana jer će se izlazna pupila slike lakše vidjeti kao svijetli krug na leći okulara. Usmjerite potom teleskop u svjetlu plohu i ravnalnom izmjerite promjer svijetlog kruga na izlaznoj leći okulara. Kada izmjeri promjer „svijetlog kruga“, dovoljno je s tim broje podijeliti promjer objektiva i dobivate točno povećanje.

Kako pravilno odabrati okular za teleskop

Izlazna pupila nam je bitna i za odabir okulara. Naime, kako ne bi gubili svjetlo koje teleskop skuplja, poželjno je da promjer izlazne pupile bude manji od maksimalnog promjera zjenice oka. Tipičan maksimalni promjer zjenice ljudskog oka je u rasponu od 6 do 9 mm, uz opasku da ljudsko oko najveći promjer zjenice postiže u približnoj 15. godini života (9 mm) te sa svakim desetljećem života taj maksimalni promjer smanjuje za otprilike 1 mm. Ove vrijednosti su srednje i ne moraju odgovarati za vaše oko, a za točan podatak o maksimalnom promjeru vlastite zjenice morat ćete ga izmjeriti. Kako bi se pokrilo što više slučajeva, na web stranicama vezanim uz savjete vezane pri odabiru okulara, najčešće se koristi vrijednost od 7 mm za maksimalni promjer zjenice.

Maksimalni promjer zjenice govori nam koliko je minimalno povećanje koje možemo postići teleskopom, a da pritom ne gubimo svjetlo zbog prevelike izlazne pupile. Koristeći vrijednost od 7 mm, možemo izračunati kako teleskop nema smisla koristiti na povećanju 7x manjem od promjera njegova objektiva. Kao primjer, kod teleskopa s 200 mm promjera po spomenutom kriteriju je minimalno povećanje od 29x. Povećanja manja od toga će dovesti do gubitka svjetla, ili u slučaju teleskopa reflektora, izazvati vidljivost sjene sekundarnog zrcala. Dapače, problem sjene sekundarnog zrcala može biti izražen za dnevnih promatranja čak i ako ne koristite maksimalnu preporučenu izlaznu pupilu. Zbog velike količine svjetla, zjenica oka se tokom dana stisne, što dovodi do smanjenja najveće izlazne pupile koju možete koristiti. Iz tog razloga se za dnevna promatranja ne preporučaju niska povećanja ili se izbjegavaju teleskopi reflektori.

Maksimalno preporučeno povećanje teleskopa je dvostruko veće od promjera objektiva, što rezultira izlaznom pupilom od 0,5 mm. Naravno, teleskop se neće oštetiti ako ga natjerate na povećanje veće od preporučenog, samo se mogu pojaviti određeni problemi. Probleme koje možete imati na prevelikim povećanjima bit će vezani uz kvalitetu optike, atmosferske nestabilnost i moguće „greške“ vašeg oka. Tu prvenstveno mislim na „mušice“ (eng: floaters), vlaknasta zamućenja koja ćete najlakše vidjeti po dnevnom svjetlu, kada se zjenica stisne, dok gledate u jednobojnu plohu poput plavog neba. Kada promjer izlazne pupile padne ispod 0,5 mm, problem “mušica” u oku postaje izražen, posebice kada promatrate svjetle objekte poput Mjeseca ili planeta. Naglasio bih kako je problem “mušica”  individualan te ne mora svima predstavljavati smetnju, ali se 0,5 mm pupile uzima kao neka srednja vrijednost za većinu populacije.

Simulacija promjena svjetline i kontrasta slike u okularu pri različitim promjerima izlazne pupile

Izlazna pupila i svjetlina slike

Izlazna pupila govori nam koliko će biti svjetla slika u okularu. Što je izlazna pupila veća, to je slika u okularu svjetlija. Kako je teleskop instrument za skupljanje svjetla, svjetlija slika je prednost, zar ne? Nije tako jednostavno. Pri velikim izlaznim pupilama u okularu je sve svjetlije, kako objekt koji promatramo, tako i pozadina neba. Posljedica toga je da imamo smanjeni kontrast slike i sam objekt, posebice ako je niskog površinskog sjaja, možda će biti teže uočljiv nego na većem povećanju. Iz tog razloga treba izbjegavati niska povećanja kada je prisutno svjetlosno onečišćenje, jer ono podiže svjetlinu pozadine neba. Uz probleme s kontrastom, široka pupila dovodi do korištenja rubnih dijelova zjenice, gdje leća našeg oka ima mnoge aberacije. Iz tog razloga kod širokih pupila slika u okularu može biti manje kvalitete, tj. čak opterećena astigmatizmom ili cilindrima koji su prisutni u našem oku, a dovoljno su blagi da nam ne smetaju u svakodnevnom životu.
Kako se izlazna pupila smanjuje, tako pada prividna svjetlina objekta u okularu, ali i svjetlina pozadine neba. Pogodnost manjih pupila je što svjetlina pozadine neba pada značajno brže od svjetline objekta koji promatramo. Iz navedenih razloga manje izlazne pupile rezultiraju sa slikom koju krasi veći kontrast.

Idealna izlazna pupila je promjera između 1,5 do 2,5 mm. Kombinacija oka, teleskopa i okulara u ovom rasponu rezultiraju najboljom kvalitetom slike. Slika je tada kontrastna, oštra, a opet povećanja nije toliko veliko da nam smetaju „mušice“ ili toliko malo da je pozadinska svjetlina neba problem. Pri ovim promjerima izlaznih pupila najlakše ćete uočavati i detektirati objekte u okularu. Moja preporuka je da najkvalitetniji okular koji imate pokriva baš ovaj raspon izlaznih pupila, tj. povećanja. U slučaju 200 mm teleskopa, to bi bila povećanja od 80 do 130 x. Dakle, najbolje se isprsiti za okular u ovom rasponu pupila.

Što znači „f“ broj i kakav je njegov odnos s izlaznom pupilom?

Jedan od načina za opisati svjetlinu, tj. jačinu teleskopa je „f“ broj. „F“ broj je faktor koji nam govori koliki je omjer fokalne duljine i promjera objektiva. Što je „f“ manji, to je slika svjetlija, a što je veći, slika je tamnija. Svima koji se bave fotografijom „f“ broj je poznat kao relativni otvor iliti blenda, iako mi se čini da je danas češći naziv koji se koristi onaj iz engleskog i glasi „aperture“.

Ljude često buni spominjanje „f“ brojeva pri opisu teleskopa, zbog čega se stvara krivi dojam da su npr f/5 teleskopi nesposobni za gledati planeta (jer kao imaju kratak fokus), kao što f/10 nisu pogodni za tamne maglice. Otvor blende teleskopa nema veze sa svjetlinom slike u vizualnoj astronomiji. Vizualcima je samo promjer izlazne pupile bitan podatak, sve ostalo je primjenjivo samo u slučaju (astro)fotografije. Ukoliko uspoređujemo teleskope istog promjera i slične kvalitete optike, pri istim izlaznim pupila slikama u njima biti će veoma sličnog kontrasta i svjetline. Kao primjer, ako imamo 200 mm f/5 i 200 mm f/10 teleskop, oba će na 100x dati jednako svijetlu sliku, samo ćete morati koristiti različite okulare za postići isto povećanje. U slučaju f/5 bit će dovoljan 10 mm okular, ali f/10 teleskop će tražiti 20 mm okular. Zabuna nastaje kada 10 mm okular preselite iz f/5 u f/10 teleskop. Slika će tada biti tamnija, vidno polje postat će uže, ali treba upamtiti da izlazna pupila više nije ista. Iz tog razloga po meni je besmisleno uspoređivati teleskope po „f“ brojevima, već je potrebno gledati po promjeru izlazne pupile.

Stari mitovi

Kao sa svjetlinom, po internetu već desetljećima kruži mantra kako teleskopi s velikim „f“ brojevima nisu za široka vidna polja. Ovo više nije istina, barem danas na tržištu postoji mnoštvo kvalitetnih okulara s veoma širokim prividnim vidnim poljima, što u konačnici rezultira i većim stvarnim vidnim poljima. Ima osjećaj kako je ovu podjelu teleskopa po „f“ brojevima netko napisao prije 50 godina i od tad se pogrešne mantre samo ponavljaju iz generacije u generaciju. Kada bi te mantre bile istinite, moj f/5 teleskop nikada ne bi mogao dati dobru sliku na planetima ili velikim povećanjima, a bez problema sam gledao maglice i planete na povećanjima koja premašuju pravilo da su dvostruko veća od promjera objektiva u milimetrima. Možete se i sami uvjerite u rezultate takvih promatranja, koliko su dobra ili loša 😊.