Der Sonnenprojektionsschirm dient der gefahrlosen Beobachtung von Sonnenflecken und – fackeln und ist die einfachste und preiswerteste Art der Sonnenbeobachtung. Sie bietet ausserdem den besten Einstieg, da immer die gesamte Sonnenscheibe überschaubar ist; ebenso ist es die gebräuchlichste Methode um Details der Sonnenphotosphäre einer grösseren Gruppe von Personen (Volkssternwarte) gleichzeitig zu zeigen. Diese Art der Sonnenbeobachtung eignet sich ausschließlich nur für den Refraktor als Instrumententyp, da hier mit ungefilterter Instrumentenöffnung beobachtet wird.
!! Für Spiegelteleskope (auch jede Art von SC-Teleskopen) ist von dieser Beobachtungsart wegen der enormen Wärmebelastung der Fangspiegel dringendst abzuraten !!
Vorweg zwei wichtige Hinweise:
- Da bei der Projektionsbeobachtung das ungefilterte Licht der Sonne auf das Okular trifft, erhitzt es sich sehr stark. Es ist deshalb unbedingt zu beachten, dass bei Beobachtungen mit dem Projektionsschirm ausschliesslich unverkittete, einfache Okulartypen (z. B. Mittenzwey-Okulare) verwendet werden. Bei anderen Okulartypen schmelzen die Kittschichten der einzelnen optischen Komponenten und die Okulare werden zerstört. Um instrumentell bedingte Luftunruhe weitgehend zu reduzieren, empfiehlt es sich immer die Taukappe zu entfernen (hier entsteht ein Luftstau, der sich langsam erwärmt) und die häufig mattschwarz eloxierte Objektivfassung mit heller, reflektierender Aluminiumfolie abzudecken.
- Diese Abdeckung reduziert auch die Wärmebelastung des Objektives, da sich die schwarze Fassung erwärmt und diese Wärme langsam an die Objektivgläser abgibt. Das bedeutet, dass während längerer Beobachtungszeiten auch die Objektivlinsen ihre berechnete Form ändern; eine Bildverschlechterung ist die Folge. Ein unbedingtes Muss der Abdeckung ist erforderlich bei einfachen Objektiven (z.B. AK-Typ von Lichtenknecker oder C-Typ von Carl Zeiss Jena), in denen zwei Objektivgläser miteinander verkittet sind. Bei längeren Beobachtungszeiträumen kann hier andernfalls ebenso die Kittschicht gelöst werden wie bei den Okularen.
Der Projektionsschirm und seine Befestigung am Teleskop sollen so stabil wie möglich (und es die Fernrohrmontierung zulässt) sein. Es soll auf dem Schirm ja nicht nur visuell beobachtet, sondern eventuell auch Zeichnungen der Fleckenpositionen auf einer Schablone eingetragen werden können. Dies ist übrigens für den Amateur – neben der Fotografie – die einzige Möglichkeit der Positionsbestimmung von Sonnenflecken (eine Schablone finden Sie hier zum Ausdrucken) Zum Zubehör von kommerziell gefertigten Fernrohren (z. B. Vixen, Zeiss gehören Projektionsschirme, die optisch und mechanisch an diese angepasst sind. Wer seine Fernrohre selber baut, und sich zum Kauf eines Schirmes entscheidet, dem sollte die mechanische Anpassung an sein Instrument keine Probleme bereiten. Aber auch ein Selbstbau ist möglich, ein Beispiel zeigt das Bild.
© 2001, W. Paech
Der Projektionsschirm wird mit Rohrschellen (oder einer ähnlichen Alternative) am Fernrohrtubus befestigt. Der Abstand des Schirmes vom Okular muss, wenn auf hohe Genauigkeit der Zeichnungen Wert gelegt wird, variabel sein, denn die Sonne ändert, bedingt durch die Ellipsenbahn der Erde, ihre scheinbare Grösse am Himmel. Man kann dies, mit zwei ineinander geschobenen Rohren ausgleichen, die durch eine Rändelschraube miteinander fest verbunden werden können. Der Schirm selber kann aus einer runden oder quadratischen Platte (am besten Aluminium) bestehen. Wichtig ist, dass die Platte möglichst rechtwinklig zur optischen Achse des austretendes Lichtbündels steht. Ist dies nicht der Fall, bekommt man ein verzerrtes Projektionsbild und die eingezeichneten Positionen der Sonnenflecken – und fackeln werden grob falsch. Zur Abschirmung störenden Nebenlichtes (Kontraststeigerung) kann auf dem Fernrohrtubus eine grosse Pappscheibe befestigt werden. Die Zeichenschablone wird mit Wäscheklammern auf der Aluminiumplatte befestigt. Diese Methode bietet den Vorteil, dass die Schablone jederzeit leicht Ost-West-Richtung ausgerichtet werden kann; dies ist eine wichtige Voraussetzung für spätere Positionsbestimmungen.
Als Durchmesser für den projizierten Sonnendurchmesser wird empfohlen:
Instrumente bis 100mm Öffnung = 11 Zentimeter und
Instrumente ab 100mm Öffnung = 15 Zentimeter
Zum Abschluss werden im Folgenden noch die Formeln zur Berechnung der geometrischen Abmessungen des Schirmes gegeben, da die Grösse der projizierten Sonnenscheibe natürlich von der Objektivbrennweite, der Okularbrennweite und dem Abstand zwischen Okular und Schirm abhängig ist. Die Formel gilt nur für Abstände, die wesentlich grösser sind, als die verwendeten Okularbrennweiten.
Die Größe des projizierten Sonnenbilddurchmessers (S) ist abhängig von dem Abstand (a), den der Schirm vom Okular hat, von der Primärbrennweite des Objektives (f_Ob), der Okularbrennweite (f_Ok) und der Stellung der Okularfokussierung (z).
Zur Berechnung eines Sonnenprojektionsschirms, © 2001, W. Paech
Hierbei ist z veränderlich. Fällt der Brennpunkt des Okulares exakt mit dem Primärfokus des Objektives zusammen, so ist z = 0. Wird z nur um kleine Werte verändert, so ändern sich S und a beträchtlich. Die Formeln zur Berechnung lauten:
S = ((V x a) – f_Ob) / 114 und
a = (f_Ok x (f_Ok + z)) / z und
V = f_OB / f_OK
Ein Beispiel: gegeben ist ein Fernrohr mit 1000 mm Brennweite und einem Okular von f = 20 mm, der Durchmesser S des projizierten Sonnenbildes soll 110 mm betragen. Damit wird a = ca. 271 mm und z = ca. 1.6 mm.