Verschiedenes

Selbstbau einer automatisierten Meteo(r)-Himmelsüberwachung
Der nächtliche Sternenhimmel hält für aufmerksame Beobachter viele Überraschungen bereit. Wer schon einmal unter dunklem Himmel den Blick über einen längeren Zeitraum gen Sternenzelt gerichtet hat, wird dabei die eine oder andere Sternschnuppe entdeckt haben. Meteore gehören zu den schönsten Himmelsereignissen und jeder Mensch erfreut sich an ihrem spontanen Glanz. Als besonders spannend gestaltet sich die Suche nach besonders hellen Meteoren, welche als Feuerkugeln (bzw. Boliden) bezeichnet werden.

Angespornt von der Faszination der Meteorerscheinungen und dem Entdeckungsdrang habe ich mit geringen finanziellen Ausgaben und einfacher Bastelarbeit eine automatisierte Meteor(r)-Station gebaut. Das „r“ steht in Klammern, da die Meteo(r)-Station im Komplettaufbau nicht nur Meteorereignisse aufzeichnet, sondern auch Wetter- und Himmelsdaten dokumentiert.

Komponenten der Meteo(r)-Station
Die Meteo(r)-Station besteht aus zwei Hauptkomponenten, welche auch separat verwendet werden können (Abb. 1).

Hauptkomponente 1: Die Meteor-Videokamera mit lichtstarkem Weitwinkelobjektiv übernimmt die Videoüberwachung des Nachthimmels. Bei der Videokamera handelt es sich um eine äußerst lichtempfindliche CMOS-Monochromkamera des Typs ZWO ASI120MM mit einer Pixelgröße von 3,75 µm und einer Auflösung von 1280 x 960 Pixeln. Die Herstellerfirma ZWO bietet speziell für dieses Kameramodell ein geeignetes Meteor-Objektiv an. Dieses zeichnet sich durch eine große Öffnung (F/1,4) sowie einen verstellbaren Brennweitenbereich zwischen 2,8-12 mm bei einem maximalen Bildfeld von ca. 100° aus.

Hauptkomponente 2: Die Meteo-Station ergänzt die Videodatenerfassung um die Aufzeichnung eines Audiotons im Frequenzbereich von 20 Hz-18 kHz. Ziel ist die Dokumentation von Tonereignissen im Zusammenhang mit Meteorerscheinungen, z.B. durch den Nachweis von Synchronschall. Darunter versteht man die zeitgleiche visuelle und akustische Wahrnehmung eines Meteors. Da ein Meteor in Dutzenden Kilometern Höhe sein feuriges Finale zum Besten gibt und sich Schallwellen bekannterweise nur mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, widerspricht es unserem physikalischen Verständnis, dass besonders bei hellen Feuerkugeln immer wieder von zeitgleichen Tongeräuschen berichtet wird. Ein zeitgleiches Auftreten würde eine Schallausbreitung mit Lichtgeschwindigkeit bedeuten. Vermutet wird, dass im turbulenten Plasmabereich hinter dem Meteoroiden elektromagnetische Wellen im niederfrequenten Radiowellenbereich (ELF) erzeugt werden. Diese breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus und werden durch einen noch nicht verstandenen Prozess in direkter Umgebung des Beobachters in hörbare Schallwellen umgewandelt. Wissenschaftlich sind Synchronschall-Ereignisse noch nicht gänzlich verstanden. Die weitere Messdatenerfassung der Meteo-Station dient der Ermittlung der Himmelshelligkeit und der Aufzeichnung von Parametern für die Astrofotografie, die das Bildergebnis beeinflussen.

Die Meteo(r)-Station erfasst folgende Daten:
– Video des Meteorereignisses (inkl. Tonaufzeichnung)
– Summenbild der Meteorspur
– Himmelshelligkeit, Mondverlauf und Mondphase (Abb. 2)
– Fotodokumentation der Qualität des Nachthimmels (Abb. 3)
– Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Taupunkt (Abb. 4)

Zum Aufbau
Die Messeinheiten der Meteo-Station sind in einer Kunststoffbox untergebracht. Damit die visuellen Erfassungseinheiten immer exakt auf denselben Himmelsausschnitt ausgerichtet sind, werden diese mittels Schnellwechselplattformen auf ausgerichteten Stativaufsätzen eingeklipst. Um ein Betauen und Vereisen der Kameraobjektivlinsen und des Schutzglases des SkyQualityMeters zu verhindern, sind diese mit Heizmanschetten umwickelt. Diese besitzen ein USB-Anschlusskabel und werden über ein USB-Ladegerät gespeist.
Die Komponenten der Meteo(r)-Station werden über 2 USB-Verlängerungskabel an einer wassergeschützten Verbindungsdose am Balkon angesteckt (Abb. 5). Von dieser Dose führen zwei USB-Datenleitungen (Länge 10 m) in das Kellerabteil. In diesem befindet sich ein leistungsstarker Computer, der die Echtzeit-Videoanalyse und Messdatenerfassung übernimmt (Abb. 6). Der PC besitzt keinen eigenen Bildschirm, sondern wird über das Heimnetzwerk per Remotebetrieb über einen Laptop gesteuert.

Meteor-Detektionssoftware
Verwendet wird die zuverlässige MeteorDetektionsoftware UFOCaptureHD2. Der Kaufpreis der Software beträgt etwas über 200 €. Die Belichtungszeit wurde auf 50 ms eingestellt, wodurch ruckelfreie Videodateien mit einer Bildrate von ca. 20 Bildern pro Sekunde möglich sind. Der Gain-Wert wurde so gewählt, dass der Himmelshintergrund und die Helligkeit der hellsten Sterne und Meteore dem visuellen Eindruck nahekommen. Dadurch erhält man eine gute Vorstellung von der Helligkeit der Leuchterscheinung, auch wenn man diese nicht live beobachten konnte. Der Detektionsbereich wurde per Objektivbrennweitenverstellung auf die örtlichen Beobachtungsgegebenheiten abgestimmt. Um Fehlerkennungen vorzubeugen, wurden im Erkennungsbereich befindliche Häuser mit beleuchteten Fenstern und Wänden sowie durch vorbeifahrende Autos beleuchtete Sträucher und Bäume und Straßenbeleuchtungen mittels einer virtuellen Maske von der automatischen Detektion ausgenommen. Die Detektionsparameter wurden mittels „Trial and Error“ so angepasst, dass auch leuchtschwache und besonders kurze Meteorereignisse aufgezeichnet werden, nicht jedoch sich langsam bewegende Satelliten oder blinkende Flugzeuge. Die Aufzeichnung startet 1 Sekunde vor und stoppt 10 Sekunden nach dem Meteorereignis. UFOCapture speichert nicht nur ein unkomprimiertes Video inklusive Ton von der Leuchterscheinung ab, sondern erstellt zusätzlich aus den einzelnen Videoframes ein Summenbild, das die gesamte Ereignisdauer als einzelne Bilddatei wiedergibt. Mit diesen Detektionseinstellungen werden je nach Meteoraktivität pro Beobachtungsnacht ein paar bis zu mehreren Dutzend Meteore aufgezeichnet. Mit den kostenlosen Programmen UFOAnalyzer und UFOOrbit erhält man die Möglichkeit, die Position des Meteors, dessen Geschwindigkeit, Helligkeit, den Radianten, die Ursprungsrichtung und sogar die Zugehörigkeit zu einem Meteorschauer und dessen Orbit im Sonnensystem zu bestimmen.

Beobachtungsalltag
Am späten Nachmittag checke ich via Meteoblue-APP-Internetseite den Wetterbericht für die kommende Nacht. Wenn kein Regen und wenig Bewölkung zu erwarten sind, wird die Station kurz nach dem Einbruch der Dämmerung vom Wohnzimmer auf den Balkon getragen, in die Schnellwechselplattformen eingeklipst und die USB-Verlängerungskabel an die Verbindungsdose angeschlossen. Von der 230-Volt-Balkonsteckdose wird ein Verlängerungskabel mit angeschlossenem 2-PortUSB-Ladegerät verlegt und daran die Heizmanschetten angesteckt. Im nächsten Schritt wird via Remotesteuerung auf den Computer im Keller zugegriffen. Es werden die Programme der Meteor-Videokamera, der Allsky-Kamera, des SkyQualityMeters und der Wetterstation gestartet. Um Hotpixeln und belichtungszeitabhängigem Rauschen vorzubeugen, arbeiten die Kameras mit automatischem Dark-Abzug. Die Meteo(r)-Station ist initialisiert und arbeitet von nun an eigenständig. In der Morgendämmerung starte ich erneut die Remoteverbindung und schließe die zuvor aktivierten Programme. Die Messdaten werden direkt in der voreingestellten Ordnerstruktur abgespeichert. Ich öffne diese Ordner, begutachte kurz die in der Beobachtungsnacht gewonnenen Daten, scrolle mit dem kostenlosen Programm VirtualDub durch die Meteor-Videofiles und speichere die relevanten Aufzeichnungen in einer ereignisorientierten, nach Datum sortierten Ordnerstruktur auf einer am Remote-PC angesteckten externen Festplatte ab. Abschließend werden die Komponenten der Meteo(r)-Station wieder abgebaut und im Wohnzimmerschrank verstaut. Der Aufbau einschließlich Initialisierung, Datenanalyse und Abbau der Station dauert ca. 8-10 min pro Beobachtungsnacht.
Bei Sichtung einer spektakulären Feuerkugel (Abb. 7 und 8) wird diese über die Website der VdS-Fachgruppe Meteore (www.meteoros.de) gemeldet. Man hat die Möglichkeit, Bild- und Videodaten hochzuladen und per innovativer Plugins weitere Beobachtungsparameter zu übermitteln. Eine Einsendung relevanter Beobachtungsdaten ist unbedingt zu empfehlen, da diese von großem wissenschaftlichen Nutzen und öffentlichem Interesse sind.

Autor: Bernhard Suntinger

Verwendete Programme und Weblinks (Stand: Oktober 2019):
[1] Meteor-Detektionssoftware: UFOCaptureHD2, http://sonotaco.com
[2] Fotodokumentation des Nachthimmels: FireCapture, www.firecapture.de/
[3] Aufzeichnungsprogramm für das SkyQualityMeter: SQM Reader Pro 3, http://knightware.biz
[4] Aufzeichnungsprogramm für die Astromi-Wetterstation, www.astromi.ch/
[5] RemoteControl-Software: UltraVNC, www.uvnc.com/
[6] Videoplayer, um Bild für Bild durch die Videodateien zu scrollen: www.virtualdub.org/
[7] Wetterdienst: Meteoblue, www.meteoblue.com
[8] Feuerkugel melden: www.meteoros.de/feuerkugel/
[9] Website des Autors: www.unendlicheweiten.at

Abb 1: Die zwei Komponenten der Meteo(r)-Station (vergrößern)
Abb. 2: Grafische Darstellung der Himmelshelligkeit (NELM - visuelle Grenzgröße) und der Mondhöhe im zeitlichen Verlauf der Beobachtungsnacht (vergrößern)
Abb. 3: Im Bild sind Mond und Bewölkung vorherrschend. Die Detektion heller Feuerkugeln wird
dadurch aber kaum beeinflusst.
Abb. 4: Luftdruck, Temperatur und Taupunkt im zeitlichen Verlauf der Beobachtungsnacht (vergrößern)
Abb. 5: Verbindungsdose mit 2 USB-Anschlüssen
Abb. 6: Computer für Echtzeit-Videoanalyse und Messdatenerfassung
Abb. 7: Feuerkugel am 11.11.2018; 00:57:06 Uhr UTC, in unmittelbarer Nähe des Sternbilds Orion
Abb. 8: Großansicht der Feuerkugel. Es ist eine über die Flugstrecke zunehmende Helligkeitssteigerung erkennbar. Kurz vor dem Verglühen sind zwei rasante Helligkeitszunahmen erkennbar. Ursache dafür ist ein spontaner Anstieg der Materialabtragung.

Bau einer All-Sky-Kamera zur Meteorbeobachtung
Die Beobachtung der Geminiden 2006 war meine erste systematische Meteorbeobachtung. Die Fotos realisierten wir mit klassischer Fototechnik, nämlich mit einer Batterie von insgesamt 13 Kleinbildkameras. Doch der hellste Bolide, den wir sahen, lag außerhalb des Gesichtsfeldes unserer Kameras. Daher reifte schon bald in mir der Plan zum Bau einer All-Sky-Kamera für meine Canon EOS 20Da.

Prinzipiell gibt es für eine All-Sky-Kamera zwei Möglichkeiten:

  1. man verwendet ein Fischaugenobjektiv mit einem Bildwinkel von 180°
  2. man verwendet eine verkleinernde Zwischenoptik und nimmt das entstehende Zwischenbild mit einem normalen Objektiv auf.

Für die zweite Möglichkeit kann man einen asphärischen Weitwinkelvorsatz nehmen oder konvexen sphärischen Spiegel. Der Nachteil beim Spiegel ist, dass hierbei auch die Kamera mit dem Stativ mit abgebildet wird. Dennoch entschied ich mich dafür, da dies die mit Abstand billigste Lösung ist. So begann ich mit der Suche nach einem entsprechenden Spiegel.Professionelle All-Sky-Kameras, wie etwa die auf dem Wendelsteinobservatorium, werden mit einer verspiegelten Konvexlinse gebaut. Doch das war mir zu teuer. Außerdem erscheint hierbei das störende Abbild der Kamera recht groß, da der Durchmesser der Linse meist nur um die 20 cm beträgt und die Kamera demzufolge nah an den Spiegel rücken muss. In meinem Lebensmittelgeschäft sah ich die Lösung:

Natürlich ist ein solcher Kunststoffspiegel nicht annähernd so präzise wie ein Glasspiegel, doch will ich meine Bilder ja nicht ausmessen. Im Internet fand ich mehrere Anbieter für solche Überwachungsspiegel. Am preisgünstigsten war die Firma Becker & Partner. So bestellte ich einen Spiegel im Durchmesser von 60 cm. Damit ging es an die Dimensionierung:

Durch meine Kamera waren einige Parameter vorgegeben: Die maximale Brennweite meines Zoomobjektivs beträgt 50 mm, die Bildfeldhöhe des EOS-Sensors 15 mm. Vereinfacht kann man annehmen, dass sich die Kamera in unendlicher Höhe über dem Spiegel befände: dann fiele das Licht vom Horizont waagerecht auf den Spiegel und würde bei einem Winkel von 45° senkrecht nach oben in das Kameraobjektiv gespiegelt. Dabei wäre der Durchmesser des Bildkreises gleich dem Durchmesser des Spiegels dividiert durch Wurzel 2. Bei einem Spiegeldurchmesser dS von 60 cm ergibt sich so dB zu 43 cm. In Wirklichkeit ist die Kamera natürlich näher am Spiegel und das Bild oberhalb des Horizonts ist entsprechend kleiner. Doch diese Betrachtung schafft eine zusätzliche Sicherheit, dass das runde Bild auch sicher mit dem rechteckigen Sensor erfasst wird. Der Bildkreis muss mit der gegebenen Brennweite f = 50 mm von einem bestimmten Abstand a aus aufgenommen werden, damit die Bildgröße gerade 15 mm beträgt, um den Sensor der EOS in der Bildhöhe gerade auszufüllen. Mit etwas Sicherheit lässt sich der Aufnahmeabstand so zu a = 153 cm berechnen.

Die Kamerahöhe über dem Boden hK ergibt sich aus dem Aufnahmeabstand a plus dB/2 zu rund 175 cm.

Das Stativ, bestehend aus den drei Beinen und dem Kopf mit der Kamerabefestigung, sollte aus Fichtenholz gebaut werden. Es wurde so dimensioniert, dass die Kamera um einen gewissen Betrag q = 25 cm nach unten abgehängt ist, damit sie noch gut handhabbar bleibt. Damit ergab sich die Gesamthöhe des Stativs hGes = hK + q von 190 cm. Aus den verwendeten Metallwinkeln ergab sich eine Winkelung der Stativbeine von 24° gegenüber der Mittelachse. Damit ergibt sich die Länge der Beine über den Cosinus zu 208 cm.

Teil II: Optische Parameter

  • Die ALSK liefert ein rundes Bild 180° x 360°
  • Die Abbildung erfolgt zweistufig: über das Objektiv mit f1 = 50 mm und einen Konvexspiegel mit f2 = -150 mm, der sich in einem Abstand von a = 1530 mm vor dem Objektiv befindet
  • Die effektive Gesamtbrennweite errechnet sich zu fg = (f1 * f2) / (f1 + f2 – a) = 4,6 mm
  • Die Eintrittspupille des Gesamtsystems ergibt sich aus die Abbildung der Eintrittspupille des Objektivs durch den Kugelspiegel
  • Bei einer Blendeneinstellung von F 2.8 am Objektiv beträgt die Eintrittspupille des Objektivs DEp1 = f1 / 2.8 = 17,9 mm
  • Mit f2 = -150 mm und a = 1530 mm ergibt sich der Durchmesser der Gesamteintrittspupille: DEpg = DEp1 * f2 / a = 1,75 mm
  • Die effektive Gesamtblende bleibt unverändert bei F 2.8
  • Da Meteore aber als punktförmige Lichtquellen angesehen werden müssen, ist für ihre Aufnahme nicht die Blendenzahl F, sondern Durchmesser der Eintrittspupille DEpg maßgebend. Dieser ist gegenüber dem Objektiv um den Faktor 10 geringer. Das bedeutet einen Verlust an Empfindlichkeit der ALSK gegenüber der ohne Kugelspiegel verwendeten Kamera um den Faktor 100 oder 5 Mag.

Teil III: Bau

Der Bau der ALSK erfolgte im Sommer 2007. Beine und Kopf bestehen aus Kiefernholzleisten, die Verbindungselemente aus verzinktem Stahlblech. Bei der Fertigung des Dreibeins half mir freundlicherweise Herr Guggenmos, der Haustechniker unserer Hochschule.

Teil IV: First Light

Ihr First Light sollte die ALSK am 14.12.2007 an den Geminiden haben, doch es war komplett bewölkt. Auch die Beobachtung der Perseiden am 12.8.2008 und der Quadrantiden am 2./3.1.2009 fielen dem Wetter zum Opfer, so dass das First Light lange werten musste.
Am 20. Mai 2009 war es dann so weit: es war drei Tage vor Neumond und am nächste Tag war Feiertag. So fuhr ich trotz nicht optimalem Himmel zu Matthias Knülle hinaus. Wegen der leichten Wolkenschleier war klar, dass wir nur Testaufnahmen machen würden. Die Wiese hinter seinem Haus erwies sich leider als zu feucht: der Spiegel taute sofort an. So stellten wir die ALSK auf einem Holzstapel in der Nähe des Hauses auf.

Objekt Sommernachthimmel

Aufnahmeort: Loitersdorf/Niederbayern
Datum: 20.5.2009
Uhrzeit: 23:26 MESZ
Optik: All-Sky-Kamera ALSK mit Sigma 2.8/18-50mm
Brennweite: 4,6 mm effektiv
Blende: 2.8
Kamera: Canon EOS 20Da
Format: 22,5 x 15 mm
Empfindlichkeit: 3200 ISO
Filter: –
Belichtungszeit: 30 Sek.
Programme: Fitswork 3.49, Photoshop

Teil V: Von der Zenitperspektive zur Polarperspektive

Während eines Regentages stellte ich mir mit Matthias Knülle die Frage, ob die ALSK auch für tief belichtete Deep-Sky-Aufnahmen, z. B. für Himmelspanoramen, einsetzbar ist.
Das folgende Bild zeigt die Überlagerung zweier Bilder in Zenitperspektive im Abstand von 2 Stunden. Die beiden rot markierten Sterne wurden als Ankerpunkte genommen. Es ist deutlich zu erkennen, dass alle Sterne zwischen den beiden markierten nicht passgenau sind.

Das Problem besteht darin, dass eine ALSK normalerweise eben auf den Boden gestellt wird und die Kamera exakt aus dem Zenit auf den Kugelspiegel ausgerichtet ist. Dies nenne ich im Folgenden die Zenitperspektive.

Der Sternenhimmel rotiert aber um den Himmelsnordpol, der um den Winkel 90° – ß zur optischen Achse der Kamera geneigt ist. ß ist der Breitengrad des Beobachtungsortes, also z. B. 48° für München. Aus dieser Winkeldifferenz zwischen Rotationsachse und optischer Achse ergibt sich durch den sphärischen Spiegel der ALSK für alle Objekte außer dem Himmelsnordpol eine unterschiedliche optische Verzeichnung. Daraus folgt:

In Zenitperspektive aufgenommene Einzelbilder mit der ALSK können nicht passgenau überlagert werden!

Nun stelle man sich vor, die ALSK stünde am Nordpol. Dann zeigte ihre optische Achse, rückwärts verlängert, genau auf den Himmelsnordpol, der am Nordpol identisch mit dem Zenit ist. Der Sternenhimmel rotierte dann exakt um die optische Achse der Kamera. Durch eine genügend kurze Belichtungszeit können Strichspuren vermieden werden. Mit genügend Einzelbildern wäre es so möglich, ein relativ tief belichtetes Himmelspanorama von 360° x 180° zu erstellen. Außerhalb des Halbkugelspiegels der ALSK würde die Landschaft abgebildet; es entstünde ein kreisförmiges Bild, mit dem Horizont am Rand und der Landschaft außen herum. Das Bild entspräche perspektivisch in etwa dem eines Planetariumsprogramms wie oben. Die Überlagerung beliebig vieler nacheinander aufgenommener Einzelbilder ergäbe ein passgenaues Summenbild.

Nun berücksichtigen wir die Verhältnisse in Mitteleuropa: Dort könnte die gesamte ALSK, also Spiegel plus Kamera mit Dreibein, um den Winkel ß, entsprechend dem Breitengrad des Beobachtungsorts, zum Erdboden geneigt aufstellt werden: Wieder zeigt die optische Achse der Kamera rückwärts verlängert auf den Himmelsnordpol, wieder würde der Sternenhimmel um die optische Achse der Kamera rotieren.

Aber ein solch unpraktischer Aufbau ist ja gar nicht nötig, da meine ALSK ja einen Halbkugelspiegel hat. Damit kann die Kamera bis zu einem Winkel von 45° schräg auf den Spiegel ausgerichtet werden und immer noch wird die komplette Himmelshalbkugel abgebildet – wenn auch mit unterschiedlicher Verzeichnung am Ost- bzw. Westhorizont und am Nord- und am Südhorizont. Am Südhorizont fallen die Lichtstrahlen besonders schräg auf den Spiegel (siehe unten). Entsprechend geringer ist die Verzeichnung am Nordhorizont. Das entstehende Bild hat die Form einer Ellipse. Diese Betriebsweise der ALSK nenne ich nachfolgend Polarperspektive. Am Nordpol fallen natürlich Zenit- und Polarperspektive zusammen.

Nachfolgend die Berechnung der polarperspektivisch betriebenen ALSK für einen Beobachtungsort auf dem 48. Breitengrad (München):

Die neue Höhe h der Kamera errechnet sich mit sin ß * hK = sin 48° * 1,75 m = 1,30 m. Die Berechnung des Abstands r erübrigt bei Anwendung der unten beschriebenen Aufbaumethode.

Die Justage der Polachse erfolgte mit einem Manfrotto-Fotostativ. Hierbei sitzt die Kamera auf einem Sechskant-Schwalbenschwanz, so dass sie definiert um 180° gedreht werden kann. Nachfolgend die Aufbaumethode in Stichworten:

  1. Aufbau des Fotostativs auf dem Boden so, dass der Schwenkkopf bei 10 cm ausgedrehter Säule mindestens 130 cm Höhe erreicht
  2. Nivellierung des Schwenkkopfs mit den beiden Wasserwaagen
  3. Ausrichtung der EOS 20Da mit dem mittleren Autofokusfeld auf den Polarstern
  4. Exakte Mittenausrichtung des Polarsterns im Life-Focus-Modus
  5. Belichtung eines Fotos der Polarsternregion mit etwa 30 Sek, so dass auch die Sterne rund um Polaris sichtbar werden
  6. Feineinstellung der Kamera von Polaris weg auf Himmels-Nord anhand einer Sternkarte der
  7. Überprüfung durch eine längere Belichtung: Zentrum der Strichspuren muss mittig im Bildfeld liegen
  8. Vorsichtig alle Stativschrauben anziehen
  9. Vorsichtig Kamera mit Sechskant vom Schwalbenschwanz abbauen und um 180° gedreht wieder einbauen: Kamera schaut nun unter dem Winkel ß auf den Boden
  10. durch den Kamerasucher: Verschieben des Halbkugelspiegel auf dem Boden so, dass sich das Kameraobjektiv exakt in der Suchermitte, also in sich selbst spiegelt – da der Spiegel halbkugelig geformt ist, spielt es keine Rolle, ob er auf ebenem Boden liegt
  11. Starten der Belichtungssequenz

Für mein erstes ALSK-Himmelspanorama wählte ich mit der Canon EOS 20Da bei maximaler Empfindlichkeit von 3200 ISO eine Belichtungszeit von 30 Sekunden. Damit liegt die Rotationsunschärfe eines Sterns am Horizont theoretisch unter 3 Pixeln. Zwischen den Aufnahmen wurden ebenso lange Belichtungspausen zum Abkühlen der Kamera programmiert. Das Summenbild besteht aus 24 Belichtungen mit einer Gesamtbelichtungszeit von 12 Minuten. Durch die schräge Aufsicht auf den Kugelspiegel ergibt sich eine elliptische Verzeichnung des Himmels wie bei einer drehbaren Sternkarte. Die noch erkennbare Unschärfe der Sterne führe ich auf die nicht perfekte Polachsenjustierung und auf Ungleichmäßigkeiten des Kugelspiegels zurück.

Teil V: Bau einer Spiegelheizung

Die ersten Versuche mit der ALSK hatten gezeigt, dass der große Kunststoffspiegel, auf dem Boden liegend, sehr anfällig gegen Beschlagen ist.
Daher baute ich eine Spiegelheizung. Diese besteht aus einer 25W-Glühbirne im Innern des Halbkugelspiegels. Die Innenschale des Spiegels wurde schwarz gestrichen, so dass das Licht der Birne in Wärme umgesetzt wird.

Am 3. Januar 2010 beobachteten Matthias Knülle und ich in Loitersdorf die Quadrantiden. Hierbei hatte die ALSK ihr Second Light mit der Spiegelheizung. Die war bei -10° C auch nötig: Innerhalb kurzer Zeit hatten sich kleine Eiskristalle auf dem Spiegel abgesetzt. 5 Minuten nach Einschalten der Spiegelheizung waren sie verschwunden.
Die visuelle Quadrantiden-Beobachtung wurde leider ein Reinfall:
Zwischen 18:30 Uhr und 20:30 Uhr MEZ sichteten wir nur drei Meteore, davon einen sporadischen. Ständig zogen Wolken durch und die zahlreichen Scheinwerfer am Ortsrand störten sehr. Immerhin gingen der ALSK – außer unzähligen Flugzeugen – zwei hellere Meteore und ein Iridiumflare, der genau durch den Andromedanebel zog, „ins Netz“:

Iridiumflare

Objekt: Quadrantid
Sternbild: Pegasus / Fische
Aufnahmeort: Loitersdorf
Datum: 3.1.2010
Uhrzeit: N.N.
Optik: All-Sky-Kamera ALSKmit Sigma 2.8/18-50mm
Brennweite: 4,6 mm effektiv
Blende: 2.8
Kamera: Canon EOS 20Da
Empfindlichkeit: 3200 ISO
Filter: –
Belichtungszeit: 1 Min.

Damit ist das Projekt ALSK erfolgreich abgeschlossen und die All-SkyKamera in Betrieb genommen.
Nachfolgend die Vor- und Nachteile einer All-Sky-Kamera mit Halbkugelspiegel gegenüber einem Fischaugenobjektiv:

Vorteile:

  • Preisgünstiger Selbstbau möglich
  • Variabler Bildausschnitt möglich von All-Sky bis Ausschnitt
  • Hohe Lichtstärke (= Lichtstärke des Objektivs)
  • Mit verschiedenen Kamerasystemen betreibbar
  • Unempfindlich gegen Beschlag (mit Spiegelheizung)

Nachteile:

  • Obstruktion durch Kamera und Dreibein
  • Umständlicher Aufbau, großes Transportvolumen
  • Keine nachgeführten Aufnahmen möglich
  • Mit Spiegelheizung abhängig von der Nähe einer Steckdose

Quellen: – E. Hecht: „Optik“; Oldenbourg Verlag, München 2005
http://slansky.userweb.mwn.de/bereiche/astronomie/aufnahmetechniken/aufnahmetechniken10a.html

Autor: Peter C. Slansky, 18.1.2010