Что такое светосила: Что такое светосила? Возможности светосильного объектива и нюансы, которые пригодятся фотографу / Съёмка для начинающих / Уроки фотографии

Содержание

Что такое светосила? Возможности светосильного объектива и нюансы, которые пригодятся фотографу / Съёмка для начинающих / Уроки фотографии

Простыми словами
Две ключевые возможности объективов с высокой светосилой. Почему фотографы любят объективы с высокой светосилой?
Съёмка при слабом освещении
Сильное и красивое размытие фона. Боке
Что такое светосильный объектив?
Светосила и класс оптики. В чём разница между объективами F1,8, F1,4 и F1,2?
В чём измеряется светосила? Диафрагма и относительное отверстие
Эффективная и геометрическая светосила. F-stop и T-stop
«Эквивалентная светосила»: несостоятельность термина
Светосила и выбор объектива

NIKON D850 / 50.0 mm f/1. 4 УСТАНОВКИ: ISO 64, F1.4, 1/320 с, 50.0 мм экв.

Светосила, апертура, максимальное относительное отверстие… Фотографу стоит разобраться в этих терминах, ведь речь идёт об одном из важнейших параметров объектива. В этом уроке мы шаг за шагом, последовательно всё объясним.

Простыми словами

Каждый объектив может пропустить через себя определённое количество света. Чем шире в нём отверстие, тем больше света попадёт на матрицу фотоаппарата и тем выше качество кадра и больше творческих возможностей у фотографа.

Ширину отверстия в объективе, через которое проходит свет, регулирует механизм диафрагмы. Но и у него есть свой максимум. Чем шире открывается диафрагма, тем выше светосила объектива.

Объектив с низкой светосилой: диафрагма открыта до предела, однако отверстие в объективе всё равно небольшое.

Объектив с высокой светосилой. На открытой диафрагме получается крупное отверстие, через которое на матрицу попадает большое количество света.

Светосила объектива — это значение самой открытой диафрагмы (в теории всё несколько сложнее, но об этом ниже).
На объективе всегда пишут значение диафрагмы, до которого её можно открыть. Светосила — одна из важнейших характеристик оптики наряду с фокусным расстоянием. Как правило, перед её обозначением ставят букву F. Этой же буквой обозначается любое значение диафрагмы, установленное на камере. Чем меньше число, обозначающее светосилу, тем она выше. Объектив, на котором указано значение F2,8 (2.8, F 1:2.8, f/2,8 — обозначаться может по-разному), имеет светосилу выше, чем тот, на котором написано F4 (4, F1:4), а объектив F1,2 ещё более светосильный.

Объектив со светосилой F4

Объектив со светосилой F2,8

Объектив со светосилой F1,2

Производители смартфонов светосилу объективов своих камер часто называют апертурой, а вот в фототехнике такой термин не прижился. Но в английском языке слово aperture означает «значение диафрагмы». Термин «светосила» по-английски — maximum aperture, а «светосильный объектив» — fast lens. Да-да, слово fast вовсе не про скорость фокусировки, а про светосилу.
Светосилу нельзя путать со светочувствительностью. Светосила — характеристика объектива. Светочувствительность (ISO) — один из трёх параметров экспозиции.

Nikon Z 50 с китовым объективом NIKKOR Z DX 16-50mm f/3.5-6.3 VR. Объектив имеет переменную, сравнительно низкую светосилу. На минимальном зуме она равна F3,5, а на максимальном — F6,3. Это плата за малые размеры и доступную цену.

Светосила может быть переменной. У некоторых зум-объективов светосила отличается на минимальном и максимальном положении зума. Скажем, на самом коротком фокусном расстоянии она составит F3,5, а на максимальном — уже F6,3. Такова особенность некоторых бюджетных объективов. Зум-объективы, имеющие постоянную светосилу во всём диапазоне фокусных расстояний, считаются более продвинутыми.

Две ключевые возможности объективов с высокой светосилой. Почему фотографы любят объективы с высокой светосилой?

Съёмка при слабом освещении

Ведь он способен передать матрице фотокамеры гораздо большее количество света.

То, что обычным китовым объективом вы снимали на ISO 6400 (это чревато высоким уровнем цифрового шума, низким качеством картинки), можно снять объективом со светосилой F1,4 на ISO 400.

Кадр снят в оранжерее зимой. Погода пасмурная, вечереет, света мало. Для съёмки светосильным объективом F1,4 было использовано ISO 1100. Для этих же условий объектив со светосилой F4 потребовал бы ISO 8000!

NIKON Z 7 / 85.0 mm f/1.4 УСТАНОВКИ: ISO 1100, F1.4, 1/160 с, 85.0 мм экв.

Съёмка портретным объективом на диафрагме F1,8. Открытая диафрагма позволила не только красиво размыть люстру на фоне, но и дала возможность использовать ISO 400. Объектив со светосилой F5,6 потребовал бы уже ISO 4000.

NIKON D850 / 85.0 mm f/1.8 УСТАНОВКИ: ISO 400, F1.8, 1/125 с, 85.0 мм экв.

Со светосильным объективом вы значительно расширите список сюжетов и условий, в которых сможете работать. Теперь вам подвластны интерьеры ресторанов с приглушённым светом, вечерние улицы, храмы, театры… Просто открываем диафрагму и снимаем! Кроме того, за счёт высокой светосилы объектива будет быстрее и точнее работать система автофокуса: камера уверенно сфокусируется даже в сложных условиях освещения.

Размытый фон и съёмка при слабом освещении — конёк светосильной оптики! Учитывая, что для фотоаппарата любое освещение, кроме дневного, можно считать слабым, недостаточным, это весомое преимущество.

NIKON D850 / 50.0 mm f/1.4 УСТАНОВКИ: ISO 280, F2.2, 1/100 с, 50.0 мм экв.

При наличии штатива светосильная оптика позволяет получить качественные кадры звёздного неба.

NIKON D850 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 3200, F3.5, 25 с, 18.0 мм экв.

Сильное и красивое размытие фона. Боке

Чем сильнее открыта диафрагма, тем меньше глубина резкости. А светосильные объективы позволяют открывать диафрагму широко. С ними глубину резкости можно сделать очень небольшой, а остальное — размыть! Светосильная оптика — лучший инструмент для работы с размытым фоном.

NIKON D850 УСТАНОВКИ: ISO 250, F1.6, 1/400 с, 105.0 мм экв.

Фон размывают для того, чтобы выделить главный объект, добавить объём или же скрыть нежелательные детали заднего плана. Размытый фон называют «боке». Такие снимки смотрятся дороже по сравнению с кадрами, сделанными на смартфон. Из-за технических ограничений камера смартфона не может сильно размывать фон (разве что с помощью цифровой обработки, но такое размытие часто смотрится неестественно).

NIKON D780 / 50mm f/1.4G УСТАНОВКИ: F1.8, 1/125 с, 50.0 мм экв.

Чемпионами по размытому фону являются портретные объективы. Они созданы для работы с малой глубиной резкости. Подробнее о том, как получить размытый фон и какие для этого нужны настройки — в отдельном уроке. Разумеется, фон следует размывать далеко не всегда. К примеру, в предметной, пейзажной, архитектурной и интерьерной съёмке размывать передний и задний план не принято.

NIKON Z 5 / 85mm f/1.4G УСТАНОВКИ: ISO 280, F1.6, 1/1600 с, 85.0 мм экв.

Что такое светосильный объектив?

Какие объективы называются светосильными? Это модели, которые имеют светосилу F2,8 или выше (F1,8, F1,4). Для зум-объективов (за редчайшими исключениями) максимальной светосилой как раз и будет значение F2,8.

NIKKOR Z 24-70mm F/2.8 S на Nikon Z 7

Как правило, зумы с такой светосилой принадлежат линейке профессиональной оптики и, кроме светосилы, имеют быстрый привод автофокуса и надёжную конструкцию. Зумы со светосилой F2,8 обычно дороже и имеют внушительные размеры.

NIKON Z 7_2 / NIKKOR Z 70-200mm f/2.8 VR S Z TC-1.4x УСТАНОВКИ: ISO 560, F4, 1/400 с, 210.0 мм экв.

Однако есть объективы со значительно более высокой светосилой! Они позволяют получить ещё более качественную картинку при слабом освещении, сильнее размывают фон. И при этом могут быть компактнее и дешевле. Речь о светосильных фикс-объективах. Они лишены возможности менять угол обзора, зато обладают светосилой F2, F1,8, F1,4 или даже F1,2! К сравнению: объектив F1,4 пропускает в 4 раза больше света, чем объектив F2,8, и в 16 раз больше, чем объектив со светосилой F5,6! Увеличение светосилы в 1,4 раза соответствует увеличению светового потока в два раза.

Nikon AF-S NIKKOR 50mm f/1.8G — доступный светосильный фикс для зеркалок Nikon.

Полнокадровые камеры позволяют пользоваться самыми светосильными объективами при самой большой по площади матрице. Только здесь мы встретим объективы со светосилой F1,4 или F1,2. На полный кадр светосильных объективов существует огромное количество, с любыми фокусными расстояниями и на любой кошелёк.

NIKON Z 5 / 50mm f/1.4G УСТАНОВКИ: ISO 100, F1.4, 1/500 с, 50.0 мм экв.

На камерах среднего формата (с площадью матрицы больше 36×24 мм) объективы с такой светосилой мы уже не встретим — придётся довольствоваться оптикой F2,8 или даже F5,6: чем больше площадь сенсора, тем в среднем ниже светосила оптики в системе. Ведь чтобы сделать объектив с высокой светосилой, покрывающий большую площадь матрицы, само изделие должно быть очень крупным и дорогим. Но и на матрицах меньшего размера (кроп x1.5, x2, компакты) тоже практически нет объективов со светосилой более F1,2. Так что полный кадр на сегодня продолжает оставаться золотой серединой.

Рекордсмен по светосиле NIKKOR Z 58mm f/0.95 S Noct на камере Nikon Z 7

Светосила и класс оптики. В чём разница между объективами F1,8, F1,4 и F1,2?

При выборе оптики фотографы часто спрашивают: «Почему объектив со светосилой F1,8 стоит вдвое дешевле, чем F1,4? Ведь разница в экспозиции между ними — меньше ступени!». Действительно, разница между объективами со светосилой F1,4 и F1,8 крайне мала, а на итоговой фотографии вряд ли кто-то сможет определить, на объектив с какой светосилой она была сделана. Так откуда же такая разница в цене?

NIKKOR Z 50mm f/1.8 S

NIKKOR Z 50mm f/1.2 S — топовый «полтинник» для системы Nikon Z, дороже своего собрата со светосилой F1,8 в 4 раза.

Так исторически сложилось, что светосила F1,8 — атрибут сравнительно доступной, любительской оптики. Тогда как профессиональные модели обладают значением F1,4 или даже F1,2. Чтобы сделать любительские объективы доступнее, упрощают конструкцию, применяют бюджетные материалы и менее сложные оптические схемы. Тогда как оптика профессионального уровня, наоборот, должна выдерживать все испытания — конструкция таких объективов делается пыле- и влагозащищённой, автофокус максимально быстр.

Если вы ищете недорогой объектив с высокой светосилой, смело берите модель F1,8, она порадует отличной картинкой. Если же вы занимаетесь фотографией серьёзно, снимаете много и часто, имеет смысл выбрать объектив профессионального уровня со светосилой F1,4 или F1,2.

Недавно был анонсирован NIKKOR Z 40mm f/2 — самый компактный и бюджетный «полтинник» для байонета Z. Он хорош тем, что будет давать универсальный угол обзора как на полном кадре, так и на кропе. Отличное дополнение к Nikon Z 5 и Nikon Z 50.

С учётом уже упомянутых NIKKOR Z 58mm f/0.95 S Noct, NIKKOR Z 50mm f/1.2 S, и NIKKOR Z 50mm f/1.8 S в линейке оптики Nikon Z на сегодня есть целых четыре «полтинника». Четвёртым стал NIKKOR Z 40mm f/2. Пусть вас не смущает то, что фокусное расстояние у него не 50, а 40 мм. По своему классу и области применения это самый настоящий универсальный «полтинник».

В чём измеряется светосила? Диафрагма и относительное отверстие

Мы привыкли, что значение диафрагмы характеризуются числами. Их часто называют F-числами (F-number), а в обозначении диафрагмы перед ним ставят букву F: F2,8 или f/2,8. Чем меньше число, тем сильнее открыта диафрагма на объективе. Но откуда вообще взялись эти числа и что они обозначают?

Начнём с того, что параметр, который фотографы называют диафрагмой, правильно называть относительным отверстием. Диафрагма — это лишь механизм, его регулирующий. Его в объективе может и не быть, и тогда он будет всегда снимать на самой открытой диафрагме — так устроены почти все объективы камер смартфонов. Нет диафрагмы и в зеркально-линзовых объективах.

Механизм диафрагмы состоит из нескольких лепестков, регулирующих размер отверстия в объективе.

Относительное отверстие объектива — отношение диаметра входного зрачка (место, где расположен механизм диафрагмы) к его фокусному расстоянию. К примеру, при фокусном расстоянии 50 мм и диаметре отверстия 25 мм объектив будет иметь относительное отверстие 1:2 или F2.

Если максимальный диаметр отверстия в объективе с фокусным расстоянием 50 мм составит те же 50 мм, такой объектив будет иметь относительное отверстие 1:1 или F1. В любом современном объективе есть механизм диафрагмы, поэтому диаметр относительного отверстия можно уменьшить. Но вот максимальное относительное отверстие (светосила) ограничено максимальным диаметром отверстия в объективе.

Nikon AF-S NIKKOR 200mm f/2G ED VR II. Чтобы обеспечить светосилу F2 при 200 мм фокусного расстояния, объектив должен быть крупным. Этот «малыш» весит почти три кило.

Чтобы иметь относительное отверстие F2 на объективе в 200 мм, потребуется уже диаметр 100 мм! Представьте себе размеры такого объектива! Между прочим, в линейке Nikon такая модель существует. Чем более длиннофокусный объектив перед нами, тем сложнее добиться высокой светосилы. Как правило, светосильные длиннофокусные объективы очень крупные и дорогие: для их изготовления нужно много стекла, требуются огромные по размеру линзы.

Почему же значения диафрагмы обозначаются в формате F2,8 (относительное отверстие 1:2.8)? Давайте посмотрим на так называемый диафрагменный ряд, чтобы увидеть все его значения.

Между каждым из этих значений разница в одну ступень экспозиции. Переключившись с диафрагмы F2,8 на F4, мы сократим поток света, проходящий через объектив, в два раза. Эти значения различаются на квадратный корень из двух. И именно такие цифры получаются из-за того, что меняется прежде всего площадь отверстия в объективе — она влияет на количество проходящего света. А нам нужно охарактеризовать площадь круглого отверстия через его диаметр. Увеличение площади круга вдвое приводит к увеличению его диаметра в 1,4 раза, отсюда получаются такие числа в ряду диафрагм.

В современных фотоаппаратах есть и другие, промежуточные значения, так как в них относительное отверстие регулируется с шагом не в одну ступень экспозиции, а в ⅓ ступени. Это нужно для более гибкой регулировки параметров, яркости получаемых кадров.

Итак, относительное отверстие объектива, значение диафрагмы, в полном виде будет обозначаться как дробь (например, 1:2.8). Но для упрощения записи фотографы стали писать F/2,8, а потом и просто F2,8. Теперь мы знаем, почему значения диафрагмы имеют такой странный вид и почему открытая диафрагма обозначается малым числом, а закрытая — бóльшим, хотя интуитивно всё должно быть наоборот. Чем больше делитель дроби, тем меньшее число он обозначает, и поэтому, например, отверстие 1:1.8 (F1.8) значительно крупнее, чем 1:16 (F16).

Эффективная и геометрическая светосила. F-stop и T-stop

Всё сказанное выше относилось к геометрической светосиле. В своих расчётах мы учитывали лишь геометрические параметры — диаметр, ширину отверстия… Однако на то, сколько света пройдёт через объектив, влияет ещё и качество стёкла, из которого сделаны линзы. Ни одно стекло не пропускает через себя 100% света, какая-то его часть отражается от поверхности линз, теряется в оптической схеме объектива. У современной оптики потери могут доходить до 40%! Потери тем больше, чем сложнее оптическая схема объектива. Разумеется, на светопропускание линзы влияет и качество её изготовления, совершенство антибликовых просветляющих покрытий. Чтобы сократить потери, часто объединяют несколько линз в группы.

Но эффективная светосила объектива всегда будет чуть ниже геометрической. Если геометрическую светосилу обозначают буквой F, то эффективную светосилу, учитывающую потери света в объективе, характеризуют буквой T (Transmission).

Производители фотооптики редко указывают светосилу в T-стопах. Поэтому светопропускание объектива измеряют сторонние лаборатории, такие как DXOmark.

При одинаковой геометрической светосиле объектив с более высокой эффективной светосилой будет давать более яркую картинку. За редкими исключениями, разница между геометрической и эффективной светосилой у современной оптики невелика и составляет менее ½ ступени экспозиции.

Однако для кинематографистов эффективная светосила важна. Поэтому на кинообъективах всегда указывают именно T-стопы, а не F-стопы.

«Эквивалентная светосила»: несостоятельность термина

На просторах форумов можно встретить такой термин как «эквивалентная светосила». Подобно тому как пересчитывают эквивалентное фокусное расстояние, чтобы охарактеризовать угол обзора объектива на камерах с разным кроп-фактором, некоторые пользователи предлагают пересчитать и светосилу.

Отталкиваются они от величины глубины резкости, получаемой на одном и том же угле обзора объективами с разным фокусным расстоянием на кропе и полном кадре.

Формула простая: F экв. = F × кроп-фактор

Кадр снят на объектив Nikon AF-S 50mm f/1. 4G Nikkor. Тот же угол обзора и глубину резкости на полном кадре мы получим с объективом 75мм F2.2. Стало быть, «эквивалентная светосила» Nikon AF-S 50mm f/1.4G Nikkor на кропе составит F2,2.

NIKON D3500 / 50.0 mm f/1.4 УСТАНОВКИ: ISO 400, F1.4, 1/125 с, 75.0 мм экв.

Однако термин «эквивалентная светосила» всё же несостоятелен. Почему? Реальная светосила влияет не только на глубину резкости и степень размытия фона, но и на экспозицию! Светосила — термин, имеющий отношение именно к экспозиции, а она не зависит от размера матрицы. В одних и тех же условиях и камера смартфона, и кроп-камера, и полнокадровая камера будут снимать на одинаковых параметрах выдержки, диафрагмы и светочувствительности. А значит «эквивалентная светосила» не нужна.

Светосила и выбор объектива

Дадим несколько рекомендаций по выбору и работе со светосильной оптикой.

NIKON D810 / 50.0 mm f/1.8 УСТАНОВКИ: ISO 64, F1.8, 1/500 с, 50. 0 мм экв.

Да, светосила — это здорово. Однако светосильная оптика часто бывает тяжёлой, дорогой. Есть жанры, где светосила объектива неважна, ведь снимать нужно на закрытых диафрагмах, со штатива. Это любая студийная съёмка с импульсным светом, каталожная предметная съёмка, интерьерная фотография, пейзажная (за исключением съёмки звёздного неба, где высокая светосила принципиально важна) и архитектурная фотография.

Каталожная съёмка всегда ведётся на закрытых диафрагмах, ведь нужно обеспечить достаточно большую глубину резкости, чтобы в неё вошел весь объект съёмки. Следовательно, высокая светосила объектива для таких съёмок необязательна.

Если вы интересуетесь такими видами съёмки, светосила не должна быть решающим фактором при выборе оптики. Есть и другие важные свойства объективов (диапазон фокусных расстояний, резкость, бликозащита, минимальная дистанция фокусировки, «рисунок» и др.), на которые необходимо обратить внимание. Порой, выбрав менее светосильную оптику, можно серьёзно сэкономить бюджет и облегчить комплект оборудования.

Для достижения достаточной глубины резкости и хорошей резкости по всей площади кадра объектив закрыт до F9. Съёмка ведётся со штатива, без него получится «шевелёнка».

NIKON D850 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 64, F9, 20 с, 24.0 мм экв.

В каких направлениях съёмки точно понадобится светосильный объектив? В портретной и свадебной фотографии пригодится светосильный портретный фикс и, возможно, другие объективы с высокой светосилой.

Nikon AF-S NIKKOR 105mm f/1.4E ED

Nikon AF-S NIKKOR 85mm f/1.8G

NIKKOR Z 85mm f/1.8 S

Светосильные фикс-объективы широко применяются и в творческих съёмках.

Для камер формата DX (кроп 1.5) в качестве портретных объективов можно использовать «полтинники», например Nikon AF-S NIKKOR 50mm f/1.4G. Они дадут на кропе подходящий для классического портрета угол обзора.

NIKON D3500 / 50.0 mm f/1.4 УСТАНОВКИ: ISO 400, F1. 4, 1/80 с, 75.0 мм экв.

Если вы занимаетесь репортажной фотографией, присмотритесь к зум-объективам со светосилой F2,8. Конечно, самый востребованный класс объективов для репортажа — 24-70 F2.8, но не надо забывать и о 70-200 F2.8. Телевики бывают нужны часто!

Nikon AF-S NIKKOR 24-70mm f/2.8G ED

NIKKOR Z 24-70mm F/2.8 S

NIKON Z 7_2 / NIKKOR Z 70-200mm f/2.8 VR S Z TC-1.4x УСТАНОВКИ: ISO 320, F4, 1/1000 с, 210.0 мм экв.

Для съёмки звёздного неба тоже нужна высокая светосила. Чтобы снимать в жанре астропейзажа, потребуется светосильный широкоугольный объектив. Есть класс объективов 14-24 F2.8, они хороши и для репортажа, и для любых видов пейзажной фотографии, в том числе ночной.

Nikon AF-S NIKKOR 14-24mm f/2.8G ED

NIKKOR Z 14-24mm F2.8 S

Альтернативой этим зумам могут стать фиксы типа 20 мм F1.8

Nikon AF-S NIKKOR 20mm f/1.8 G ED

NIKKOR Z 20mm f/1.8 S

А что, если вы пока не знаете, в каком жанре будете снимать? Может, сейчас нужен максимально универсальный объектив с высокой светосилой? В таком случае обратите внимание на «полтинники». На кропе такой вариант будет неплохим «портретником», позволит заниматься предметной съёмкой, а на полном кадре он превратится в универсал на все случаи жизни. О них мы писали выше.

NIKON Z 7 / 0.0 mm f/0.0 УСТАНОВКИ: ISO 800, F1.2, 1/125 с, 55.0 мм экв.

Светосильный объектив сделать нетрудно, что подтверждает множество дешёвых объективов от сторонних производителей с рекордной светосилой. Но трудно сделать оптику, которая на открытой диафрагме даёт резкое изображение. Качественный объектив уже на самой открытой диафрагме даст отличное изображение с минимумом искажений и аберраций. Если же резкость изображения вам не так важна и вы скорее за художественность картинки, то присмотритесь к винтажной оптике: она «рисует» интереснее современной, и те же старинные объективы Nikkor способны на многое, а использовать их на современных камерах очень просто.

NIKON D850 / 85 mm f/1.4 УСТАНОВКИ: ISO 800, F1.4, 1/200 с, 85. 0 мм экв.

Заключение

«А что, так можно было?!» — часто слышу от своих учеников, впервые попробовавших что-то типа простого 50mm F1.8 после китового объектива. Переход на светосильную оптику — отдельный этап в становлении фотографа, открывающий ему новые возможности.

Как и любой инструмент, светосильный объектив требует от пользователя определённых навыков. К примеру, съёмка на открытых диафрагмах требует идеально точной фокусировки и рационального расчёта глубины резкости. Поэтому автофокус по глазам на беззеркальных камерах — такая классная штука, он позволяет гораздо эффективнее работать со светосильной оптикой.

Не останавливайтесь на достигнутом и совершенствуйтесь в съёмке вместе с нами!

Что такое светосила? Возможности светосильного объектива и нюансы, которые пригодятся фотографу / Съёмка для начинающих / Уроки фотографии

Простыми словами
Две ключевые возможности объективов с высокой светосилой. Почему фотографы любят объективы с высокой светосилой?
Съёмка при слабом освещении
Сильное и красивое размытие фона.
Боке
Что такое светосильный объектив?
Светосила и класс оптики. В чём разница между объективами F1,8, F1,4 и F1,2?
В чём измеряется светосила? Диафрагма и относительное отверстие
Эффективная и геометрическая светосила. F-stop и T-stop
«Эквивалентная светосила»: несостоятельность термина
Светосила и выбор объектива

NIKON D850 / 50.0 mm f/1.4 УСТАНОВКИ: ISO 64, F1.4, 1/320 с, 50.0 мм экв.

Простыми словами

Светосила объектива — это значение самой открытой диафрагмы (в теории всё несколько сложнее, но об этом ниже).
На объективе всегда пишут значение диафрагмы, до которого её можно открыть. Светосила — одна из важнейших характеристик оптики наряду с фокусным расстоянием. Как правило, перед её обозначением ставят букву F. Этой же буквой обозначается любое значение диафрагмы, установленное на камере. Чем меньше число, обозначающее светосилу, тем она выше. Объектив, на котором указано значение F2,8 (2. 8, F 1:2.8, f/2,8 — обозначаться может по-разному), имеет светосилу выше, чем тот, на котором написано F4 (4, F1:4), а объектив F1,2 ещё более светосильный.

Объектив со светосилой F4

Объектив со светосилой F2,8

Объектив со светосилой F1,2

Производители смартфонов светосилу объективов своих камер часто называют апертурой, а вот в фототехнике такой термин не прижился. Но в английском языке слово aperture означает «значение диафрагмы». Термин «светосила» по-английски — maximum aperture, а «светосильный объектив» — fast lens. Да-да, слово fast вовсе не про скорость фокусировки, а про светосилу.
Светосилу нельзя путать со светочувствительностью. Светосила — характеристика объектива. Светочувствительность (ISO) — один из трёх параметров экспозиции.

Две ключевые возможности объективов с высокой светосилой. Почему фотографы любят объективы с высокой светосилой?

Съёмка при слабом освещении

Одно из важнейших достоинств светосильного объектива — возможность получать качественные фото даже при слабом освещении (например, ночью или в плохо освещённом помещении). Ведь он способен передать матрице фотокамеры гораздо большее количество света.

NIKON Z 7 / 85.0 mm f/1.4 УСТАНОВКИ: ISO 1100, F1.4, 1/160 с, 85.0 мм экв.

NIKON D850 / 85.0 mm f/1.8 УСТАНОВКИ: ISO 400, F1.8, 1/125 с, 85.0 мм экв.

NIKON D850 / 50.0 mm f/1.4 УСТАНОВКИ: ISO 280, F2.2, 1/100 с, 50.0 мм экв.

При наличии штатива светосильная оптика позволяет получить качественные кадры звёздного неба.

NIKON D850 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 3200, F3.5, 25 с, 18.0 мм экв.

Сильное и красивое размытие фона. Боке

NIKON D850 УСТАНОВКИ: ISO 250, F1.6, 1/400 с, 105.0 мм экв.

NIKON D780 / 50mm f/1.4G УСТАНОВКИ: F1.8, 1/125 с, 50.0 мм экв.

NIKON Z 5 / 85mm f/1.4G УСТАНОВКИ: ISO 280, F1.6, 1/1600 с, 85.0 мм экв.

Что такое светосильный объектив?

NIKKOR Z 24-70mm F/2.8 S на Nikon Z 7

NIKON Z 7_2 / NIKKOR Z 70-200mm f/2.8 VR S Z TC-1.4x УСТАНОВКИ: ISO 560, F4, 1/400 с, 210.0 мм экв.

Nikon AF-S NIKKOR 50mm f/1.8G — доступный светосильный фикс для зеркалок Nikon.

NIKON Z 5 / 50mm f/1.4G УСТАНОВКИ: ISO 100, F1.4, 1/500 с, 50.0 мм экв.

Рекордсмен по светосиле NIKKOR Z 58mm f/0.95 S Noct на камере Nikon Z 7

Светосила и класс оптики. В чём разница между объективами F1,8, F1,4 и F1,2?

NIKKOR Z 50mm f/1.8 S

NIKKOR Z 50mm f/1.2 S — топовый «полтинник» для системы Nikon Z, дороже своего собрата со светосилой F1,8 в 4 раза.

В чём измеряется светосила? Диафрагма и относительное отверстие

Механизм диафрагмы состоит из нескольких лепестков, регулирующих размер отверстия в объективе.

Эффективная и геометрическая светосила. F-stop и T-stop

«Эквивалентная светосила»: несостоятельность термина

Формула простая: F экв. = F × кроп-фактор

Кадр снят на объектив Nikon AF-S 50mm f/1.4G Nikkor. Тот же угол обзора и глубину резкости на полном кадре мы получим с объективом 75мм F2.2. Стало быть, «эквивалентная светосила» Nikon AF-S 50mm f/1.4G Nikkor на кропе составит F2,2.

NIKON D3500 / 50.0 mm f/1.4 УСТАНОВКИ: ISO 400, F1.4, 1/125 с, 75. 0 мм экв.

Светосила и выбор объектива

Дадим несколько рекомендаций по выбору и работе со светосильной оптикой.

NIKON D810 / 50.0 mm f/1.8 УСТАНОВКИ: ISO 64, F1.8, 1/500 с, 50.0 мм экв.

NIKON D850 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 64, F9, 20 с, 24.0 мм экв.

Nikon AF-S NIKKOR 105mm f/1.4E ED

Nikon AF-S NIKKOR 85mm f/1.8G

NIKKOR Z 85mm f/1.8 S

Светосильные фикс-объективы широко применяются и в творческих съёмках.

NIKON D3500 / 50.0 mm f/1.4 УСТАНОВКИ: ISO 400, F1.4, 1/80 с, 75.0 мм экв.

Nikon AF-S NIKKOR 24-70mm f/2.8G ED

NIKKOR Z 24-70mm F/2.8 S

NIKON Z 7_2 / NIKKOR Z 70-200mm f/2.8 VR S Z TC-1.4x УСТАНОВКИ: ISO 320, F4, 1/1000 с, 210.0 мм экв.

Nikon AF-S NIKKOR 14-24mm f/2.8G ED

NIKKOR Z 14-24mm F2.8 S

Альтернативой этим зумам могут стать фиксы типа 20 мм F1.8

Nikon AF-S NIKKOR 20mm f/1.8 G ED

NIKKOR Z 20mm f/1.8 S

NIKON Z 7 / 0.0 mm f/0.0 УСТАНОВКИ: ISO 800, F1.2, 1/125 с, 55.0 мм экв.

NIKON D850 / 85 mm f/1.4 УСТАНОВКИ: ISO 800, F1.4, 1/200 с, 85.0 мм экв.

Заключение

Не останавливайтесь на достигнутом и совершенствуйтесь в съёмке вместе с нами!

Светосила. Какую оптику выбрать

Если вы хотя бы немного занимались фотографией, если покупали новый фотоаппарат или объектив, вы, скорее всего, слышали о светосиле оптики. Дело в том, что светосила – очень важный критерий любого объектива. При покупке объектива именно на показатель светосилы обращают обычно особое внимание. Практически любой продавец в магазине будет «навяливать» наивному новичку светосильный объектив. И только лишь потому, что достаточно светосильные объективы дороже тех, у которых светосила не очень хорошая. К тому же, многие наивно полагают, что светосила может решить все проблемы, возникающие у фотографа в процессе его работы.

Вот о светосиле мы и решили поговорить с вами в нашей сегодняшней статье.

Для начала давайте разберемся, что же все-таки это такое – светосила. Если объяснять популярно, что называется, «на пальцах», то светосила – это способность объектива пропускать свет. Светосила показывает, какое максимально возможное количество света тот или иной объектив пропускает на матрицу цифровой фотокамеры или на фотопленку. Чем светосила у объектива больше, тем большее количество света проходит сквозь объектив. Стало быть, чем больше светосила объектива, тем больше возможностей делать качественные фотографии при условиях недостаточного освещения, не используя при этом дополнительные источники света, например фотовспышку, а так же и штатив для съемки на длительных выдержках.

От чего зависит светосила объектива? А зависит она, в первую очередь вот от этих параметров:

Диафрагма
Фокусное расстояние
Качество оптики

Сегодня мы не видим смысла углубляться в теорию физики (если вам это все-таки интересно, откройте учебник). Мы просто скажем, что светосила объектива – это отношение диаметра максимально широко открытого отверстия диафрагмы к фокусному расстоянию. Именно это соотношение и указывают на оправе объективов их производители. Скорее всего, вы обращали внимание на такие цифры на своем объективе: 1: 1,2, 1:1,4, 1:1,8 1:2,8, 1:5,6 и тому подобные. Чем это соотношение больше, тем больше светосила объектива. К светосильным можно отнести объективы, у которых этот показатель 1:2,8, 1:1,8, 1:1,4 и больше.

Для общего интереса можно сказать, что объектив, который считается самым светосильным в мире, был изготовлен в 1966 году для NASA и использовался он для фотографирования темной стороны Луны. Назывался этот объектив Carl Zeiss Planar 50mm f/0.7. Его светосила была равна 1: 0,7. Этот объектив был изготовлен всего в десяти экземплярах.

Даже начинающий фотограф, не говоря уж о профессионалах, наверняка знает, что самыми светосильными объективами являются портретные объективы, у которых фиксированное фокусное расстояние (для краткости объективы с постоянным фокусным расстоянием на языке профессионалов принято называть фиксами). Подобный объектив должен иметь каждый фотограф, который считает себя мастером фотографии. У таких светосильных фиксов есть одно неоспоримое преимущество. И оно весьма существенно. Заключается это преимущество в том, что светосильные фиксы достаточно доступны по своей стоимости. И, к тому же, если их сравнить со светосильными зумами – фиксы порой даже качественнее их и способны создавать очень даже замечательную картинку.

Объективы с хорошей светосилой прекрасно подходят для съемки портретов, так как они дают достаточно небольшую глубину резко изображаемого пространства. А это, как известно, для портретной съемки очень важно.

Какой же портретный объектив лучше всего выбрать для работы? Со светосилой 1: 1,2, 1:1,4 или 1:1,8?

Как мы уже сегодня говорили, новички в фотоделе обычно стараются приобрести себе более светосильный объектив. И продавцы охотно предлагают им такие объективы, ведь они стоят весьма недешево, а это, конечно же, очень выгодно магазину. Но вот как раз тут и возникает вопрос: нужно ли в значительной степени переплачивать за объектив, имеющий диафрагму f/1.4, если в реальной практике вы вряд ли будете пользоваться ей?

Глубина резко изображаемого пространства на снимке зависит напрямую от светосилы объектива, которым вы снимаете. Вот поэтому при съемке с диафрагмой f/1,2, f/1,4, и f/1,8 плоскость фокуса весьма невелика. В этом случае очень велик риск того, что не весь объект съемки попадет в эту плоскость. Вот, например, как на этом снимке.

Его автор считает, что он испортил этот кадр. Снимал он его с полностью открытой диафрагмой f/1,2. И именно поэтому не попал в фокус, и картинка получилась нерезкой. А вот этот снимок был сделан им же, но уже с диафрагмой f/2,8. Как вы видите, фотография получилась достаточно хорошей: и фон размыт, и лицо модели изображено резко.

Вообще диафрагму f/1,2 нужно использовать только в самых исключительных случаях. Например, в случае реальной нехватки света для съемки. Да и то это помогает далеко не всегда. Чаще бывает проще просто повысить светочувствительность (поднять значение ISO). Особенно это актуально в том случае, если вы работаете полноформатной фотокамерой. Даже снимая объективом с фиксированным фокусным расстоянием в 50 мм. при диафрагме f/2,8 легко можно не попасть в зону резкости. И тогда некоторые детали фотографируемого объекта на снимке будут нерезкими. Поэтому мы всегда рекомендуем в этом случае несколько перестраховаться и снимать при хорошем освещении на диафрагме не меньше чем f/3,2.

Ну, и в заключение нашей статьи давайте кратко подведем итоги рассказанного в ней.

Итак, светосильные объективы с фиксированным фокусным расстоянием идеально подходят для съемки портретов. Именно по этой причине такой объектив мы настоятельно рекомендуем иметь каждому фотографу.

Когда будете покупать светосильный объектив, не поддавайтесь на уговоры продавцов и на заявленную светосилу 1:1,2 или 1:1,4. Снимать на такой диафрагме вам вряд ли придется. А если и придется, то очень и очень в редких случаях. Вот почему, если у вас всё же есть выбор между объективом со светосилой 1:1,2, 1:1.4 и 1:1,8 – не тратьте зря свои деньги на покупку того, что вам совершенно не нужно. В практической работе вполне хватает объектива со светосилой 1:1,8.

Светимость звезд

Что определяет светимость звезды?
Сравнение светимости и яркости
- Получение уравнения величины/расстояния
- Использование светимости для сравнения звезд — примеры задач

Абсолютная величина звезды — это просто простой способ описания ее светимости. Светимость , L , является мерой общего количества энергии, излучаемой звездой или другим небесным объектом в секунду. Следовательно, это выходная мощность звезды. Выходная мощность звезды на всех длинах волн называется ее болометрической светимостью. Астрономы на практике также измеряют светимость объекта в определенных диапазонах волн, чтобы мы могли, например, обсудить рентгеновскую или видимую светимость объекта. Это также используется для измерения цвета звезды, как описано на следующей странице.

Наше Солнце имеет светимость 3,84 × 10 ²⁶ Вт или Дж. с ^-1, что может быть обозначено символом L _sol (на самом деле нижний индекс обычно представляет собой точку внутри круга — стандартный астрологический символ Солнца, но его нельзя отобразить в html). Вместо того, чтобы всегда использовать это точное значение, часто бывает удобнее сравнить светимость другой звезды L _* со светимостью Солнца в дробях или кратных. Таким образом, если звезда в два раза светлее Солнца, L _* / L _sol = 2. Этот подход удобен, поскольку светимость звезд изменяется в огромном диапазоне от менее 10 ^-4 до примерно 10 ⁶ раз больше, чем у Солнца, поэтому отношения порядка величины часто бывает достаточно.

Что определяет светимость звезды?

Как мы видели в разделе о спектроскопии, мы можем аппроксимировать поведение звезд как излучателей черного тела.

Какие свойства определяют собственную выходную мощность или светимость звезды?

Ответ

Температура и размер звезды.

Принципиально есть всего два ключевых свойства — эффективная температура, T _eff и размер звезды, ее радиус, R . Давайте кратко рассмотрим каждый из них:

1. Температура : Черное тело излучает мощность со скоростью, связанной с его температурой — чем горячее черное тело, тем больше его выходная мощность на единицу площади поверхности. Лампа накаливания или лампочка накаливания является повседневным примером. По мере нагревания он становится ярче и излучает больше энергии со своей поверхности. Однако зависимость между мощностью и температурой не является простой линейной. Мощность, излучаемая черным телом на единицу площади поверхности, зависит от четвертая степень эффективной температуры черного тела, T _эфф . Так; выходная мощность: l ∝ T ⁴ или l = σT ⁴ для идеально черного цвета, где σ — постоянная, называемая константой Стефана-Больцмана . Он имеет значение σ = 5,67 × 10 ^-8 Вт м ^-2 К ^-4 в единицах СИ. Поскольку звезда не является абсолютно черным телом, мы можем аппроксимировать это соотношение следующим образом:

l ≈ σT ⁴ (4.4)

Это соотношение помогает объяснить огромный диапазон звездных светимостей. Небольшое увеличение эффективной температуры может значительно увеличить энергию, излучаемую в секунду с каждого квадратного метра поверхности звезды.

2. Размер (радиус) : Если две звезды имеют одинаковую эффективную температуру, но одна из них больше другой, она имеет большую площадь поверхности. Выходная мощность на единицу площади поверхности фиксируется уравнением 4.3, поэтому звезда с большей площадью поверхности должна быть более яркой, чем звезда с меньшей площадью. Это становится очевидным, когда мы наносим звезды на HR-диаграмму.

Предполагая, что звезды имеют сферическую форму, тогда площадь поверхности определяется как:

площадь поверхности = 4π R ² (4,5)

, где R — радиус звезды.

Для расчета общей светимости звезды мы можем объединить уравнения 4,4 и 4,5, чтобы дать:

L ≈ 4π R ² σ T ⁴ (4.6)

. Использование 4.6. Для расчета собственной светимости звезды необходимы ее эффективная температура и радиус. На практике это уравнение не используется для определения светимости большинства звезд, поскольку непосредственно измерены радиусы лишь нескольких сотен звезд. Однако, если светимость звезды может быть измерена или получена другими способами (например, путем спектроскопического сравнения), то мы можем использовать уравнение 4.6 для определения радиуса звезды.

Сравнение светимости и яркости

Представим, что у нас есть две звезды, A и B, которые мы хотим сравнить. Если мы сможем измерить их соответствующие видимые величины, m _A и m _B , как они будут различаться по яркости? Отношение яркостей (или интенсивностей) I _A / I _B соответствует их разнице в величине, m _B — м _А . Помните, что разность в одну звездную величину означает отношение яркостей корня пятой степени из 100 или 100 ^1/5 , разница в м _В — м _А звездных величин дает отношение (100 ^1/5 ) ^{m _B — m _A} ∴

I _A / I _B = 100 ^{( m _B — м _A )/5} (4.7)

Обратите внимание, что это уравнение указано в таблице физических формул NSW HSC. Если вы математически проницательны, вы должны понимать, что это на самом деле то же самое, что и уравнение 4. 1 с предыдущей страницы, т.е. А .

Вывод уравнения модуль/расстояние (4.2)

На предыдущей странице мы использовали уравнение модуля расстояния (4.2). Как получается это уравнение? Это просто применение отношения отношения светимости (4.7).

Закон обратных квадратов света означает, что поток l (или интенсивность) звезды на расстоянии d может быть связан с ее светимостью L на расстоянии D посредством следующим соотношением:

L / L = ( D / D ) ² = ( D /10) ² (4,8)

AT DISTIA абсолютная величина, M , а поток на расстоянии d представлен видимой звездной величиной, m , тогда отношение светимостей определяется как:

m — M = 2,5log( L / 8

M — M = 2,5 лейка ( D /10) ²

M — M = 5log ( D /10)

, что и уравнение 4. 2.

Использование светимости для сравнения звезд — примеры задач

Пример 1: Сравнение яркости двух звезд с учетом видимой величины.
α Car (Канопус) имеет видимую величину -0,62, в то время как видимая величина ближайшей звезды Волк 359 составляет 13,44.
а) Какая звезда наиболее яркая на небе?
б) Во сколько раз она ярче другой звезды?

а) Ответ на эту часть на самом деле просто проверка вашего понимания концепции видимой величины. Поскольку Canopus имеет более низкое значение (-0,62), чем Wolf 359(+13,44) на ночном небе кажется ярче. На самом деле Канопус является второй по яркости звездой, видимой на ночном небе после Сириуса А, тогда как с видимой величиной 13,44 Вольф 359 слишком слаб, чтобы быть видимым невооруженным или невооруженным глазом.

б) Насколько ярче Канопус, чем Вольф 359? Для этого мы можем использовать уравнение 4.7:

I _A / I _B = 100 ^{( м _B — m _A )/5}

so,

I _Can / I _Wolf = 100 ^{( m _Wolf — m _Can )/5}

Замена в WE GET:

I _CAN / I _Wolf = 100 ^{(13,44 — (-0,62) / 5}

I _). = 100 ^(14.06)/5

I _Can / I _Wolf = 100 ^2.812

I _Can / I _Wolf = 420,727

so Canopus is ≈ 4.207 × 10 ⁵ × ярче на небе, чем Wolf 359.

Пример 2: Расчет диапазона яркости переменной звезды .
δ Цефея — пульсирующая переменная звезда, меняющая видимую величину от 3,5 до 4,4 с периодом 5,366 дня. Это была первая обнаруженная такая звезда, давшая название классу переменных звезд. Их важность обсуждается в следующем разделе. Насколько ярче δ Цефея при максимальной яркости, чем при минимальной?

Again, let us start with equation 4.6:

I _A / I _B = 100 ^{( m _B — m _A )/5}

In В этом типе задач мы просто подставляем два значения видимых величин для одной и той же звезды так;

I _макс / I _мин = 100 ^{( м _мин — м _макс )/5}

I _max / I _min = 100 ^{(4. 4 — 3.5)/5}

I _max / I _min = 100 ^0.18

∴ I _макс / I _мин = 2,291

∴ δ Цефеи примерно в 2,3 раза ярче минимального блеска.

Пример 3: Сравнение светимостей двух звезд.
Насколько ярче Бетельгейзе, чем наше Солнце?
Солнце имеет абсолютную визуальную звездную величину M _S = 4,8, а Бетельгейзе имеет абсолютную звездную величину M _B = -5,14, поэтому мы можем переписать уравнение 4:^{, чтобы получить уравнение 4,90. _B / L _S = 100 ^{( M _S — M _B )/5}}

подставляя: так 9

0019

L _B / L _S = 100 ^{(4.8 — (-5.14))/5}

L _B / L _S = 100 ^{9. 94/5}

L _B / L _S = 100 ^1.988

L _B / L _S = 9,462

∴ Betelgeuse is about 9,500 × more luminous than наше Солнце.

Предыдущая: Шкала величины

Далее: Цвет звезд

Шкала звездной величины
Цвет
Спектроскопический параллакс
Фотоастрономия
Фотоэлектрическая астрономия
Исследование фильтра
Фотометрические ссылки
Вопросы по фотометрии
Дом астрофизики

Светимость: определение, уравнения и коэффициенты

Насколько ярка звезда? Планета? Вселенная? Астрономы используют слово «светимость» для обозначения яркости этих объектов, пытаясь найти ответы на эти загадки. Это объясняет блеск объекта в пространстве. Свет исходит от звезд и галактик по-разному. Тип света, который они отражают или излучают, показывает уровень их энергии. Если небесный объект является планетой, он будет отражать свет, а не излучать его. Однако астрономы также называют межпланетную яркость «светимостью».

Яркость объекта увеличивается с его светимостью. В дополнение к видимому свету объект может быть чрезвычайно светящимся в ультрафиолетовом, рентгеновском, радио-, инфракрасном, микроволновом и гамма-лучах. Это часто зависит от интенсивности света, который измеряет активность объекта.

Что такое яркость?
Светимость означает: Светимость описывает общую энергию, производимую различными солнечными телами (звездами, галактиками) в единицу времени. В основном измеряется в ваттах или джоулях в секунду.
Светимость = энергия, излучаемая или отражаемая в единицу времени.
Абсолютная болометрическая величина небесного объекта, часто называемая светимостью, представляет собой измерение общего излучения энергии и используется для выражения значений светимости. Болометр может измерять энергию света, используя методы нагрева и поглощения.
Уравнение светимости
Светимость измеряет энергию, излучаемую объектом, например, солнцем или галактиками. Светимость звезды на главной последовательности пропорциональна ее температуре; чем горячее звезда, тем лучше она освещает. С другой стороны, более холодные звезды излучают меньше энергии, и их труднее найти на темном небе.
Закон Стефана-Больцмана дает нам прямую формулу для светимости звезды. Согласно этому закону световая энергия, излучаемая темным телом в единицу времени, равна:
P = σ AT4
Где
σ = постоянная Стефана-Больцмана (равная 5,670367 × 10-8)
A = площадь поверхности объекта (равна 4πR ² для сферического объекта)
T = температура объекта (измеряется в Кельвинах)
В большинстве случаев исследователи используют сокращенную версию этой формулы для расчета светимости звезда. Мы можем связать любую звезду со светимостью Солнца в качестве альтернативы вычислению приблизительного значения энергии. Тогда уравнение светимости получается путем исключения констант:
L/L ⨀ = (R/R ⨀) ² (T/T ⨀) ⁴
, где
.
R = радиус звезды
T = температура звезды (в кельвинах)
L⨀ = светимость солнца, равная 3,828 × 10²⁶ Вт
R⨀ = радиус солнца, равная 695 700 км
T⨀ = температура солнца, равная 5778 K
Интересный факт:
Мы часто можем оценивать светимость звезд в единицах светимости. Например, мы могли бы написать Lstar = 5,2 x Lsun для конкретной звезды, предполагая, что звезда производит в 5,2 раза больше энергии в секунду, чем Солнце.
Факторы, влияющие на яркость объекта
Существуют две важные переменные: эффективная температура и размер объекта, а также его радиус R, влияющий на яркость объекта.
Размер и эффективная температура: Астрономы исследуют размер звезды и эффективную температуру, чтобы рассчитать ее яркость. Светимость звезды и выход энергии увеличиваются с ее размером.
Но предположим, что две звезды одинакового размера, но имеют разную температуру. В этом случае звезда с более высокой температурой будет более лучистой (светящейся), чем звезда с более низкой температурой. Эффективная температура представлена в градусах Кельвина, поэтому температура Солнца составляет 5777 кельвинов. Температура гиперэнергетической далекой звезды, которая может находиться в ядре гигантской галактики, может достигать 10 триллионов Кельвинов. Эти звезды могут быть ярче при одной из своих эффективных температур. Но поскольку эти звезды находятся так далеко от Земли, они кажутся тусклыми.
В дополнение к этим факторам на светимость звезды также могут влиять:
Расстояние: Большинство людей могут достаточно хорошо определить светимость объекта, глядя на него. Если объект кажется ярким, он имеет более высокую яркость, чем если бы он был тусклым. Но этот внешний аспект может ввести в заблуждение. На видимую яркость объекта также влияет расстояние до него. Мы можем воспринимать далекую звезду с высокой энергией тусклее, чем близлежащую звезду с более низкой энергией. Другая причина, по которой предмет кажется темным, может заключаться в том, что пыль и газ поглощают свет между ними и земной атмосферой.
Вы слышали?
Согласно измерениям, проведенным на Земле, видимая яркость представляет собой количество энергии, излучаемой звездой на квадратный метр каждую секунду. В качестве единиц измерения используются ватты на квадратный метр (Вт/м2).
Величина: Понимание и вычисление величины объекта поможет вам определить, насколько он яркий. Полезно знать, нравится ли вам наблюдать за звездами, поскольку это проясняет, как наблюдатели могут обсуждать светимость звезды друг с другом. Значение магнитуды учитывает как расстояние до объекта, так и светимость. Как правило, звезда второй величины примерно в 2,5 раза ярче (светлее), чем звезда третьей величины, и в 2,5 раза тусклее (тусклее), чем звезда первой величины. Величина становится тем ярче, чем меньше число.
Например, у Солнца звездная величина -26,7. Звезда Сириус имеет звездную величину 1,46. Хотя он находится на расстоянии 8,6 световых лет и в 70 раз ярче Солнца, из-за расстояния он потерял часть своей яркости. Важно понимать, что в то время как тусклая звезда, которая находится значительно ближе, может «видеть» ярче, яркая звезда, которая находится далеко, может казаться довольно тусклой из-за расстояния.
Информационная информация:
Астрономы используют современное оборудование, такое как болометр, для точного измерения яркости небесного объекта. В основном они используются на радиочастотах в астрономии, особенно в субмиллиметровом диапазоне. Эти инструменты обычно охлаждаются до температуры на одну точку выше абсолютного нуля, чтобы быть наиболее точными.
Солнечная светимость
Солнечная светимость — это термин, используемый для описания того, сколько энергии солнце излучает каждую секунду во всех измерениях. Астрономы обычно используют солнечную светимость как единицу лучистого потока (мощности, выделяемой в виде фотонов) для измерения яркости звезд.
Астрономы обычно используют светимость Солнца, сокращенно L, как меру лучистого потока, чтобы сравнить яркость галактик, звезд и других небесных тел с яркостью Солнца.
Согласно данным Международного астрономического союза, одна номинальная светимость Солнца равна 3,828 1026 Вт. Сюда не включена светимость солнечных нейтрино, которая дает 0,023 L. Фактическая светимость Солнца периодически меняется, потому что Солнце — звезда с сильными колебаниями. Основным параметром является одиннадцатилетний солнечный цикл (цикл солнечных пятен), который приводит к периодическим изменениям около ± 0,1%. Вероятно, за последние 200–300 лет были и другие, более мелкие колебания.
Яркость Луны
Лунный свет в основном состоит из солнечного света (с небольшим количеством земного света), отраженного от поверхности Луны, куда струится солнечный свет.
Лунная светимость Энергия, которую Луна излучает каждую секунду во всех направлениях. В Международной системе единиц это выражается в люксах, единицах освещенности или световом потоке на квадратный метр. Если говорить о люменах, то это один люмен на квадратный метр.
В зависимости от лунной фазы сила лунного света сильно различается, но даже полная Луна обычно излучает всего 0,05–0,1 люкс. Когда полная Луна около перигелия («суперлуние») видна из тропиков в верхней кульминации, освещенность может приближаться к 0,32 лк.
Заключение
Количество света, излучаемого объектом за определенный промежуток времени, измеряется светимостью. Солнце излучает 3,846 1026 ватт света в секунду (или 3,846 1033 эрг в секунду). Поскольку яркость является абсолютной мерой мощности излучения, на ее значение не влияет близость наблюдателя к объекту. Одна солнечная светимость равна яркости солнца. Следовательно, когда астрономы говорят о светимости объекта, они обычно ссылаются на нее с точки зрения светового потока Солнца. Самые яркие звезды излучают миллионы солнечных светимостей.
Часто задаваемые вопросы
1. Объясните «значение яркости»
Ответ. Светимость объекта, количество энергии, которое он излучает в течение заданного периода времени, является мерой его собственной светимости. Поскольку он измеряет выходную мощность объекта, он может выражать ее в таких единицах, как ватты. Однако астрономы часто предпочитают выражать светимость, связывая ее со светимостью Солнца (около 3,9 1026 Вт). Вместо 3,91027 Вт, светимость звезды можно записать как десять солнечных светимостей (10 L⊙).
2. Что такое кажущаяся и абсолютная величина?
Ответ. Видимая величина — это освещенность небесного тела в том виде, в каком оно появляется на небе, когда мы его видим, независимо от того, насколько далеко оно находится. Абсолютная величина измеряет собственную светимость объекта. Абсолютная величина на самом деле не «заботится» о расстоянии; независимо от того, как далеко находится наблюдатель, звезда или галактики все равно будут испускать равное количество радиации. Из-за этого полезнее понять, насколько ярким, горячим и большим является объект.
3. Что такое спектроскопия и как астрономы используют ее для исследования светимости звезд?
Ответ. Астрономы «фрагментируют» входящий свет с различными длинами волн, используя спектрометр или спектроскоп, чтобы исследовать различные длины волн света от астрономических тел. Этот метод, известный как «спектроскопия», позволяет лучше понять механизмы, которые заставляют объекты светиться.
Светимость и кажущаяся яркость | Астрономия 801: планеты, звезды, галактики и Вселенная
Печать
Дополнительная информация с сайта www.astronomynotes.com
Расстояния — Закон обратных квадратов
Возможно, самым простым измерением звезды является ее видимая яркость. Я намеренно осторожен в выборе слов. Когда я говорю кажущаяся яркость , я имею в виду, насколько яркой звезда выглядит для детектора здесь, на Земле. С другой стороны, светимость звезды — это количество света, которое она излучает со своей поверхности. Разница между светимостью и видимой яркостью зависит от расстояния. Другой способ взглянуть на эти величины состоит в том, что светимость является внутренним свойством звезды, а это означает, что каждый, у кого есть какие-либо средства измерения светимости звезды, должен найти одно и то же значение. Однако кажущаяся яркость равна не внутреннее свойство звезды; это зависит от вашего местоположения. Таким образом, каждый будет измерять различную видимую яркость одной и той же звезды, если все они находятся на разном расстоянии от этой звезды.
По знакомой вам аналогии снова рассмотрим фары автомобиля. Когда автомобиль находится далеко, даже если его дальний свет включен, огни не будут казаться слишком яркими. Однако, когда автомобиль проезжает мимо вас в пределах 10 футов, его фары могут казаться ослепительно яркими. Если подумать об этом с другой стороны, то при наличии двух источников света с одинаковой яркостью более близкий источник света будет казаться ярче. Однако не все лампочки имеют одинаковую яркость. Если вы поместите автомобильную фару на расстоянии 10 футов и фонарик на расстоянии 10 футов, фонарь будет казаться тусклее, потому что его светимость меньше.
Звезды имеют широкий диапазон видимой яркости, измеренной здесь, на Земле. Изменение их яркости вызвано как изменением их светимости, так и изменением их расстояния. Слабая по своей природе близлежащая звезда может казаться нам на Земле столь же яркой, как и яркая по своей природе далекая звезда. Существует математическое соотношение, связывающее эти три величины — кажущуюся яркость, светимость и расстояние для всех источников света, включая звезды.
Почему источники света кажутся слабее в зависимости от расстояния? Причина в том, что когда свет движется к вам, он распространяется и покрывает большую площадь. Эта идея проиллюстрирована на этом рисунке:
Рис. 4.5: Закон обратных квадратов. Когда эта энергия излучается, вы можете представить, как она проходит через сферические оболочки с центром в звезде. На приведенном выше изображении показана не вся сферическая оболочка, а только небольшая ее часть. Каждая оболочка должна получать от звезды одинаковое общее количество энергии в секунду, но поскольку каждая последующая сфера больше, свет, падающий на отдельный участок более удаленной сферы, будет слабее по сравнению с количеством света, падающим на отдельный участок сферы. близлежащая сфера. Степень разбавления связана с площадью поверхности сфер, которая определяется как:
A = 4 π d2Это уравнение отображается неправильно из-за несовместимого браузера. Список совместимых браузеров см. в разделе «Технические требования» в руководстве. .
Насколько ярким тот же источник света будет казаться наблюдателю, прикрепленному к сферической оболочке, радиус которой в два раза больше, чем у первой оболочки? Поскольку радиус первой сферы равен d, а радиус второй сферы будет равен 2 x d, это уравнение отображается неправильно из-за несовместимого браузера. Список совместимых браузеров см. в разделе «Технические требования» в руководстве. , то площадь поверхности большей сферы больше в 4 раза = (22)Это уравнение отображается неправильно из-за несовместимого браузера. Список совместимых браузеров см. в разделе «Технические требования» в разделе «Ориентация». Если увеличить радиус втрое, площадь поверхности большей сферы увеличится в 9 раз.= (32)Это уравнение отображается неправильно из-за несовместимого браузера. Список совместимых браузеров см. в разделе «Технические требования» в Руководстве. Поскольку одинаковое общее количество света освещает каждую сферическую оболочку, свет должен распространяться, чтобы покрыть в 4 раза большую площадь для оболочки в два раза большего радиуса. Свет должен распространяться, чтобы покрыть площадь в 9 раз большую для оболочки, радиус которой в три раза больше. Таким образом, источник света будет казаться в четыре раза слабее, если вы находитесь в два раза дальше от него, чем кто-либо другой, и в девять раз слабее, если вы находитесь в три раза дальше от него, чем кто-либо другой.
Таким образом, уравнение для кажущейся яркости источника света определяется как светимость, деленная на площадь поверхности сферы с радиусом, равным вашему расстоянию от источника света, или
F = L / 4 π d2Это уравнение не отображается должным образом из-за несовместимого браузера. Список совместимых браузеров см. в разделе «Технические требования» в руководстве. , где d — ваше расстояние от источника света.
Кажущаяся яркость часто упоминается в более общем смысле как поток и обозначается аббревиатурой F (как я сделал выше). На практике поток выражается в единицах энергии в единицу времени на единицу площади (например, джоули/секунду/квадратный метр). Поскольку светимость определяется как количество энергии, излучаемой объектом, она выражается в единицах энергии в единицу времени [например, джоули/секунда (1 джоуль/секунда = 1 ватт). Это уравнение отображается неправильно из-за несовместимого браузера. . Список совместимых браузеров см. в разделе «Технические требования» в руководстве. ]. Расстояние между наблюдателем и источником света равно d и должно быть выражено в единицах измерения расстояния, например, в метрах. Вы, вероятно, знакомы со светимостью лампочек, выраженной в ваттах (например, лампочка мощностью 100 Вт), и поэтому вы могли бы, например, назвать Солнце светимостью 3,9.x 1026 WЭто уравнение отображается неправильно из-за несовместимого браузера. Список совместимых браузеров см. в разделе «Технические требования» в руководстве. . Учитывая это значение светимости Солнца и расстояние от Солнца до Земли, равное 1 а.е. = 1,5 x 1011 м, это уравнение отображается неправильно из-за несовместимого браузера. Список совместимых браузеров см. в разделе «Технические требования» в руководстве. , можно рассчитать Поток, получаемый на Земле Солнцем, который составляет:
F = 3,9 x 1026 Вт / 4 π (1,5 x 1011 м)2 = 1379 Вт на квадратный метр Это уравнение отображается неправильно из-за несовместимого браузера. Список совместимых браузеров см. в разделе «Технические требования» в руководстве.