Eclipsbrilletjes belicht

Noot van de redactie: Dit is een interessant artikel uit 2001, maar door veranderingen in materialen wellicht niet meer geheel bij de tijd. Moderne eclipsbrillen moeten voldoen aan ISO-keurmerk 12312-2. Helaas is de vermelding van dit keurmerk geen garantie, aangezien er ook namaakbrillen in omloop zijn.

Naar aanleiding van de totale zonsverduistering van 11 augustus 1999 was er -- terecht -- heel wat te doen rond de veiligheid van de verschillende soorten eclipsbrilletjes. De conclusie was, dat enkel de 'echte' eclipsbrilletjes voldeden en dat alle alternatieven zoals floppy-schijfjes, CD's en fotonegatieven gevaarlijk waren voor directe zonnewaarneming. Met een nieuwe totale verduistering voor de deur, leek het ons interessant om de verschillende soorten eclipsfilters nog eens van naderbij te bekijken.

Twee kinderen, met eclipsbrilletjes op, zijnde de kinderversie van het Woowoo-brilletje (type 11 in het artikel) en een brilletje met metaallaag (type 8 in het artikel) (Foto: Dirk Poelman)

Aan de hand van optische transmissiemetingen zullen we trachten duidelijk te maken waarom de alternatieve filters af te raden zijn. Een filtertje dat visueel een aangenaam en voldoende donker beeld geeft, kan in de praktijk inderdaad heel onveilig zijn!

Een filter voor het waarnemen van de zon moet de hoeveelheid straling die het oog binnendringt, tot een aanvaardbare waarde beperken. Enige tijd geleden stelde Dr. Ralph Chou een stel specificaties voorop waaraan minstens moet voldaan zijn (deze specificaties werden overgenomen als voorwaarden voor CE-markering). Er wordt hierbij een maximale transmissie (fractie van het licht die doorgelaten wordt) opgegeven in de verschillende golflengtegebieden van de zonnestraling. Deze transmissie kan uitgedrukt worden in %, of in optische dichtheden (O.D.). De optische dichtheid O.D. = log (1/T), met T de transmissie. Volgend tabelletje geeft de correspondentie tussen beide eenheden :

Absolute transmissie	Transmissie (%)	Optische dichtheid
1	100	0
0,1	10	1
0,01	1	2
0,001	0,1	3
0,0001	0,01	4
0,00001	0,001	5
0,000001	0,0001	6
0,0000001	0,00001	7

Het belangrijkste voordeel van het gebruik van optische dichtheden is (behalve het ontbreken van nulletjes of machten van 10) dat bij opeenvolgende filters de optische dichtheden mogen opgeteld worden. Hebben we bvb. 2 filters met een transmissie van 0,1% (O.D. = 3), dan leveren die samen een transmissie van 0,0001%, of O.D. = 6.

Om een idee te krijgen van de optische filterdichtheid, nodig om een 'aangenaam' beeld te verkrijgen, kunnen we dankbaar gebruik maken van de maan. De volle maan en de zon hebben vrijwel dezelfde schijnbare grootte (dit merken we duidelijk tijdens een zonsverduistering). Berekenen we welk filter we nodig hebben om de (volle) zon er even helder te laten uitzien als de volle maan. Uit het feit dat de schijnbare magnitudes van zon en maan respectievelijk 26,8 en 12,7 zijn, volgt dat de zon zo'n 436000 keer helderder is dan de volle maan. We hebben dus een filter nodig met een transmissie van 1/436000 of 0,00023% (O.D. = 5,64) om de helderheid van de zon tot een confortabele volle-maanhelderheid terug te brengen. Dit is wel degelijk een heel sterk filter!

Volgende vereisten werden door Chou opgesteld :

Transmissie bij elke golflengte in het schadelijke UVB (golflengtes tussen 290nm en 315nm) kleiner dan 0,003% (O.D. = 4,52)
Transmissie bij elke golflengte in het bruinende UVA (golflengtes tussen 315nm en 380nm) kleiner dan 0,02% (O.D. = 3,70)
Transmissie van zichtbaar licht (golflengtes van 380nm (blauw) tot 780nm (rood)) gemiddeld niet meer dan 0,0032% (O.D. = 4,49)
Transmissie bij elke golflengte in het nabije infrarood (golflengtes tussen 780nm en 1400nm) kleiner dan 0,5% (O.D. = 2,3) .

Met deze wetenschap gewapend, kunnen we gaan kijken wat de lichttransmissie is van een aantal mogelijke filters. Voor de metingen werd er gebruik gemaakt van een Varian Cary 5 spectrofotometer van de Vakgroep Vaste-Stofwetenschappen in de Universiteit Gent (afdeling Natuurkunde). Met dit uitzonderlijk gevoelige instrument (de NASA gebruikt hetzelfde type toestel) kunnen we metingen verrichten tot een optische dichtheid van ongeveer 6 in het infrarood (800nm en hoger) en 8 in het zichtbaar en het UV (beneden 800nm)!

In de figuur (opent in nieuw scherm) zien we de optische dichtheid als functie van de golflengte (van 250nm tot 2000nm) van een aantal kandidaat-filters. De vereisten, zoals opgesteld door Chou, zijn grafisch weergegeven bij de eerste grafiek : de transmissiecurve mag niet in het gearceerde gebied komen voor UV en infrarood, terwijl in het zichtbaar (380-780 nm) de curve gemiddeld boven het gearceerde gebied moet liggen. Volgende filters werden gemeten:

CD schijfje, zonder enige opdruk
Magnetische laag van een 5,25 inch floppydisc
Absorptie van 5 ( !) zonnebrillen na elkaar
Belicht en ontwikkeld kleurennegatief (Agfa XRG 200)
Onbelichte en ontwikkelde diafilm (Fuji Provia 100)
Belicht en ontwikkeld zwart-witnegatief (Kodak TMAX 400)
Eclipsbrilletje met metaallaag, Baader-Planetarium München, Duitsland
Eclipsbrilletje met metaallaag, Eclips'Smic, Frankrijk
Eclipsbrilletje met metaallaag, GB Quick hamburgerrestaurant
Eclipsbrilletje met metaallaag, Swan Packaging, India
Absorberend polymeer eclipsbrilletje, Woowoo
Absorberend polymeer eclipsbrilletje, Rainbow Symphony, Reseda, CA, USA
Beschermglas van een laskap, gradatie 10
Beschermglas van een laskap, gradatie 13

Bekijken we stuk voor stuk de resultaten :

1: Het CD schijfje heeft een O.D. kleiner dan 4 in het zichtbaar (380-780nm) en levert dus een te helder beeld. Merk op dat opdruk van een CD wel de transmissie zal verlagen, maar tegelijk een bijzonder onscherp beeld oplevert. Bovendien blijken verschillende CD's een totaal verschillende transmissie te vertonen. Niet doen.

2: Het magnetisch laagje van een floppydisc laat (veel) te veel rood licht (600-780nm) en te veel infrarood door. Afblijven !

3: Deze meting is enkel bijgevoegd om te illustreren dat zelfs met 5 (gewone) zonnebrillen boven elkaar nog veel te veel zichtbaar licht en te veel infrarood doorgelaten wordt. Hoe je al die brillen op je neus houdt, is nog maar de vraag...

4, 5, 6 : De fotofilmpjes. Zowel een kleurennegatief (4) als een onbelichte dia (5) zijn ronduit gevaarlijk. In het zichtbare gebied is de absorptie te laag, zodat de zon veel te helder zal overkomen. Denken we slim te zijn, dan nemen we gewoon twee of drie stukjes film bovenop elkaar. Dit verdubbelt of verdrievoudigt de optische dichtheid, en levert visueel een aangenaam beeld op. In het infrarood hebben deze filtertjes echter zo goed als geen absorptie; het gebruiken van verscheidene stukjes film bovenop elkaar heeft dus voor het infrarood nauwelijks effect. Bijzonder gevaarlijk! Het zwart-witnegatief brengt het er beter vanaf, met een bijna constante optische dichtheid 4. In het UV laat dit negatief het echter afweten: Rond 320nm zakt de absorptie tot O.D. 2,5. Voor dit specifieke filmmateriaal zou de combinatie van de 2 negatieven (4) en (6) een perfect eclipsfilter vormen: Hoge absorptie in het UV (dankzij het kleurennegatief), een confortabele optische dichtheid 6 in het visuele, en een veilige absorptie in het infrarood, dank zij het zwart-witnegatief. Probeer dit zelf niet, aangezien de optische karakteristieken van films een grote spreiding vertonen!

7, 8, 9, 10: Dit zijn allemaal goedgekeurde eclipsbrilletjes met een absorberend metaallaagje. De opvallende variaties in absorptie bij brilletje 10 (ook een beetje zichtbaar bij 7) zijn het gevolg van optische interferentie en kunnen eigenlijk geen kwaad. Brilletje 7 haalt maar net de minimale absorptie in het zichtbare gebied en zal een te helder beeld van de zon geven. Brilletjes 8 en 10 lijken ons perfect, terwijl brilletje 9, afkomstig van een actie van een keten hamburgerrestaurants, eigenlijk een te grote absorptie heeft (overal meer dan O.D. 6,4 in het zichtbare gebied). Mensen die daarmee de verduistering van 11 augustus 1999 volgden, rapporteerden ons dat ze de zon nauwelijks vonden!

11, 12: Dit is een ander type eclipsbril, bestaande uit een absorberend kunststoflaagje. Wie er niet om geeft dat de zon er oranje uitziet (de absorptie is hoger voor blauw dan voor rood licht), heeft hiermee goede brilletjes in handen.

13, 14: Beschermglaasjes van lasbrillen zijn goede en zeer goedkope alternatieven voor eclipsbrilletjes. Een lasglas met gradatie 10 (curve 13) heeft een onvoldoende absorptie in het zichtbare gebied. Een gradatie 13 (curve 14), de hoogste waarde die we gemakkelijk in de handel vonden, heeft een minimale absorptie O.D. 4,8 en is dus perfect bruikbaar. Aangezien het absorptieminimum optreedt bij een golflengte rond 550nm, corresponderend met groen licht, krijgen we wel een groene zon te zien, iets minder onze smaak. In het infrarood is de absorptie zó hoog, dat zelfs onze spectrofotometer het laat afweten.
We kunnen concluderen dat zowel de echte eclipsbrilletjes als lasglazen met een gradatie 13 of hoger, een veilige eclipservaring garanderen. Er zijn onder deze filters nog aanzienlijke verschillen: We kunnen kiezen tussen een witte, een oranje of een groene zon en de gemiddelde absorptie van de eclipsbrilletjes wil ook wel eens verschillen. Als je echt wil genieten van een verduistering, dan probeer je best eens een paar goedgekeurde brilletjes uit op een zonnige dag. Naar aanleiding van de verduistering van 1999 werden in Frankrijk een aantal eclipsbrillen van Columbiaanse makelij uit de handel gehaald. Het probleem ervan was niet een te lage absorptie, maar wel dat de reflecterende metaallaag afschilferde!

De alternatieve filters, zoals fotonegatieven, CD's, floppy's en zonnebrillen zijn zonder uitzondering af te raden. Vooral fotonegatieven zijn ronduit gevaarlijk, omdat ze een groot deel van de onzichtbare infrarood of UV straling doorlaten.

Aanvullende literatuur :

B.R. Chou, Safe Solar Filters, Sky & Telescope, augustus 1981.
J.C.D. Marsh, Observing the Sun in Safety, J. Brit. Astron. Assoc., Vol. 92, 259 (1982).
http://www.rainbowsymphony.com/safety.html : veiligheid van eclipsfilters (R. Chou).
http://www.skypub.com/sights/eclipses/solar/safety.html : veiligheid van eclipsfilters (R. Chou), naar een artikel in Sky & Telescope, februari 1998.
http://umbra.nascom.nasa.gov/eclipse/010621/text/toc.html of ftp://umbra.nascom.nasa.gov/pub/eclipse/010621/TP1999209484.pdf : het NASA rapport over de totale zonsverduistering van 21 juni 2001 (warm aanbevolen !), inclusief informatie over veiligheid.

Tekst en illustraties: Dirk Poelman*, Jorg Versluys, Davy Wauters
*Universiteit Gent, Vakgroep Vaste-Stofwetenschappen, Krijgslaan 281/S1, B-9000 Gent. email: dirk.poelman@rug.ac.be

Overgenomen uit Zenit februari 2001.