H-alpha

Die Sonne im DayStar-Filter

Peter Große, Tobias Pfaff, Jürgen Schulz,

Volkssternwarte Kirchheim (VdS-Sternwarte)

" Mit der Errichtung einer Feriensternwarte der VdS an der Volkssternwarte Kirchheim soll allen VdS-Mitgliedern die Möglichkeit gegeben werden, an leistungsfähigen Teleskopen mit modernsten Zusatzgeräten zu beobachten ..."

Diese Präambel aus dem "Vertrag über eine VdS-Sternwarte" ist für uns - die Sternfreunde der Volkssternwarte Kirchheim - seit nunmehr neun Jahren Programm und Ziel der partnerschaftlichen Zusammenarbeit mit der Vereinigung der Sternfreunde. Uns war von Anfang an klar, dass die Attraktivität des Projekts entscheidend von der technischen Ausstattung der Sternwarte abhängen würde.

Hauptaugenmerk der Kirchheimer Sternfreunde bildet dabei die Entwicklung der Infrastruktur (Unterbringung der Gastbeobachter) sowie die ständige Verbesserung der optisch-mechanischen Qualität und der Bedienerfreundlichkeit unserer großen Teleskope. Neben ungezählten Arbeitsstunden wurden hierfür - mit Unterstützung von Kommune und Freistaat Thüringen, der Sparkasse und privater Sponsoren - weit mehr als 100.000 DM an öffentlichen und Vereinsmitteln aufgebracht.

Mit Zuschüssen, gezielter Projektförderung, Werbung und Gewinnung von Sponsoren trägt die VdS ihren Teil zum Erfolg der VdS-Sternwarte bei, der sich in der Auslastung (ca. 1800 Gastbeobachter mit fast 4000 Aufenthaltstagen) widerspiegelt. In diesen Kontext reiht sich die Bereitstellung des DayStarfilters durch die Autoren des "Handbuchs für Sonnenbeobachter" ein, über die in dieser Zeitschrift bereits berichtet wurde (Sonne 23, 35 / Nr. 90, Juni 1999).

Dank seiner hohen Güte und einfachen Bedienbarkeit stellt das Filter eine wesentliche Bereicherung des Angebots für die Gastbeobachter dar. Selbst eingefleischte Deep-Sky-Freaks sind begeistert vom Anblick der H-alpha-Sonne. Die geringe Bandbreite von 0,5 Ångström ermöglicht auch dann noch Beobachtungen, wenn Cirren und Dunst den klassischen Protuberanzenansatz versagen lassen. Damit ist auch bei nicht optimalen Wetterverhältnissen ein Astronomieprogramm möglich.

In diesem Beitrag soll nun berichtet werden, welche Beobachtungsvarianten mit dem DayStarfilter in Kirchheim technisch vorbereitet und erprobt wurden. Wir hoffen, damit auch Jünger aus der Gemeinde der Sonnenbeobachter zum Besuch der VdS-Sternwarte zu ermuntern.

Um visuell und fotografisch auch noch die komplette Sonne beobachten zu können, haben wir unseren Zeiss-AS-Refraktor 200/3000mm als H-alpha-Optik ausgewählt. Das Wärmeschutzfilter von DayStar reduziert die Eingangsöffnung auf 100 mm, so dass wir das erforderliche Öffnungsverhältnis von 1:30 ohne zusätzliche telezentrische Brennweitenverlängerung erreichen. Damit ergeben sich keine komplizierten Umbauten - einfach die Filter ansetzen, und schon kann die Beobachtung beginnen.

Das DayStarfilter selbst konnte in der ursprünglichen Form nicht zum Einsatz kommen. Aus Sicherheitsgründen mussten wir zur Erfüllung der deutschen Elektrostandards einen Trenntrafo als 110V-Stromversorgung installieren. Ein zusätzliches Ampèremeter zeigt dem Beobachter an, ob die Filterheizung den Regelbereich und damit die am Poti eingestellte Soll-Temperatur erreicht hat.

Das Wärmeschutzfilter wurde mit zwei stabilen Griffen versehen, um ein risikoloses Handling bei Transport und Ansetzen am Refraktor zu gewährleisten. Eine Kunststoffkappe schützt die Glasoberfläche vor Staub und mechanischer Beschädigung.

Das eigentliche DayStarfilter wurde mit Klebeband gegen Verdrehen gesichert, damit es nicht zu einer Beschädigung der Heizwicklung kommen kann. Eine eingedrehte Nut am 2"-Stutzen bietet zusätzlichen Schutz gegen Herausrutschen aus dem Okularauszug. Sollte sich das Filter durch Fehlbedienung dennoch vom Fernrohr lösen, verhindert eine Sicherheitsschnur das Herunterfallen auf den Fußboden.

Für das ganze Ensemble - DayStarfilter und Wärmeschutzfilter - wurde ein stabiler Alukoffer passgenau zur Aufbewahrung umgebaut. Eine detaillierte graphische Anleitung zur Installation verschiedener Zusatzgeräte macht die Arbeit mit dem Filter selbst für Ungeübte problemlos möglich.

Visuelle Beobachtungen sind besonders eindrucksvoll bei Benutzung unserer 2"-Okulare. Es stehen Brennweiten von 80 bis 17 mm zur Verfügung, was einer Vergrößerung von 37x...180x entspricht. Aber auch 1,25"-Okulare sind mittels Reduzierstück einsetzbar. Ein Zenitprisma erleichtert ggf. den Einblick.

Für die klassische Fotografie wurden Adapter für KB-Kameras (M42x1) und eine 6x6-Kamera (Pentacon six) gebaut. TP2415-Film kann von uns gestellt werden.

Im folgenden wollen wir etwas näher auf den Einsatz von Videotechnik zur Dokumentation der zeitlichen Veränderungen der Sonnenaktivität eingehen.

Angefangen hat es damit, dass eine Webcam - gekauft, um im Internet Videotelephonie zu probieren -, wieder einmal von einer Ecke in die andere rollte und zum Staubmagneten werden wollte. Da müsste sich doch was draus machen lassen! Immerhin war ja so die Möglichkeit gegeben, mit einfachsten Mitteln Bilder und sogar Videosequenzen direkt in den PC zu bringen ohne Umweg über teure analoge Videocapturekarten. Die ersten noch skeptischen Versuche, eine Webcam als bildgebendes Medium für Astronomie einzusetzen, fanden auf dem heimischen Balkon statt. Die Kamera wurde nach Entfernen des Objektivs in den Primärfokus eines Newton 76/700mm ohne Nachführung gebracht. Die mit dieser Kombination gewonnenen Bilder von Mond und Saturn konnten sich schon sehen lassen und ließen auf bessere Ergebnisse bei größeren, nachgeführten Teleskopen hoffen.

Also wurde das sehr kompakte und leichte Innenleben der Webcam in ein passendes Gehäuse gebaut und mit der Hülse eines alten 1,25"-Okulars versehen. Als sehr günstig hat sich erwiesen, die Chipoberfläche so zu positionieren, dass sie möglichst nahe am Fokus eines 1,25"-Okulars liegt. So kann man vor dem Einsetzen der Kamera einfach mit einem Okular scharf stellen und positionieren. Einer der Vorteile einer Webcam liegt darin, per Software Verstärkung und Kontrast einstellen zu können. Auf Grund der möglichen hohen Auslesegeschwindigkeit von 1 bis 10 Bildern pro Sekunde fällt das Einstellen des Bildfeldes und das Fokussieren bei helleren Objekten wie Planeten und Sonne besonders leicht. Diese Frame-Rate ist allerdings sehr abhängig von der Rechnerhardware, muss doch der PC für jedes einzelne Bild erst die eingestellten Helligkeits- und Kontrastwerte realisieren. Der bei uns eingesetzte Pentium 75 hat da schon "alle Hände" voll zu tun. Unsere Webcam - eine Connectix Quickcam s/w für Parallelport - bietet einige sehr praktische Einstellmöglichkeiten. Manche lernten wir überhaupt erst für die Videoastronomie schätzen. Die Software kann im Zeitraffermodus beliebige Intervalle einstellen, in denen Einzelbilder aufgezeichnet werden. Daraus setzt die Software entweder ein Video zusammen oder erstellt eine Bilderserie. Aus dieser Kombination - Zeitraffermöglichkeit und relativ lichtempfindlicher Chip - sollte man doch als Amateurastronom einigen Nutzen schlagen können. Allein der Gedanke daran, endlich zeitlich langsamer ablaufende astronomische Ereignisse in einer überschaubaren und gleichzeitig für Laien anschaulichen und verständlichen Form darzustellen, machte uns Mut, diesen in Amateurkreisen bisher weniger erprobten Weg einzuschlagen.

Nach erfolgreichen Versuchen an Jupiter und Saturn an unserem großen Newton-Teleskop 500/2500mm wandten wir uns bald der H-alpha-Sonne zu. An dieser Stelle sollte man noch erwähnen, dass die Webcam maximal 64 Graustufen darstellen kann. Mit einer Auflösung von 320x240 Bildpunkten sollte man also keine all zu detailreichen Bilder erwarten. Trotzdem können sich auch die Einzelbilder sehen lassen. Benötigt man an Refraktoren für scharfe Aufnahmen von Planeten und Mond immer einen IR-Sperrfilter, erübrigt sich das bei Verwendung des extrem schmalbandigen DayStarfilters. Hier hat man praktisch nur eine Wellenlänge und damit einen definierten Fokus.

Gerade an der Sonnenoberfläche erreicht man durch den hoch einstellbaren Kontrast der Webcam sehr detailreiche Bilder. In der Umgebung von Sonnenflecken erkennt man die formende Kraft der magnetischen Feldlinien: Filamente und Flares heben sich kräftig von der deutlich sichtbaren Granulation ab.

Randprotuberanzen sind besonders dankbare Objekte für Zeitrafferfilme. Aber in welcher Zeit verändert sich eine Protuberanz, und wie lange sollte ein Film dann dauern, damit die Veränderungen auch erkennbar und interessant werden? Sicher möchte sich keiner einen 5-Minuten-Clip ansehen, in dem nicht viel passiert. Man sollte die oft 20 bis 40 Minuten dauernden Bewegungssequenzen auch als solche erkennen können. Wir gingen davon aus, dass ein Clip maximal 1 Minute lang sein sollte. Die Bildfrequenz des Videos haben wir auf 10 Bilder pro Sekunde festgelegt. Soll das Video z.B. 30 Sekunden Länge haben und die Dauer der Aufnahme über 30 Minuten gehen, muss alle 6 Sekunden ein einzelnes Bild gemacht werden. In der Praxis haben wir mit Intervallzeiten zwischen 5 und 10 Sekunden die besten Ergebnisse erzielt. Überhaupt gehört immer ein bisschen Glück dazu, eine dynamische Protuberanz zu erwischen. Einige Ausbrüche bewegen sich scheinbar gar nicht oder sehr wenig. Von 10 Sonnenvideos sind 3-4 wirklich interessant, was man aber erst im nachhinein beurteilen kann.

Mit dem Kauf eines digitalen Camcorders anlässlich der SoFi 1999 eröffnete sich die Möglichkeit, die Sonne mit höherer Ortsauflösung zu überwachen. Ein weiterer Vorteil liegt in der problemlosen Übertragung des Videosignals in den Vortragsraum und der Darstellung des Live-Bildes auf einem großen Fernsehschirm.

Das erste Hindernis war das Objektiv der Kameras. Bei unserem Camcorder ist es fest eingebaut. Deshalb muss im parallelen Strahlengang gearbeitet werden, was die Verwendung eines Okulars mit möglichst weit hinter der Augenlinse liegender Austrittspupille erfordert. Über den eingebauten Zoom der Kamera lässt sich der Bildausschnitt dann variabel gestalten. Die Videokamera sollte die Möglichkeit bieten, die Fokussierung auch manuell auf "unendlich" einzustellen. Dann wird sie einfach vor das Okular gehalten und mit dem Okularauszug scharf gestellt. Nicht jede Einstellung und Vergrößerung wird allerdings ohne störenden Rand möglich sein. Auch hier heißt es - wie so oft - ausprobieren und experimentieren. In der Praxis funktioniert das so leider nur für Schnappschüsse oder kurze Sequenzen - die unvermeidliche Ermüdung der Hand führt bald zu unkontrollierbaren Bewegungen des Bildes. Da unser Teleskop stabil gebaut ist und präzise nachgeführt werden kann, haben wir aus Alu einen speziellen Adapter zur festen Kopplung des Camcorders an das Okular konstruiert, der auch eine stärkere Vergrößerung möglich macht. An unserer Sternwarte kommen zwei Videokameras zum Einsatz: Eine Sony TRV 110 E D8-Kamera und eine Sony TRV 900 E DV, wobei die letzte gerade in schwierigen Kontrastsituationen bessere Ergebnisse liefert. Die TRV 900 E ist eine 3CCD-Kamera und hat mehr menügestützte Einstellmöglichkeiten für Verstärkung und Verschlusszeit. Aber auch mit der etwas preiswerteren TRV 110 E sind brauchbare Ergebnisse zu erzielen. Die TRV 900 E besitzt zwar eine Zeitrafferfunktion, die sich auch in diversen Intervallen einstellen lässt, aber die kürzeste Aufnahmesequenz ist 0,5 Sekunden, also kein Einzelbild. Das funktioniert, die Videos wirken aber etwas ruckelig. Flüssige Zeitraffer erhält man, wenn man die Kamera durchgehend laufen lässt und anschließend auf einem Schnittcomputer verkürzt, also beschleunigt. Das Realtimevideo vom Band der Kamera wird über einen S-Video-Eingang einer Grafikkarte in Intervallen auf den PC gespielt. Da bei diesem Verfahren nur alle 1 –5 Sekunden ein Bild erfasst werden muss, schafft auch eine relativ einfache Capture-Karte die volle Auflösung von 720 x 568 Bildern pro Sekunde. Die Schnittsoftware macht daraus dann ein absolut flüssiges Video mit 25 Bildern pro Sekunde. Die so erstellten Videos kann man dann in entsprechender Form - verkleinert und komprimiert - ins Internet stellen. Auch das Rückspielen der Videos auf den Camcorder ist in nahezu verlustfreier Qualität mit einer DV-Karte sehr einfach zu erledigen. Für unsere Sternwarte ist gerade die letzte Variante sehr interessant. Als Volkssternwarte können wir so auch einem größeren Besucherkreis, z.B. bei Bewölkung, das Geschehen auf der Sonne näher bringen.

Eine etwas geänderte Variante dieses Verfahrens ist, die Videodaten der Kamera oder jeder beliebigen anderen Videoquelle, direkt in den beigestellten PC per Intervallfunktion zu spielen. Hier eigenen sich auch die oft sehr kleinen Farb- und s/w-Kameras diverser Technikversandhäuser. Also, einfach probieren! Wichtig für lange Videoaufnahmen am Teleskop ist allerdings eine nahezu perfekt laufende Montierung. Während man bei Planeten noch mit der Sternengeschwindigkeit arbeiten kann, sind für Mond und Sonne die jeweiligen jahreszeitlich bedingten Korrekturen von sehr großer Bedeutung. Was beim Beobachten mit dem Auge kaum ins Gewicht fällt, kann beim Zeitraffervideo fatale Folgen haben. Ein Mond oder eine Sonne, die über das Bild wandern, sehen da nicht so gut aus. Hier ist die maximale Aufnahmedauer also sehr abhängig von der Nachführungsgenauigkeit.

Also, in diesem Sinne: ran ans Gerät! Es lohnt sich, auch einmal diesen Zweig der Astronomie etwas näher unter die Lupe zu nehmen.

Da sich die Zeitraffervideos hier nicht darstellen lassen, empfehlen wir unsere Homepage:

http://www.sternwarte-kirchheim.coolstar.de. Hier kann man sich Protuberanzenvideos anschauen.