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Die Wahrheit über die Obstruktion und ihre Auswirkung bei Teleskope - Druckversion

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Die Wahrheit über die Obstruktion und ihre Auswirkung bei Teleskope - astroMario - 24.11.2015

KLASSISCHE  OPTIKMYTHEN Häufig  liest  man  in  Newsgroups  Statements wie: 1."Wenn  ich  meinen  16"  Billig-Dob  mit  einer Scheinerblende  auf  6"  abblende,  habe  ich effektiv  einen  perfekten  6"  Fluorit  Apo Refraktor für Planeten" 2."Ein  8  Zoll  Schmidt-Cassegrain  zeigt  bei DeepSky  immer  mehr  als  ein  6"  Refraktor wegen der grösseren Lichtsammelleistung" 3."Bei mitteleuropäischen SeeingVerhältnissen  ist  bei  5"  Öffnung  eh  Schluss. Grössere  Geräte  mit  10"  oder  gar  16" Öffnung  sind  nur  stärker  Seeinganfällig  und daher seltener nutzbar" Ich  habe  in  meinen  Anfangsjahren  auch  an diese  Märchen  geglaubt  und  diese  oft  und gerne  ungeprüft  kolportiert.  Sie  klingen  ja  auf den  ersten  Blick  auch  unheimlich einleuchtend. Mit der wachsenden Beobachtungserfahrung  in  den  letzten  15 Jahren,  vielen  neuen  Geräten  die  ich  derweil ausprobieren  konnte,  dem  Studium  diverser Literatur  und  vielen  Tipps  von  anderen Amateuren  merkte  ich,  dass  obige  Aussagen nur bedingt gelten, bzw. einfach falsch sind.  Im  folgenden  möchte  ich  daher  die genannten  Mythen  Punkt  für  Punkt auseinandernehmen.  Ich  bin  mir  dabei natürlich  klar,  dass  einige  Amateure  meinen Ausführungen  nicht  zustimmen  werden  da vieles auch  von  den  persönlichen Beobachtungsvorlieben  und  Erfahrungen abhängt.  Ich  möchte  aber  wirklich  keinem sein  Instrument  vermisen.  Ich  habe  selber  mit einem  60mm  f/15  Refraktor  angefangen  den ich  noch  heute  mit  Begeisterung  für Sonnenprojektion  einsetze.  Ausserdem  habe ich lange Jahre schöne  DeepSkyBeobachtungen  mit  einem  8"  SchmidtCassegrain gemacht (Meade  2080). Andererseits  ich  habe  einige  sehr  attraktive Argumente, die auf physikalischen Grundlagen  basieren  und  vielleicht  können diese  einem  Einsteiger  bei  der  Wahl  des geeigneten  Beobachtungsgeräts  helfen  und damit  Enttäuschungen  vermeiden.  Da  ich selber  einmal  Physik  mit  Wahlfach  Optik Von Christian Losch studiert  habe  (öh,  jetzt  hängt  er  seinen  Dipl. raus)  überzeugt  mich  eine  solide  theoretische Grundlage  mehr  zumal  ich  auch  im  Labor beobachten  konnte,  wie  verschiedene Personen  zu  sehr  unterschiedlichen  visuellen Beobachtungsergebnissen  kamen("Kannst Du  den  Laser-Peak  sehen?  Nee  da  ist  nichts! Doch  schau  mal  genauer  hin,  eindeutig  mit Nebenminimum.  Hm,  dann  bin  ich  wohl  etwas grünblind!?"),  die  von  der  unbestechlichen Messaparatur  dann  aber  oft  als  Fata Morgana  entlarvt  wurden.  Oft  ist  bei  visuellen Beobachtungen  halt  der  Wunsch  der  Vater des Gedanken. Lange  Jahre  war  es  nun  so,  dass  der Einfluss der  verschiedenen  optischen  Parameter  auf die  Abbildungsqualität  für  den  Amateur schwer  zu  erfassen  war.  Einfache Messmethoden  existieren  nicht,  einzig  das Buch  von  H.  Suiter  "Star  Testing  Optics"  bot einen  Ausweg,  indem  das  intra-und extrafokale  Beugungsbild  eines  Sterns betrachtet wird. Anhand der unterschiedlichen  Ausprägung,  Dicke  und Anzahl  der  Beugungsringe  kann  man  auf  die Güte  und  Leistungsfähigkeit  der  Optik schliessen.  Leider  setzt  dieser  Test  jedoch eine  genau  Kenntniss  der  physikalischen Parameter  sowie  langjährige  Erfahrung  und Geschick  voraus,  daher  ist  dieser  Test  nicht frei von  persönlichen  Einflüssen  der Beobachters.  Seit  kurzem  existiert  jedoch eine elegante Alternative. Auf Abberator.Astronomy.Net  kann  man  das kostenlose! Programm Abberator herunterladen.  Das  Programm  zäumt  den Gaul  von  der  anderen  Seite  her  auf.  Anstatt aus  einem  Beugungsbild  die  Bildfehler herauszurechnen,  kann  der  Benutzer stattdessen diverse Optikfehler wie Rauhigkeit  des  Spiegels,  Koma  usw. vorgeben  und  das  Programm  berechnet (teilweise  in  Echtzeit)  den  Einfluss  auf  die Abbildung  eines  Sterns,  Doppelsterns  oder Planetenbildchens.  Sogar  die  Simulation  von Luftunruhe  ist  möglich.  Im  Endergebnis spuckt  das  Programm  ein  Bild  aus,  welches man  mit  dem  unverzerrten  Originalbild vergleichen  kann.  Selbst  Laien  ist  daher  der Einfluss  eines  bestimmten  Optikfehlers  sofort ersichtlich,  bzw.  jeder  kann  selber  beurteilen, 
wieweit  ein  bestimmter  Optikfehler  für  den persönlichen Beobachtungserfolg ausschlaggebend  ist.  Das  Programm  eigent sich  also  hervorragend  für  die  objektive Diskussion  der  diversen  Parameter  und deren Einfluss auf die Bildqualität. (Alle  folgenden  Bilder  wurden  mit  diesem Programm  für  ein  Gerät  mit  8  Zoll  Öffnung (sofern nicht anders angegeben) berechnet)  Zu  1.) Es  stimmt  zwar,  dass  ein  abgeblendeter Newton  obstuktionsfrei  ist  und  somit  keine Beugungsbilder  der  Fangspiegelstreben stören  aber  man  darf  nicht  vergessen,  dass die  Abblendung  ausseraxial  erfolgt,  d.h.  man behält  die  üblichen  optischen  Fehler  eines Newtonsystems  wie  z.B.  Koma,  die  gerade dort,  wo  man  die  Scheinerblende  nutzen  will am  grössten  ist.  Weiterhin  ist  auf  Grund  des Strahlengangs  eine  so  perfekte  Abschirmung mit  Streulicht  wie  im  Refraktor  nur  selten möglich  und  natürlich  wird  das  Bild  durch  das Abblenden  deutlich  dunkler.  Natürlich  wird durch  die  kleinere  Öffnung  auch  die Luftunruhe  nicht  so  detailliert  abgebildet,  man kann  ja  auch  nun  nicht  mehr  so  hoch vergrössern.  Aber  dies  geht  einher  mit  einem massiven  Schärfeverlust  und  Erkennbarkeit von  Details.  Wäre  dem  nicht  so,  wäre  es Blödsinn Instrumente für Planetenbeobachtung  mit  mehr  als  4" Öffnung  zu  bauen.  Der  einzige  Effekt  der erreicht  wird  ist  der,  dass  für  den  "ungeübten" Planetenbeobachter  das  Bild  weniger  zappelt und  insgesamt  ruhiger  -  also  angenehmer  dasteht. Der  wichtigste  Punkt  aber  -  und  das  ist  den wenigsten  Amateuren  bekannt  -  warum  ein Spiegel  (auch  ein  abgeblendeter)  gegenüber einem  Refraktor  generell  im  Nachteil  ist,  ist die  Oberflächenqualität  des  Spiegels.  Ist  ein Spiegel  sehr  rauh,  d.h.  besitzt  er  einen schlechten  RMS-Wert,  dann  wird  einfach  viel Licht  welches  eigentlich  im  Brennpunkt gebündelt  werden  sollte  stattdessen  in  alle Richtungen  gestreut.  Zudem  ist  es  viel einfacher  eine  gute  Linse  zu  schleifen,  da  das Licht  dieselbe  Stelle  der  Oberfläche  einer Linse  nur  1x  passiert,  während  das  Licht einen  Spiegel  (weg.  Reflektionsgesetz)  beim Einfall  UND  Ausfall  passiert  und  der  Spiegel daher  doppelt  so  gut  sein  muss.  Laux  spricht im  Buch  "Astrooptik"  sogar  davon,  dass  ein Spiegel  4x  !!!  so  genau  geschliffen  sein müsse wie eine Linse.  Die  Oberflächengüte  des  Spiegels  hat  daher 2 wichtige Konsequenzen: a)  Das  Bild  des  Objekts  wird  dunkler Man  spricht  auch  von  Definitionshelligkeit oder  Strehl-Wert.  Das  ist  der  Anteil  des Lichts,  welches  nicht  in  den  Beugungsringen oder  sonstwo  verloren  geht,  sondern  im Beugungsscheibchen  steckt.  Ein  perfekter Spiegel  würde  den  Grossteil  des  Lichts  in  den Brennpunkt  lenken  und  hätte  daher  eine Definitionshelligkeit  von  1.0  (=100%).  Gute Optiken  haben  einen  Strehlwert  >  0.8,  viele wenn  nicht  die  meisten  Optiken  am  Markt aber  von  0.5  und  sogar  darunter!  Bei  den verbreiteten  Massenmarkt-Spiegeln  (z.B. Klorollen-Dob)  mit  einem  Strehl  von  0.5 erreichen  daher  auch  nur  50%  des  Lichts  den Brennpunkt,  der  Rest  von  50%  streut sonstwo im Bild umher.  In  diesem  Beispiel  sieht  man  den  Einfluss des  Strehlwertes  auf  die  Bildhelligkeit  bei  der Beobachtung  von  lichtschwachen  Deep-Sky Objekten. Strehl 51% Strehl 82% 18 
Aus  den  Bildern  wird  ersichtlich,  dass  man nicht  so  ohne  weiteres  zwischen  82%  und 92%  Strehl  unterscheiden  kann  wenn  man DeepSky  -Objekte  anschaut.  Man  muss eigentlich  immer  einen  A-B  Vergleich  machen zwischen 2  Geräten  unter  selben Bedingungen,  d.h.  gleicher  Abend,  gleiches Objekt,  gleiche  Vergrösserung  um  solche Vergleiche  herauszuarbeiten.  "Testberichte" mit  Angaben  wie  "Ich  sah  den  Kernbereich von  M13  so  deutlich  wie  nie  zuvor"  oder  "Die Cassiniteilung  war  überdeutlich  zu  erkennen" sind  daher  ohne  wirkliche  Relevanz,  da einfach  nur  subjektiv.  Sinn  macht  dagegen nur  eine  Aussage  wie  folgende:  "...im  8"  GSO war  bei  200x  der  Kernbereich  von  M13 schärfer  als  im  nebendranstehenden  8" Antares bei gleicher Vergrösserung..." b)  Der  Kontrast  geht  baden Aus  a)  wird  eigentlich  sofort  ersichtlich,  dass ein  Abdunkeln  des  Beobachtungsobjekts  und ein Aufhellen des allgemeinen Bildhintergrunds  den  Kontrast  bei  schwachen Details  wie  man  sie  z.B.  bei  Planeten  findet deutlich herabsetzt. William  P.  Zmek  hat  dieses  Phänomen  vor einigen  Jahren  in  eine  empirische  Formel  in (siehe  Sky&Telescope  July  93,  Seite  91  und Sept 93, Seite 83) zusammengefasst: Obstruktion:  DK1  =  D  -  DF Oberflächenfehler:  DK2  =  D  *  Exp(33*RMS^2) Gesamt:  DK  =  DK1  *  DK2  /  D wobei DK = effektiver  Kontrast-Durchmesser, d.h.  der  Durchmesser  eines obstruktionsfreien  Teleskopes mit  gleicher  visueller  Wahrnehmung  eines 20%igen  Kontrastes D = Durchmesser  Hauptspiegel  (Öffnung) DF  =Durchmesser  Fangspiegel  (Obstruktion) RMS = wavefront  Bildgenauigkeit. In  diesem  Beispiel  wird  der  Effekt  der Obstruktion  einmal  für  Mars  und  einmal  für einen Stern dargestellt: Obstruktion 40% Obstruktion 25% Obstruktion 15% 
Es fällt  auf,  dass  die  Unterschiede  zwischen unobstruierter Optik und extremer Obstruktion  nur  minimal  sind.  Das  steht  im krassen Gegensatz  zu  den  vielen Diskussionen im Internet, wo  es hauptsächlich  um  die  Minimierung  der Obstruktion  geht  (kleiner  Fangspiegel, Schiefspiegler...). Dieser Obstruktionsfetischismus  wird  teilweise  so weit  getrieben,  dass  nicht  einmal  mehr "normale" Plösslokulare hinreichend ausgeleuchtet  werden.  Das  Rohr  taugt  dann einzig  und  alleine  zum  Beobachten  der Planeten  und  heller  Doppelsterne,  ansonsten für  nichts  anderes.  Das  ist  IMHO  sehr schade,  da  hier  nur  ein  vermeintliches  Übel bekämpft  wird  und  die  gute  Optik  nicht ausgereitzt  werden  kann.  Denn  offensichtlich ist  bei  einer  idealen  (guten)  Optik  NICHT  die Obstruktion  der  limitierende  Faktor.  Es  muss daher noch einen anderen Parameter geben.  Schauen  wir  uns  daher  einmal  verschiedene Spiegelqualitäten  und  deren  Einfluss  auf  den Kontrastdurchmesser  DK  in  folgender  Tabelle an: PV   RMS   DK 1/2  1/7  1/4  1/6  1/8  1/10   1/13   1/20   1/35   1/40   0.51 0.82 0.92 0.97 0.98 dann  wird  erschreckend  deutlich  klar,  warum der  Schritt  von  1/2  PV  zu  1/4  PV  so  wichtig  ist und  warum  man  in  der  Praxis  sich andererseits  sehr  schwer  tut  den  Unterschied zwischen  1/8  PV  und  1/10  PV  visuell  zu sehen. Um  den  Schärfeverlust  besser  zu verdeutlichen  hier  dieselben  Werte  gerechnet für Mars und einen Stern: RMS 1/7 RMS 1/13 RMS 1/20 RMS 1/35 Das  ganz  linke  Bild  würde  ich  als  Horrobild bezeichnen  (z.B.  Kaufhausteleskop),  aber auch  das  nächste  bei  1/13  RMS  (z.B. Massen-Dob)  erzeugt  durchaus  ein  mulmiges Gefühl,  zeigt  es  doch  selbst  unter  idealen Bedingungen  (keine  Luftunruhe)  keine punktförmige Abbildung. Als  Fazit  aus  der  Formel  von  Zmek  ergibt sich  die  Faustformel,  dass  ein  perfektes Spiegelteleskop  mit  dem  Durchmesser  D  und einer  Obstruktion  DF  in  etwa  dasselbe  leistet wie  ein  perfekter  Refraktor  mit  dem Durchmesser D-DF ! c)  Die  Seeinganfälligkeit  steigt Bei  einem  System  welches  gerade  mal beugungsbegrenzt  ist,  wird  mit  Ach  undKrach die Lichtenergie im Beugungsscheibchen  gebündelt.  Aber bei  der kleinsten  Luftunruhe  wird  der  Lichtstrahl etwas  gebeugt  und  wandert  sofort  aus  dem Beugungsscheibchen  raus.  Bei  einer qualitativ hochwertigen  Optik  ist  die Lichtbündelung stärker, d.h. der Spotdurchmesser  kleiner.  Damit  braucht  es schon  eine  stärkere  Luftunruhe  damit  der Lichtstrahl  aus  dem  Beugungsscheibchen rauswandert  und  dies  der  Beobachter wahrnimmt. Ich  zitiere  hier  mal  Markus  Ludes:  Mit besserer  Optik  wird  ein  Teleskop  unanfälliger gegen  Seeingprobleme,  da  beim  1/4  wave system,  gerade  mal  Beugungsbegrentzt,  bei der geringsten Luftunruhe, das Spotscheibchen  sofort  im  Durchmesser anwächst und damit aus der beugungsbegrentzten  Abbildung  rausfällt.  Ein Teleskop  mit  viel  kleinerem  Spotdurchmesser kann  etwas  mehr  Luftunruhe  vertragen  bevor dieser  rausfältt  und  ist  deshalb  etwas  besser in  der  Vergrößerungsfähigkeit.  Währe  dem nicht  so,  könnte  niemand  besser  Optik  als  1/4 wavefront  nutzen  und  es  währe  Quatsch  für alle Hersteller bessere Optiken zu fertigen." In  der  Praxis  bedeutet  dies,  dass  ein  Gerät mit  einem  Strehl  von  0.92  bei  gleichen atmosphärischen  Bedingungen  ein  deutlich ruhigeres  Bild  zeigt  als  ein  identische  Gerät mit  nur  0.5  Strehl.  Mit  dem  besseren  Gerät kann  also  unter  gleichen  Bedingungen stärker  vergrössert  werden  und  mehr  Details wahrgenommen werden! Am  Besten  sieht  man  den  Effekt  am  Stern. Hier  gerechnet  für  eine  mittlere  Luftunruhe, wie  sie  in  unseren  Breiten  am  häufigsten anzutreffen ist: RMS 1/7 RMS 1/13 RMS 1/20 RMS 1/35 Das  Ergebnis  ist  wirlich  verblüffend!  Obwohl ALLE  4  Optiken  DIESELBE  Luftunruhe sehen,  wird  das  Beugungsscheibchen  in  der schlechtesten  Optik  über  mehr  als  die vierfache Fläche verschmiert!!! Deutlich  sieht  man  wie  selbst  ein  1/20  RMS Spiegel  noch  mit  der  Luftunruhe  zu  kämpfen hat.  Ein  erstklassiger  1/35  RMS  Spiegel hingegen  hat  genug  Reserven,  um  immer noch  eine  fast  ideale  Abbildung  (trotz Luftunruhe)  zu  garantieren.  Die  anderen beiden  Spiegel  sind  zwar  nach  klassischen Kriterien  gerade  noch  beugungsbegrenzt, aber  unter  realen  Bedingungen  sieht  man, dass  diese  Spiegel  EXTREM  empfindlich  auf die  kleinste  Luftunruhe  reagieren  und  wie  im Fall  des  1/7  RMS  Spiegels  das  Endergebnis sogar  noch  katastrophal  verstärkt  wird.  Es  ist also  kein  Wunder,  wenn  Besitzer  solcher Geräte  über  matschige  und  flaue  Bilder  bei mittleren  und  hohen  Vergrösserungen  klagen, bzw.  dass  Refraktor-Besitzer  beim  Blick durch  solche  Spiegelteleskope  im  Glauben an  die  Vorzüge  des  Refraktors  nur  bestärkt werden.  Dass  dem  nicht  so  sein  muss  zeigen hochwertige  Spiegeloptiken  (z.B.  von  LOMO) aber  alleine  durch  den  Preis  der  Optik  sind diese  Geräte  gerade  auf  Teleskoptreffen  nurselten  zu  sehen.  Insofern  wird  auch  dadurch die  Mär  vom  schlechten  Spiegelteleskop genährt.


RE: Die Wahrheit über die Obstruktion und ihre Auswirkung bei Teleskope - Astrofan80 - 24.11.2015

@Mario: Ist das dein Text oder wurde es von irgendwo kopiert? Dann gib bitte auch die Quelle an. Danke


RE: Die Wahrheit über die Obstruktion und ihre Auswirkung bei Teleskope - astroMario - 25.11.2015

Hallo Andreas

Mach ich doch.

rohr.aiax.de › 2003-4_gesamt
Ist in der Nightsky Zeitschrift
Einfach bis zum Thema .
Klassische Optikmythen auf Seite 17 scrollen.
Sehr interessant.
Gerade was den RMS Wert einer Optik angeht in zusammenhang mit kontrast und luftunruhe.
CS Mario