Objekt des Monats
Juli 2020
 Luftunruhe

 
 

Bei allen bisherigen Objekten haben wir etwas beschrieben was schön zu beobachten ist. Das Objekt dieses Monats wird von niemanden gerne gesehen. Die Luftunruhe ist der Feind jeder Beobachtung von Himmelsobjekten.  
Die Bewegungen der Luft lässt sich besonders gut im Sommer dicht über einer aufgeheizten Straße beobachten: Die aufsteigende, warme Luft flimmert, denn Luft unterschiedlicher Temperatur beugt das Licht unterschiedlich.
Bei der Beobachtung mit einem Fernrohr gibt es mehrere Ursachen für Luftunruhe: Atmosphäre, Schutzgebäude und Teleskop.
Fangen wir beim Fernrohr an und arbeiten uns nach außen vor.

 
 
 
 

Tubus (Tubusseeiing)

 
 

Spiegelfernrohr (Reflektor)

 
 

Ursache  

Das Tubusseeing entsteht im Spiegelfernrohr durch den auch nur um 1 Grad wärmeren Spiegel. Die von ihm erwärmte Luft steigt vor dem Spiegel auf und bildet Schlieren und Turbulenzen. Das Licht des Objekts muß durch diese Turbulenzen hindurch, um zum Beobachter zu gelangen. Beim Spiegelteleskop wird die Störung dadurch verstärkt, dass dieses reflektiertes Licht die Störungen zweimal passiert.
Da ein geschlossener Tubus beim Spiegelteleskop mit einem wärmeren Spiegel einen Kamineffekt erzeugt, der zu erhebliche Turbulenzen und damit unruhigen Bildern führt, werden die Spiegelteleskope mit offenen Tuben gebaut. Diese wiederum können den Strahlengang nicht von der umgebenden Luftstörungen schützen (Luftturbulenzen durch Wärmequellen wie Personen und Gebäudewände)

 
 

Abhilfe

  • Mindestens 5 bis 10 cm Abstand des Strahlengangs zum Tubus
  • Gute Belüftung des Spiegels
  • Ein vollständig geschlossener Tubus sollte vermieden werden, da ansonsten der unter Umständen wärmere Spiegel einen Kamineffekt erzeugt.
  • Tubus nur im oberen- und unteren Drittel gegen Streulicht verhüllen
 
 

Linsenfernrohr (Refraktor)

 
 

Ursache  

Beim Refraktor ist im Gegensatz zum Spiegelteleskop das abbildende Element (Objektiv) an der Vorderseite des Tubus angeordnet. Damit muß das Sternenlicht nur einmal die Störungen im Tubus durchlaufen. Zum Anderen hat das Objektiv fast keinen Einfluss auf die Temperaturverteilung im geschlossenen Rohr, da es am oberen Ende des Tubuses platziert ist. Der geschlossenen Tubus, wenn er gut isoliert ist, blockt auch die konvektiven Luftströmungen der Umgebung ab (Gebäude, Besucher) und garantiert daher eine ruhige Luftsäule. 

 
 

Abhilfe

  • Fernrohr für die Nacht temperieren
  • Streulicht Tubusblenden im Rohr am Rand schlitzen, um einen Temperaturausgleich am Rand und nicht in der Mitte zu erreichen, also nicht im Strahlengang.
  • Okularauszug-Ende isolieren
 
 
 
 

Schutzgebäude

Egal ob Klapp- oder Schiebedachhütte oder Kuppel: hier gelten einige Konstruktionsanforderungen  

  • Geringe thermische Masse des Gebäudes
  • Gute Isolation des Gebäudes
  • Beides wird von einem Holzgebäude mit Hinterlüftung optimal erfüllt. 
  • Großen Kuppelspalt, mindesten 60cm größer als die Öffnung des Teleskopes

Ursache

Die Kuppel erwärmt sich durch die Sonneneinstrahlung, dadurch heizt sich das Gebäude auf. In der Nacht gibt die Kuppel die Wärme wieder ab und erwärmt die Luft. Die warme Luft steigt vor dem Fernrohr auf und die damit verbundene Luftturbulenzen erzeugen Bildstörungen.

Abhilfe

  • eine auf die Nacht im Innenraum temperierte Kuppel
  • Die Kuppel sollte isoliert und hinterlüftet werden.
 
 
 
 

Umgebung

 
  Die Umgebung um den Standort hat einen großen Einfluß auf die Luftruhe  
 

Ursache

Wenn der Beobachtungsplatz z.B in der Stadt liegt, so tragen die vielen Gebäude mit ihren Heizungen und großen thermischen Massen (Beton) zur Aufheizung der Luft und damit zur konvektiven Turbulenzen bei.

Optimaler Weise ist der Beobachtungsstandort auf dem Lande, mit viel Wiesen und Wäldern umgeben.

Hier in Eberfing ist der Standort sehr günstig. Aber es machen sich hier bei Südwind die atmosphärischen Störungen der oberen Luftschichten bemerkbar (Fön, große Turbulenzen Verursacht bei Südwind durch die im Süden liegenden Berge).

 

 
 

Desweiteren haben wir es auch mit bodennahen Grenzschichten zu tun:
Aus Erfahrung ist bekannt, dass ein großer Teil des atmosphärischen Seeings durch konvektive Turbulenzen der Luft in Bodennähe (bis in eine Höhe von 3 bis 5 Meter) verursacht werden. Deshalb sind Spiegelteleskope vom Typ Newton durch den niedrig liegenden Hauptspiegel gegenüber den Refraktoren benachteiligt. Ein Refraktor-Objektiv liegt in 2 bis 5 Meter über dem Boden und damit außerhalb der stärksten Störungen. 

Abhilfe

Beobachtungsort mit möglichst vielen Pflanzen oder Rasen im nahen Umkreis.
Wenn um das Gebäude herum Pflanzen wachsen, welche Wasser verdunsten, wird die Atmosphäre nicht so stark aufgeheizt, was eine Verringerung der Luftunruhe mit sich bringt.  

 

 
 
 
 

Atmosphäre

 
 

Störungen in hohen atmosphärischen Schichtungen sind oft für schlechtes Seeing verantwortlich.
Turbulenzen, verursacht durch Luft unterschiedlicher Temperatur und Dichte, beeinflussen die Wellenfront des Lichtes. Zum einen wird das Licht so abgelenkt. Daß sich der „Sternort“ verschiebt (Wabbeln des Bildes) zum anderen wird das Licht des Sternes so gestört, daß es zu einer Defokussierung und anderen optischen Fehlern höherer Ordnung kommt.
Die Defokussierung sehen wir mit bloßem Auge als Sternenblinken. Planetenscheibchen ändern bei leichter Defokussierung ihre Flächenhelligkeit nicht und erscheinen einem so als ruhiger Punkt.
Dieses durch die Luftturbulenzen Hin- und Hertanzen findet im Bereich einiger Zehntelsekunden statt und kann in Extremfällen 5-7" (0,002°) erreichen. Beide Effekte (Bildbewegung, Bildunschärfe) werden in der Astronomie unter dem Begriff Seeing zusammengefasst behandelt.

 
 

Ursache

Einfließende Luftmassen unterschiedlicher Temperatur erzeugen Luftbewegungen, die die Bildqualität verschlechtern. Ungünstig wirkt sich auch starker Wind oder Föhn in großer Höhe aus.
Folgende Fakten zeigen die Begrenzung der Bildqualität durch Luftunruhe:
In Europa hat es sich gezeigt, daß bei günstigsten Bedingungen das Beobachten durch die gesamten Atmosphärenschichten Luftkanäle mit maximal 30cm Durchmesser existieren, welche die Wellenfront nicht stören. Teleskope mit größerer Öffnung haben immer ein gestörtes Bild. (abblenden)

  • Folglich hat man nur bis 30cm Öffnung die Chance ein ruhiges Bild zu bekommen. Typischerweise kann man bei durchscnittlichen Bedingungen Teleskope mit maximal 15cm - 20cm Öffnung verwenden, wenn man ruhige Bilder haben möchte.
  • Da typischerweise nur 30cm gro0e Strahlenbündel ungestört die Atmosphäre durchlaufen können, beobachtet man bei Teleskopen mit größeren Öffnungen wie 60cm, daß hier im Fokus typischerweise 4 – 6 „Sternbilder“ sogenannte Speckles zu sehen sind. Jedes diese 4 -6 Subbilder des Sternes entsprechen den 4 bis 6 ungestörten Wellenfrontenbereichen.
 
 

Abhilfe

  • Beobachtungsgebäude, wenn vorhanden mit möglichst geringer Thermischen Masse
  • Umgebung vom Beobachtungsplatz sollte kein Betonplatz oder geteerte Straße sein. Möglichst Untergrund mit Rasen
  • Wetterbedingungen mit möglichst geringem Wind und Wind aus Richtungen in denen keine Berge vorgelagert sind. Bei schlechter Luftruhe Teleskop abblenden, um dies anzupassen an die ungestörte Luftzellengröße. Bei Spiegelsysteme hat das bei Verwendung von OFF-Axisblenden auch den Vorteil, daß man auch ohne zentrale Obstruktion beobachten kann und damit optimalen Kontrast erreicht
  • Planeten und Mond Beobachtung dann, wenn Objekte hoch stehen und wenn Atmosphäre ruhig ist wie z.B. bei auftretendem Dunst oder Hochnebel.
    In diesem Fall absorbiert der Nebel die Infrarotstrahlung, der Boden kann sich nicht auskühlen und so ergeben sich weniger Turbulenzen und damit eine optimale Luftruhe.
 
 
 
  Über die Wetterlage und Windgeschwindigkeit in höheren Schichten sind Informationen zu erhalten unter
http://www.meteoblue.com dort weiter Links „Freizeit & Sport“ --> Astronomical Seeing Erklärung
Oder
https://www.wetterzentrale.de/ dort weiter Links „GFS“ --> Mitteleuropa --> Wind in den unterschiedlichen Höhen (700, 850 und 925 hPa)