Seeingprobleme

Das Seeing

Als Seeing bezeichnet man die Qualität der Erdatmosphäre über dem Teleskopstandort. Die Atmosphäre der Erde ist durchmischt von vielen verschiedenen lokalen Schichten, die unterschiedliche Temperaturen haben können. Ein ständiges Vermischen dieser lokalen Schichten sorgt dann für ständig wechselnde Bildschärfen. Man unterscheidet dabei in Seeingeffekte der oberen Atmosphäre und lokales, instrumentelles Seeing (zum lokalen Seeing siehe Der richtige Beobachtungsstandort).

Das Seeing der oberen Atmosphäre

Turbulente Luftbewegungen (Wind und Thermik) verursachen zufällige atmosphärische Temperatur und Dichteschwankungen. Daraus ergeben sich kleinräumige Änderungen des Brechungsindex mit dem Resultat dass das beobachtet Bild des Mondes nicht gleichmäßig scharf ist.

Turbulente Luftbewegungen (Wind und Thermik) verursachen zufällige atmosphärische Temperatur und Dichteschwankungen. Daraus ergeben sich kleinräumige Änderungen des Brechungsindex mit dem Resultat dass das beobachtet Bild des Mondes nicht gleichmäßig scharf ist.

Das Seeing besteht aus mehreren Komponenten die weiter unten auf dieser Seite angesprochen werden. Das Seeing verfälscht und verändert die Einzelbilder einer Videosequez in vielfältiger Form. Man unterscheidet generell zwischen

  • blurring: die Einzelbilder sind insgesamt unscharf, die Bilder “blähen” sich auf und “schrumpfen” in schnellem Wechsel und
  • image motion: die Einzelbilder bleiben scharf fokussiert aber zeigen einen schnellen Ortswechsel im Gesichtsfeld, Detailstrukturen werden verzerrt dargestellt.

Im allgemeinen überlagern sich beide Effekte und das wird als durchschnittliches Seeing bezeichnet.

Die beiden folgenden Abbildungen sollen demonstrieren, wie sich das Seeing auf die fotografische Sonnenbeobachtung auswirkt. Bei der visuellen Beobachtung spielt die Luftruhe natürlich auch eine Rolle, aber das Auge kann solche Luftturbulenzen “ausmitteln”. Die fotografische Beobachtung dagegen hält “gnadenlos” den Bildzustand während der Belichtungsauslösung fest.

Beide Einzelbilder stammen aus einem Videostream und wurden im Abstand von nur wenigen zehntel Sekunden aufgenommen

05-seeing-schlecht Beide Einzelbilder stammen aus einem Videostream und wurden im Abstand von nur wenigen zehntel Sekunden aufgenommen

Das Bild zeigt das fertig bearbeitete Rohsummenbild aus obiger Bildsequenz von insgesamt 1.200 Einzelbilder. Zum Summenbild wurden 144 Einzelbilder automatisch bearbeitet und anschließend addiert.

Das Bild zeigt das fertig bearbeitete Rohsummenbild aus der linken Bildsequenz von insgesamt 1.200 Einzelbilder. Zum Summenbild wurden 144 Einzelbilder automatisch bearbeitet und anschließend addiert.

Die Auflösung des linken scharfen Bildes liegt irgendwo im 1 bis 2 Bogensekundenbereich. Auf dem unteren Bild sind so gut wie keine Details erkennbar. Die Auflösung ist deutlich schlechter als 10 Bogensekunden.

Mit einer digitalen Spiegelreflexkamera und der Aufnahme von Einzelbildern hat der Beobachter so gut wie keine Chance den optimalen Zeitpunkt zur Auslösung zu treffen, an dem das Seeing optimal ist. Deshalb werden in heutiger Zeit nur Spitzenaufnahmen der Sonne mit der „Lucky Imaging Technik“ und dem Einsatz von Videomodulen gelingen.

Untenstehende Grafik zeigt schematisch, wie das Seeing der oberen Atmosphäre entsteht. Die Bildinformation durchläuft das Vakuum ungestört und wird dann in der Erdatmosphäre “verschmiert”. Dies geschieht unter anderem durch verschiedene Temperaturschichtungen innerhalb der Atmosphäre.

08-seeing

Das Seeing der oberen Atmosphäre

Je höher das Aufnahmeobjekt über dem Horizont, desto geringer die Einflüsse von Seeingeffekten. Zwischen dem Zenit und 30 Grad über dem Horizont legt das Licht einen doppelten Weg durch die Atmosphäre zurück, zwischen 30 und 15 Grad Horizonthöhe verdoppelt sich der Lichtweg erneut.

Die Grafik macht aber auch verständlich, dass es durchaus von Vorteil sein kann, bei schlechten Seeingbedingungen größere Instrumente abgeblendet einzusetzen. Die Wellenfront wird in kleineren Ausschnitten deutlich weniger gestört (Öffnung 100 mm) als in größeren Ausschnitten (unten, 300 mm Öffnung).

Filtertechniken zur Verbesserung der Seeingbedingungen

Seeingeffekte sind Wellenlängenabhängig! Im blauen Spektralbereich sind die Seeingeffekte deutlich größer als im roten Wellenlängenbereich.

Wichtiger Hinweis: ALLE folgend aufgeführte Filter dürfen in der Sonnenbeobachtung NUR als Zusatzfilter zusammen mit der Baader Herschel Prisma eingesetzt werden.

Der Einsatz von Gelb- und Rotfiltern ist sinnvoll, um das Seeing zu “beruhigen”. Die daraus resultierende Verlängerung der Belichtungszeit kann durch eine Erhöhung der elektronischen Bildverstärkung (Gain) kompensiert werden.

Noch besser funktionieren so genannte IR Bandpassfilter. Hier wird der komplette sichtbare Spektralbereich ausgefiltert und die Einzelbilder werden im nahen Infrarotlicht aufgenommen. Hier kommen als Aufnahmeteleskope allerdings nur noch Spiegelteleskope oder Refraktoren mit Spitzenobjektive in Frage.

Preiswerte Refraktorobjektive erzeugen vielfach Bildunschärfen durch die sogenannte Restchromasie. Solche Objektive sind für den grünen Spektralbereich optimiert, weil das menschliche Auge in diesem Spektralbereich am empfindlichsten ist. Hier können Infrarotfilter nicht mehr eingesetzt werden. Obligatorisch sollte jedoch ein UV/IR Sperrfilter in den Strahlengang gesetzt werden. Dieses filtert den ultravioletten- und den infraroten Spektralbereich aus (indem Videokameras durchweg empfindlich sind).

Eine weitere Verbesserung der Abbildungsqualität kann erreicht werden, wenn statt des UV/IR Sperrfilter ein Linienfilter im grünen Spektralbereich eingesetzt wird. Dieses schneidet aus dem kompletten Spektralbereich denjenigen Bereich heraus, für den diese Objekte optimiert sind, z. B. ein Baader SolarContinuum Filter.

© 2015 (überarbeitet): Wolfgang Paech in Zusammenarbeit mit H.Hilbrecht, C.-H. Jahn und P. Völker

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