Messung Bodenseeing mit dem Bath- I- Meter (Forts

Der Vorversuch zu diesem Thema wurde bereits vor einem Monat hier diskutiert.

http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=9777

Es geht um die Frage, wie stark wirkt sich das bodennahe seeing auf die Definitionshelligkeit (= Strehl) aus. Die meisten Amateurteleskope können kaum anders als in Höhen zwischen fast null bis ca. 2 m über Grund aufgestellt werden. In diesem Bereich hat die Umgebungsluft insbesondere bei windarmen Wetterlagen ein extrem starkes Temperaturgefälle. Temperaturunterschiede von 5°C zwischen Boden und ca. 2 m Höhe über Grund sind durchaus häufig. Wird in diese Schicht nur ein wenig herumgerührt oder geht hin und wieder ein schwaches Lüftchen, so sind optisch hochwirksame Luftschlieren nicht zu vermeiden.

Das ist im Prinzip alles bekannt. Es ist auch bekannt, dass o. a. Störungen starken Schwankungen unterliegen. Das nachfolgend beschriebene ist ein Versuch zur Quantifizierung oder einfach gefragt, wie schlimm ist es denn mit dem Bodenseeing? Kann man mit bekannten Messgrößen arbeiten? Meine Idee ist nun, die Schwankungen des Strehlwertes einer Prüfstecke in Bodennähe erfassen.

Das erste Foto zeigt die Prüfvorrichtung.

Sie besteht aus einem 8“ f/5 Parabolspiegel in dessen Krümmungsmittelpunkt mein bereits früher beschriebenes Bath- Interferometer aufgestellt ist. Die Teststrecke ist also 2 m lang. Sie liegt annähernd horizontal ca. 1 m über dem Rasen. Logischerweise wird dabei nur die Luftunruhe zwische Interferometer und Parabolspiegel erfasst.

Die Interferogramme kann ich neuerdings mit einer NIKON D 70 fotografieren.

Für die Versuche wurde die Kamera mit einem 35 mm AF NIKKOR f/2 bestückt. Fokussiert wird auf den Abstand zum Spiegel. Man kann zwar auch ohne Objektiv das Interferogramm direkt auf den Chip oder einen weißen Schirm projizieren. Bei dieser Art der Abbildung ist aber der Spiegeldurchmesser nicht so scharf definiert. Es bilden sich dann konzentrische Interfenzringe, denen das eigentliche I- Gramm überlagert ist. Hier ein Bildbeispiel.

Zur Auswertung der Interferogramme hab ich mich mit „FringeXP“ angefreundet. Das schafft man im Laufe eines Tages. Vor dem eigentlichen Freiluft- Versuch wollte ich natürlich erst einmal feststellen, wie reproduzierbar kann man überhaupt mit der Prüfstrecke unter günstigsten Bedingungen Strehlwerte messen. Dazu wurde die gesamte Konfiguration im Prüfraum aufgebaut. Zur Temperaturanpassung hab ich mir länger als einen Tag Zeit gelassen. Die Heizung des Prüfraumes wurde abgestellt. Bei Beginn der Messserie zur Reproduzierbarkeit betrug die Temperatur am Spiegel sowie am Interferometer 16,1°C. Ca. 5 Stunden nach Ende der Messung war die Temperatur nur um 0,1°C abgesunken. Die hinreichende Temperaturkonstanz während der Messzeit von nur 15 Minuten scheint damit gesichert zu sein. Während dieser Zeitspanne wurden im Abstand von 1 Minute die I-Gramme fotografiert, also insgesamt 15. Zwischenzeitlich blieb die Einstellung des I-Meters unverändert.

Hier die 15 Strehlwerte:
0,947 0,966 0,962, 0,948 0,946 0,961 0,927 0,939 0,961 0,951 0,948 0,940 0,927 0,921 0,930

Mittelwert: 0,945

Range (Differenz zw. höchstem und niedrigstem Messwert) : 0,045
Das entspricht einer Streuung von 4,8% bezogen auf den Mittelwert.

Die o. a. Durchführung ist etwas anderes als ein und dasselbe I- Gramm 15x auszuwerten, weil jedes der I-Gramme evtl. mögliche Störungen durch sehr schwach ausgeprägte Luftschlieren und/oder mechanische Veränderungen der Einstellungen erfasst. Die I- Gramme sind damit prinzipiell nicht gleich, wohl aber sehr ähnlich, z. B. so:

Das nächst folgendende Bild zeigt, was für schöne Oberflächenbilder „FringeXP“ daraus macht.

Ich kann mir allerdings nicht vorstellen, dass sich der Spiegel innerhalb weniger Minuten o. a. strenger Temperaturkontrolle ( Temperaturgradient der Luft < 0,1°C /h) tatsächlich messbar verändert hat.

Im allgemeinen wird man bei Wiederholmessungen an ein und demselben Objekt je Messung deutlich unterschiedliche I- Gramme auswerten müssen. Auch dazu hab ich eine Versuchsserie mit 11 Wiederholungen durchgeführt. Die Temperaturkonstanz wurde bei dieser Serie allerdings nicht so scharf kontrolliert wie vorhin beschrieben.

Hier 2 Stichproben aus der Serie:

Hier die Einzelwerte:
0,935 0,918 0,909 0,945 0,950 0,913 0,933 0,945 0,898 0,933 0,943

Mittelwert: 0,929

Range: 0,052, entsprechend 5,6% bezogen auf den Mittelwert.

Nun zum eigentlichen Versuch:
Die Anlage wurde gestern gegen 18 Uhr im Garten aufgebaut. Die erste Messserie mit 15 Einzelmessungen im Abstand von jeweils 1 Minute begann noch vor Sonnenuntergang um 20Uhr35. Während der Messung sank die Lufttemperatur in der Nähe des Spiegels von 10,0°C auf 8,8°C, am Interferometer von 11°C auf 9,9°C ab. Um 23 Uhr10 begann die zweite Messserie ebenfalls mit 15 Einzelmessungen im Abstand von 1 Minute. Während dieser Phase sanken die Temperaturen an beiden Messpunkten von 2,2°C auf 2,0°C ab. Die Strehlmesswerte sind in dem nachfolgenden Diagramm dargestellt.

Bis zum Ende der Messungen war der Himmel wolkenlos mit durchschnittlicher Transparenz, keine fühlbare Luftbewegung an der Messstrecke.

schwarz: Messung im Prüfraum unter strenger Temperaturkontrolle
rot: Außenmessung, Start um 20 Uhr 35
grün: Außenmessung, Start um 23 Uhr 10

Schlussfolgerung:
Die Außenmessungen zeigen ganz klar, dass der größte Teil der Beobachtungszeit extrem durch bodennahes seeing gestört ist. Es bleibt noch zu klären, ob durch Höherlegung der Messtrecke auf ca. 2- 3 m eine signifikante Änderung feststellar ist. Dazu schein die beschriebene Messtechnik hinreichend geeignet zu sein.

Gruß Kurt

PS.: Wer mit den I-Grammen spielen möchte, hier die genauen Spiegeldaten:
D = 204 mm, R= 2010 mm, ziemlich streng parabolisch. Die Wellenlänge des Lasers beträgt wahrscheinlich 670 nm.

Hi Raphael,

Hier noch einige Ergänzungen:

1. Natürlich interessiert mich in erster Linie die Anwendbarkeit der Messergebnisse auf meine Art von Teleskopen. So ist mein 10" f/12- Lang- Newton exaktgenau so ausgerichtet wie die Messanordnung, ebenso mein 10" f/6 Solarnewton. Beim ersten beträgt die horizontale Weglänge also 2x3 m beim zweiten 2x 1,5 m. Beim Messaufbau liege ich mit 2x2 m genau dazwischen. In allen Fällen läuft natürlich das Licht horizontal hin und auch wieder zurück. Die Empfindlichkeit des Messaufbaus ist bei gegebener Weglänge aber eher etwas kleiner, weil hier der Lichtweg konisch ist. Beim Newton geht es hin zum Spiegel durch einen Luftzylinder zurück zum Fokus konisch. Anders ausgedrückt, das durch Schlieren gestörte Luftvolumen ist bei Newton deutlich größer.

2. Wenn nun die Ergebnisse wie im Messbeispiel so knallehart die Minderung der optischen Qualität infolge Luftschlieren zeigen, dann kann ich den "offenen" Lang- Newton für die Zukunft vergessen.

3. Da das Ding aber sooo schön komfortabel und wacklizitätsarm ist, werde ich wahrscheinlich noch einige Freiluftmessungen nach obigem Prinzip mit einem isolierten Tubus zwischen Spiegel und I- Meter machen.

4 <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Einerseits hat er praktisch in ein ein und der selben Temperaturschicht gemessen, während ein Teleskop mit 2m Brennweite durch viele Temperaturschichten hindurch schauen muss, andererseits wurde hier ein vier-meter-Teleskop getestet (er prüfte ja hien und <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">.
Bei der Prüfung meiner 12" und 16"- Spiegel im Labor konnte ich bei windarmen Wetterlagen tatsächlich eine homogene, vertikale annähernd stabile Temperaturschichtung messen. Beim Startest macht sich das als Mischmasch von Astigmatismus und Koma bemerkbar. Die weitere Auswertung der Außenmessung mit „FringeXP“ zeigt dagegen, dass die „Spiegeloberfläche“ von einem I- Gramm zum nächsten völlig chaotisch deformiert wird.
Hier 2 Beispiele aus der Messserie:

Das deckt sich mit früheren Startest- Beobachtung mit dem Lang- Newton unter freiem Himmel und vielen anderen Messungen und Versuchen im Zusammenhang mit Zwangsbelüftung. Es ist zwar so, dass in Bodennähe im Mittel ein optisch hochwirksamer Temperaturgradient sehr häufig auftreten kann. Da die Luft aber sehr selten vollkommen ruhig ist hat man schnell Turbulenzen. Diese können sich auch sehr langsam bewegen.

5. Technisch ist es durchaus machbar und wahrscheinlich auch sinnvoll, mit der I- Meter - Messanordnung in verschiedenen Höhen über Grund und auch unter beliebigem Winkel zur Horizontalen zu messen. Ob man bereits bei 1 bis 2 m zusätzlicher Höhe eine merkliche Minderung der seeing- Störungen erreichen kann ist sicher höchst interessant. Wenn dem so sein sollte, wird mein „Lang“- Newton zum Schiefspiegler umgebaut. Alternativ kann ich auch mein 12“ Cassegrain höher montieren.

6. Es ist völlig normal, dass man mit der ersten Messserie wie hier vorgestellt mehr Fragen aufwirft als dass man sie mit den Messergebnissen in jeder Hinsicht treffsicher beantworten könnte.

Gruß Kurt

Fortsetzung

Am 29. Mai hab ich genau an demselben Messort (1) wie vorher beschrieben die erste Wiederholung gestartet. Gestern, am 30 Mai folgte eine Messreihe am Messort (2).
Die Abstände von meinem Wohnhaus betragen ca. 10 m bis (1) und 18 m bis (2). Die Abbildung zeigt den Aufbau von (2).

Die eigentliche Messstrecke liegt hier ca. 1,8 m über der Rasenfläche. Und wegen der leichten Hanglage des Rasen ca. 1,5 m höher als am Messort (1). Messsort (2) ist auch mein häufig genutzter Standort für Planetenbeobachtungen.
Es war vorher nicht sicher, ob mit der gezeigten Anordnung gemäß Abbildung eine Interferometermessung gelingen würde. Dann hat noch eine Großprüfmaus in einem der Erdlöcher hausend wieder mal meine Qualifikation zur Durchführung von Messungen angezweifelt. Das ist aber eine andere Story...nur so viel: Die Maus hat Pech gehabt. Mein Astrokater und seine z. Zt. zur Besuch weilende „Stiefschwester“ Penny fanden es gut, dass ich wieder mal eine Nacht mit ihnen im Freien verbracht habe. „Penny“ hat die Maus erledigt! Trotzdem bis dahin war ich total verunsichert und hab den ganzen Tag vor einer Messserie nur das nötigste gegessen um nicht durch evtl. freiwerdende Körperwinde die Qualität der Messungen zu gefährden.

Vielleicht kann sich Alois noch erinnern, wie das bei seinen Versuchen abgelaufen ist. Alois, das waren doch wohl nicht echte Luftschlieren die Du registriert hattest? Ich meine die hier auf Deinen Foto.

Um es mit „FringeXP“ auszuwerten braucht man natürlich den Spiegeldurchmesser sowie den Krümmungsradius.

Hier einige praktische Erfahrungen:

1. Handling bei relativ wackligem Aufbau
Man kann problemlos bei hellem Tageslicht das Bath- Interferometer mit dem Spiegel kollimieren, wenn nicht gerade die Sonne in die Optik knallt. Ein normaler Rotlicht Justerlaser wie von mir benutzt ist hell genug. Man sieht die Reflexe auf den Spiegel und findet auch den Reflex des Referenzstrahles sowie den Fokus des vom Spiegel gebündelten Strahles gut. Zur visuellen Einstellung wird die Betriebsspannung des Lasers reduziert. Selbst bei eine Defokussierung von einigen cm findet man bereits deutlich sichtbare Interferenzstreifen oder Ringe. Es machte auch keine besonderen Probleme diese auf auswertetaugliche Streifenanzahl einzustellen. Die Bewegungen in den Streifen während der Einstellungen kamen schnell zur Ruhe, sobald man die Finger von den Einstellrädern ließ.

2. Einsatz der CCD- Kamera mit dem Bath- I- Meter.
Für die ersten Versuche hatte ich nur die Nikon – Coolpix zur Verfügung. Das war schon eine Plackerei bevor die Kamera so positioniert war, bis auswertbare I- Gramme fotografiert werden konnten. Die mit diesem Thema erstmals eingesetzte Nikon D70 macht es viel leichter. Man erkennt auf der Spiegelreflex- Mattscheibe die Interferenzstreifen recht deutlich und kann die durch die Positionierung der Kamera entstandene Verschiebung und geänderte Anzahl der Streifen wieder korrigieren, ohne die Position der Kamera antasten zu müssen. Wie bereist gesagt, es wurde ein 35mm f/2 NIKKOR eingesetzt. Wichtig ist, dass die Blendenvorwahl auf volle Öffnung eingestellt wird, sonst kann es zur Vignettierung der Abbildung kommen. Da das Objektiv auch den Hintergrund außerhalb des Strahlenteilers erfasst ist es sinnvoll in dessen Blickrichtung einen Lichtschutzschirm aufzustellen. Dazu reicht ein Stück schwarzer Pappe. Das ist natürlich bei nächtlichen versuchen nicht erforderlich. Als Belichtungszeit hab ich 1/5000 s eingestellt. Bewegungsunschärfen in den er I-Grammen dürften damit ausgeschlossen sein. Die richtige Helligkeit muss man experimentell ermitteln. dazu kann man an der Kamera die DIN- Empfindlichkeit variieren. Sonst bleibt noch die Möglichkeit der bereits oben angegebenen Einstellung der Versorgungsspannung des Lasers.

3. Auswertung der I- Gramme mit „FringeXP“
Diese werden aus den Originalfiles herausgeschnitten. Eine weitere digitalfototechnische Bearbeitung ist nicht erforderlich. Bei meiner Anordnung war auch keine messbare elliptische Verzerrung der I- Gramme erkennbar. Bei der Auswertung bevorzuge ich den Modus „Autotrace“ Man klickt die I- Streifen nacheinander an und das Programm setzt dann automatisch die Punkte in die Streifen. Hier ein Beispiel aus der Messserie vom 29. Mai.

Das funktioniert ganz ausgezeichnet. Nur im Randbereich der Streifen muss man einige Punkte manuell einfügen. Wenn man darauf verzichtet, fallen sind die Strehl- Ergebnisse geringfügig niedriger aus, zumindest bei den I. Grammen ähnlich dem Beispiel. Ich bin überrascht, dass trotz der relativ unruhigen Ausleuchtung die der Laser hier leistet so gut handhabbare I- Gramme gewonnen werden können.
Für alle I-Gramme wurden von den insgesamt 15 möglichen Optionen der Zernike Coeffizients „Piston“, „Tilt“ und „Defokus“ nicht aktiviert.

4. Vorläufige Zusammenfassung

Die Messergebnisse sind in dem nachfolgenden I-Gramm aktualisiert. Kurve 1 bis 3 sind Kopien der Darstellungen im ersten Diagramm dieses Treads. K. 4 ist das Ergebnis vom 29. Mai, K 5 das vom 30. Mai.

Natürlich ist die Aussagekraft von K5 nicht sonderlich hoch, außer der, dass man mit der Messvorrichtung auch in etwas abenteuerlicher Aufstellung über Grund recht ordentlich messen kann. In dieser Serie schwanken die Strehl- Werte im bereich von 0,84 bis 0,92. es macht auch keinen nennenswerten Unterschied wie die Orientierung der Streifen aussieht. Das zeigen die beiden folgenden Fotos mit den eingeblendeten Strehl- Werten. Die Orientierung der Streifen wurde willkürlich geändert.

In diesen beiden Bildern erkennt man schwach ausgeprägte vertikal verlaufende Reflexe, die durch Reflexionen des Tageslichtes an irgendwelchen Kanten ins Bild gekommen sind. Solche Störungen behindern den "autotrace" Modus.

Selbstverständlich werde ich die Messung an diesem Messort bei Nacht unter klarem Himmel wiederholen. Ebenso sinnvoll wären Tagesmessungen bei sonnigem Himmel im Hinblick auf Sonnenbeobachtungen.

K.2 , K.3 und K4 zeigen, dass zumindest an dem beschriebenen Messort die nächtlichen seeing- Störungen als extrem hoch einzustufen sind.

Die Dringlichkeit der Messung mit schräggestellter Prüfapparatur wird sich aus den Ergebnissen der Horizontalmessungen in verschiedenen Höhen abschätzen lassen. Eine I- Meter- Anordnung für beliebige Winkel zur Horizontalen müsste erst gebaut werden. Das wird leider frühestens erst nach meinem Griechenland- Ausflug Ende Juni möglich sein.
Gruß Kurt

Hallo Alois,
vielen Dank für Deine Stellungnahme.

Es ist vielleicht in meinem Bericht nicht ganz klar herausgekommen:
Bei den 3 Messungen (Kurve 2, 3 und 4) am Messort (1) war der Himmel klar und es war kein Hauch von Wind zu spüren. Bei solchen Wetterlagen hat man insbesondere zur Zeit um Sonnenuntergang mit extrem starken Temperaturgradienten der Luft in Bodennnähe zu rechnen. Während der Messung am Messort (2) war der Himmel bedeckt und es wehte deutlich fühlbar ein leichter Wind ungefähr quer zur Messstrecke. Die Aufnahmen wurden bei jeder Kurve im Minutentakt gemacht.

Hier die Auflistung:
Kurve 2: TG= -1,1°C ; Messbeginn 20 Uhr 35
Kurve 3: TG= -0,2°C ; Messbeginn 23 Uhr 03
Kurve 4: TG= -1,1°C ; Messbeginn 21 Uhr 03
Kurve 5: TG= &lt;0,1°C; Messbeginn 19 Uhr 20

Nach der landläufigen Theorie hätte man bei K. 2 sowie K. 4 derart starkem Temperaturgefälle der Luft eine erhebliche Überkorrektur des Spiegels wegen des Randeffektes erwarten müssen. Davon ist aber nach Analyse der "FringeXP"- Daten nichts zu erkennen. Zum Beweis der Gegenteils kann man natürlich mit einer Flamme die Rückseite des Spiegels anwärmen[:o)].

Um es noch mal deutlich zu machen: Während der ca. 15 Minuten Dauer der Messungen zur Kurve 2 sank die Temperatur der Luft um 1,1°C ab. Das ist mehr als 4°C/h. Bei anderen Gelegenheiten und Messorten im Rahmen meiner Untersuchungen zur Zwangsbelüftung hab ich auch schon 6°C/h Temperaturabfall der Außenluft gemessen.
Genau genommen misst man dabei die Abkühlung des Thermometers. Die ist bei schwacher Luftbewegung und klarem Himmel wegen der IR – Abstrahlung des Thermometergehäuses deutlich höher als die der ungebenden Luft. Verwendet man dagegen ein Thermometer dessen Oberfläche mit blankem Metall beschichtet ist, so kommt man näher an die wahre Lufttemperatur heran.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Auf etwas möchte ich noch hin weisen.
Durch die Streben bei der Halterung von deinen Parabolspiegel könnte es sein das es bei
Strömungen etwas stärkere Wirbel macht als wenn der Spiegel vorne frei ist.
Vielleicht kannst du einmal einen Versuch machen bei dem die Halterung umgekehrt ist
oder einen Kasten machen wie es bei den Dobsons ist, dann hätte man zu denen eine Bezugsnähe.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Das ist überhaupt kein Problem den Spiegel an der Rückseite der Halterung zu befestigen. Ich werde mir das für den nächsten Versuch vormerken. Zur Wirbelbildung kann man vielleicht folgendes sagen: So lange die Streben keine messbare Temperaturdifferenz zur Außenluft haben bilden sie bei Luftbewegung Wirbel, deren Dichteunterschied zur ungestörten Luft aber verschwindend gering ist, zumindest bei leichtem Wind. Bei nächtlicher Unterkühlung wegen Abstrahlung ist das anders. Bei Windstille bleibt die unterkühlte Grenzschicht der Luft aber weitgehend an den Körpern „kleben“. So lange sie nicht in den Strahlengang hineinragen sind Störungen eher unwahrscheinlich.

Dazu fällt mir ein Erlebnis während der Prüforgie meines 10“ Zerodurspiegels ein. Den hatte ich zwecks Startest am Himmel mehrere stunden bei Minus- Graden im Tubus eingebaut. Nach Ende der Prüfung hab ich ihn unterkühlt wie er war auf den Foucault- Prüfstand im wohltemperierten Prüfraum gesetzt. Die Luft im Prüfraum war trocken genug, so dass sich kein Taubelag auf dem Spiegel gebildet hatte. Bei der Foucault – Prüfung zeigte sich zunächst kein ungewohntes Bild. Erst nach einigen Minuten schien von unten her irgend etwas waberndes das gewohnte Foucault- Bild zu verdrängen. Die Erklärung ist einfach: Der untere Rand des Spiegels lag einig cm über einer Tischplatte. Erst als sich dort ein stetig wachsender „Kaltluftsee“ gebildet hatte, wurde das Foucault- Bild gestört. Die dünne, laminare Kaltluftschicht vor dem Spiegel machte sich noch nicht optisch bemerkbar.

Zu der Geschichte mit dem Kasten hab ich ja früher schon vieles unter dem Thema Tubusseeing geschrieben. Ich hab schon daran gedacht jetzt mittels Interferometrie der Sache nachzugehen. Zunächst möchte ich mir aber ein Bild von der Qualität der Luftturbulenzen in Bodennähe an meinen Lieblingsstandorten verschaffen. Dazu ist es völlig richtig, wenn jede denkbare Störquelle in der Nähe des Strahlengangs vermieden oder zumindest minimiert wird. Texereau hat bereits darauf hingewiesen, dass die o. a. Unterkühlung an Streben und Fassungen infolge Abstrahlung störende Luftschlieren produzieren kann.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Die Strömung auf dem Bild ist eine der stärksten von diesen Abend gewesen.
Gut wäre wenn man einmal so etwas filmen könnte das wäre für die Teilnehmer hier
sicher eine große Hilfe. Aber was noch nicht ist kann noch werden.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Ich würde es ebenfalls sehr begrüßen, wenn jemand mit moderner Videoausrüstung das übernehmen würde. Um den Aufwand eines Planspiegels zwecks Autokollimation zu vermeiden könnte man auch einen annähend sphärischen Spiegel verwenden. Die reduzierte Empfindlichkeit ist dabei m. E. weniger wichtig. Bei den von mir hier vorgestellten Messungen mit einem 8“ f/5 Parabol sind die Linienverzerrungen wegen seeing bei vis. Betrachtung der I- Gramme weniger gut zu erkennen.

Gruß Kurt

Hallo Alois,
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Es ist wirklich viel auf das zu achten ist.
Ich hoffe du wirst nicht müde.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
nein, keine Sorge! Wie gesagt, muss ich wegen der Griechenland- Reise weitere Versuche verschieben. Ich würde sehr wünschen, dass andere Praktiker durch unsere bisherigen Versuchsergebnisse und Diskussion zu ähnlichen Versuchen ermuntert werden.
Gruß Kurt

Fortsetzung 2

Nachdem ich mich gründlichst auf die Prüfung zum Interferogrammstreifenpünktchensetzexamen vorbereitet habe[xx(], komme ich endlich wieder zur Nutzanwendung. Es folgt die Vorstellung der jüngsten Messergebnisse. Der oben beschriebene horizontale Messaufbau und der Prüfling (8“ f/5 Parabolspiegel) wurden unverändert beibehalten. Nur die Spiegelzelle wurde im Verlaufe der nun zu beschreibenden Messserie geändert. Zunächst 3 typische Messkurven an 3 relativ dicht beieinander liegenden Beobachtungsplätzen in meinem Garten. Das Wetter war an beiden Abenden klar und windstill.

Bild 1

Wie man sieht, ist die das nicht so sehr erfreulich, also ähnlich wie bei den bereits vorgestellten Messungen. Meine Annahme in ca. 2,5 m über Grund könne das seeing besser sein als in „Tischhöhe“ hat sich bei dieser Messung nicht bestätigt (Vergleich Kurve 1 und 2). Die rote „Demarkationslinie“ im Diagramm bezeichnet das vielbesungene „beugungsbegrenzt“. Das soll heißen, wenn die Messwerte unter dieser Linie liegen, dann hab ich effektiv weniger als Strehl 0,8. Bei der Messreihe 3 passiert das tatsächlich nur einmal von bei 15 Messungen. Bei Kurve 2 passiert es dagegen schon 7x, also fast die Hälfte der „Beobachtungszeit“ schlechter als „beugungsbegrenzt“ und Kurve 1 ist sagen wir mal unter aller Sau! Man muss danach doch ziemlich viel seeing – Störungen in unmittelbarer Nähe des Teleskops annehmen.

Nun mag man einwenden, dass ich doch ganz ohne Strehl- Lizenz und ohne jede Segnung von höherer Instanz frei und wild drauflos gemessen habe. Ja, das mach ich gerne so..[}:)]. Etwas ernsthafter zu nehmen wäre der bereits angesprochene Einwand, dass meine Messtrecke gar nicht richtig in den Himmel zeigt. Dazu sag ich mal: Wenn die Luft auf ca. 2 m Abstand horizontal so deutliche Störungen verursacht, dann wirkt sich das auch in Richtung Himmel z.B. bei Marsbeobachtung 20° Distanz über dem Horizont noch deutlich aus. Jedenfalls für meinen flach liegenden Lang- Newton scheinen mir die Messergebnisse das KO- Kriterium zu sein. Bevor ich den Spiegel umschleife, werde es noch mal an einem anderen Beobachtungsplatz in meiner Nähe einige Messungen machen.

Da die Messapparatur so problemlos zu handhaben ist, hab ich eine weitere Messserie gestartet um herauszufinden, was denn in einem relativ flach liegenden, praktisch geschlossenem ISO- Tubus los ist. Der Tubus besteht aus 3 mm Styropor Tapete, außen Alu- kaschiert. Die Versuchsanordnung sieht dann so aus:

Der Tubus hat vorne ein Loch von ca. 30 mm Durchmesser zum Ein/Austritt der Lichtbündel des I- Meters.

Bild 2

Bild 3

Die Rückseite der Spiegelzelle wurde durchlöchert, damit der Schnorchel Luft durchsaugen kann.

Bild 4

Hier mit eingesetztem Spiegel
Bild 5

Der lange, flexible Luftschlauch mit dem Saugventilator am Ende sollte jede mechanische Schwingungsübertragung unterbinden: Pustekuchen! Die Schwingungen kommen höchst wahrscheinlich als niederfrequente, nicht mehr hörbare Schallschwingungen in das System. Die sonst fast ruhig stehenden I- Gramm- Streifen zittern wie Espenlaub sobald der Ventilator eingeschaltet ist. Nun kann ich dank der schnellen Verschlusszeit von 1/2000s bei der Fotografie der I- Gramme dieser Zitterei begegnen und habe auch eine Versuchsserie durchgezogen. Das Ergebnis war nicht mehr tolerabel. Im Mittel sah man bestenfalls noch Strehl ca. 0,6.

Also blieb nur noch der wahrscheinlich sinnvolle Versuch: mit Ventilator längere Zeit „auskühlen“ lassen und anschließend im Ruhezustand messen. Das ist dann am 1. 08. 04 gelaufen. Um einen bestmöglichen Vergleich zu haben, wurde unmittelbar nach der Messung der Tubus abgebaut und nach einer Stunde die Messung wie weiter oben beschrieben durchgezogen. Natürlich gehört es sich, dass man Vergleichmessungen im Labor mit dem gesamten, unverändertem Versuchsaufbau macht.

Die Ergebnisse sind im nächsten Diagramm zusammen gefasst

Bild 6

Dazu gehören noch die Lufttemperaturmessungen in Spiegelnähe

Bild7

Kurve 1 und 3 Bild6 zeigen die Labormessungen ohne/mit Tubus. Die Streuung der Einzelwerte beträgt ca. +/- 0,02 Strehl entsprechend 2% bezogen auf den Mittelwert. Das ist sicher recht ordentlich, wenn man wie hier nur einen simplen Rotlicht- Laser verwendet.

Kurve 4 zeigt die Ergebnisse im Tubus bei Messung in Garten. Nicht schlecht, aber sie liegt doch um einige Strehl-% deutlich unter der Labor- Vergleichskurve. Nun sag einer zu mir Strehl- Fetischist! Klar, wir Spiegelschleifer (und einige geschäftstüchtige Glattheitsapostel) kämpfen doch um 1% bis 0,01% Strehl- Punkte, weil die entsprechenden 1% bis 0,01% der Gesamtlichtmenge die nicht im zentralen Beugungsscheibchen konzentriert werden, die ziehen doch unausweichlich den Bildkontrast haltlos in den Keller. Glaubt mir niemand? Dann lest mal die Parabol- Geschichten und Rauhigkeitstiraden (auch die meinigen) gründlicher. Damit möchte ich absolut nichts gegen die Bemühungen zur Rauhigkeitsmessung sagen. Eine einigermaßen zuverlässige Quantifizierung der Rauhigkeit würde sicher zur Minderung allgemeiner Verunsicherung beitragen.

Zurück zum Thema: Die Kurve 2 ohne Tubus kann man nach dem vorher gesagten vergessen. Nun könnte man sich ja über den obigen Tubus schon freuen. Was ist aber wenn ich weiter denke als der Tubus lang ist? So einige Meterchen in Richtung Himmel müsste ich also schon noch messen.

Ein nettes Nebenergebnis der bisherigen Messorgien:

Wie vielleicht aufmerksame Leser meiner Postings bemerkt haben werden, benutze ich für die hier diskutierten Messungen genau den gleichen 8“ f/5 wie bereits bei meinem ersten I- Meter Messungen
Details siehe
http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=11597
http://www.astrotreff.de/topic.asp?TOPIC_ID=11843

Der Spiegel war vor 33 Jahren gut, bei der o. a- Messorgie vor fast Spitze, wie gut ist er denn jetzt? Wie in den hier zitierten Berichten dargelegt kann man ja durch Mittelung nach „FringeXP“ die Zuverlässigkeit der I- Meter Messung erheblich steigern. Störungen, die Zufallscharakter haben mitteln sich dabei ziemlich nützlich, wenn auch nicht ganz perfekt heraus. Deshalb hab ich mal die in Bild 1 und 6 vorgestellten Messreihen mit dem genannten Programm gemittelt. Die Ergebnisse folgen in der Tabelle

Bild 8

Es sind die jeweils gemittelten Strehlwerte ohne Abzug (gesamt), nach Abzug von Coma (Coma off), sowie Abzug von Coma und Astigmatismus (Coma u. asti. off) aufgelistet. Fangen wir in der Tabelle mit Beispiel h an. Das sind die Messdaten vom 11.07. 04, gemessen mit grünem Laser. Die Werte passen wirklich wie A. a. E. zu den mit rotem Laser gemessenen Laborkurven mit/ohne Tubus, Beispiele e und g.

Im Conturplot sehen die Unterschiede noch so aus:

Bild 9

Bild 10

Bevor man aus diesen Bildern allzu viel an Differenzen herausliest, beachte man die Farbskalen! Dem Wechsel von blau nach gelb- orange (Bild 9, linke Seites) entspricht ein Wellenfrontfehler von deutlich kleiner als 1/10 lambda.

Auch die Beispiele c und f sind von den vorgenannten Resultaten praktisch nicht zu unterscheiden, obwohl die in den Kurven gezeigten Einzelwerte recht deutlich streuen. Im Beispiel b fällt auf, dass der Strehlwert deutlich durch Astigmatismus gemindert wird.

Bild 11

Hier kann man fast ½ lambda Wellenfrontfehler zwischen dem Bereich tiefblau und purpurrot ablesen.
Als Ursache ist eine Deformation des Spiegels wegen ungleichförmiger Temperaturverteilung möglich. Der Spiegel ist aus Duran, 35 mm dick. Der Spiegel wurde 2 Stunden vor Beginn der Messung in Position gebracht.

Ähnliche temporäre Astigmatismus - Erscheinungen konnte ich bei früheren Labormessung mittels Startest bei der Fertigung meiner 12“ und 16“ Spiegel feststellen. Die sind allerdings aus Quarz und Sital. Hier vermute ich einen schwachen, vertikalen Temperaturgradienten der Luft in Prüfraum als Ursache.

Kurzes Fazit des netten Nebenergebnisses: Die Messserie zeigt, dass selbst stark gestörte Interferogramme durch Mittelung normalisiert werden können. Anders gesagt, wenn die Luft im Prüfraum nicht so echt laborstartestgerecht ruhig zu bekommen ist, dann kann man mit FringeXP noch recht erfolgreich mitteln. Für solide Foucault- Messungen braucht man wie beim Startest ebenfalls sehr „ruhige“ Laborluft.

Gruß Kurt

[quote][Hältst Du es für möglich, dass bei Verwendung eines offenen Tubus sich die äußeren Einflüsse in Bodennähe stärker bemerkbar machen, als das Tubusseeing eines geschlossenen Systems?
/quote]
Hi Jens,
Die äußeren Einflüsse in Bodennähe werden durch den geschlossenen Tubus mit Sicherheit minimiert. Man läuft allerdings Gefahr, dass man den Teufel mit Beelzebub austreibt. "Beelzebub" das wären hier die komplexen Temperaturausgleichsvorgänge in Tubus. Dabei wäre noch zu unterscheiden ob vorne offen, wie bei kleinen und mittelgroßen Newtons üblich oder mit Glasplatte verschlossen, wie bei SCs, MACs und Sonderfertigungen z. B. Newton mit Planplatte (dazu weiß Alois sicher mehr). Texereau hat sich bereits vor längerer Zeit mit dem Problem beschäftigt und als Ergebnis seiner Untersuchungen einen 9" Cassegrain mit Planplatte gebaut. Das ist u. a. in seinem Buch "How to Make a Telescope " beschrieben.

Wie ich bei den jüngsten Versuchen erstmals echt sehen konnte, tummeln sich bei vorn offenem liegendem Tubus munter "Turbulezzellen" bevorzugt von oben nach unten durch die Interferenzstreifen. Den Gedanken an Messungen hab ich dabei gleich wieder sausen lassen, so schaurig sah das aus. Das hab ich vorher noch nicht derart signifikant erkennen können. Das Problem mit der Absaugung steht jetzt auch wieder mit neuem Fragezeichen da. Um zum eigentlichen Thema zurückzukehren: der beste Tubus nutzt nichts, wenn unmittelbar drum herum die Luft "turbeliert". Ich hoffe mit der hier beschriebenen Messtechnik kann man noch einiges zur Abhilfe herausfinden. Wenn aber nur theoretisch mäßig verderbte Messpraktiker wie ich es bin da herangehen, kann das nix werden[:D].
Gruß Kurt

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Ein geschlossenes Rohr ist eben stabiler und der Spiegel saut nicht so ein, allerdings stand da ja immer die Mär vom Tubusseeing im Raum. Das scheint aber gar nicht so störend zu sein.
Zu was würdest Du mir aufgrund Deiner Meßergebnisse raten?
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Hi Jens,
mangels praktischer Erfahrung kann ich Dir nur bedingt raten, welcher Tubus für Deinen Fall der günstigere ist. Vielleicht sagt ein Astofotograf etwas dazu. So viel kann ich wohl sagen: Die ganzen Versuche zur "Seeingbekämpfung" sind vornehmlich bei der Beobachtung/Fotografie von Planeten, Mond und Sonne wesentlich. Bei Langzeit- Belichtungen wird wahrscheinlich das unbeeinflussbare atmosphärische seeing dominant sein.

Gruß Kurt

Hallo Alois,
vielen Dank für Dein Lob. Ich mache das, weil es mich besonders interessiert. Irgendwann werde ich noch herausbekommen, wo in der Nähe meines Hauses der beste Standort ist[8D] <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">...121 Interferogramme machen und auswerten mitteln und eine Liste erstellen...
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Ich hab noch einige Dutzend nicht aufgelistet... wer möchte, kann bei mir üben kommen[:D] <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Dabei wurde hier erst ein Luftkegel gemessen der erst kurz vor dem Spiegel den vollen Durchmesser hat.
Noch interessanter wäre es in Autokollimation, weil da hättest du den vollen Durchmesser
auf die gesamte Tubuslänge und auch die Störung der einfallenden Parallelstrahlen.
Wahrscheinlich habe ich dir damit schon wieder einen Floh in das Ohr gesetzt.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Autokollimation bis 12" Öffnung kann ich ja mittlerweile auch. Für die seeing- Untersuchungen scheint mir das aber vorläufig noch zu empfindlich und vor allem zu umständlich zu sein. Insbesondere deshalb, weil ich gerne noch in verschiedene Richtungen zum Horizont und auch in verschiedenen Höhen messen möchte.

Gruß Kurt

Hallo Frank,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Das ist ja alles sehr niedreschmetternd mit dem Bodenseeing.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Da bin ich nicht ganz so pessimistisch. Immerhin hab ich mit dem Lang- Newton schon einige sehr schöne Planetenbeobachtungen und auch Fotos machen können. Es ist ja zum Glück nicht ununterbrochen besch...seeig. <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Aber wie würde man sich denn für die Aufstellhöhe entscheiden müssen,in 2m Hohe ist man doch bestimmt von gößeren Temreaturschwakungen betroffen als sagen wir mal 30cm über dem Boden , hat das nicht auch unterschiedliche Auswirkungen auf die Spiegelgüte in Bezug auf thermische Verspannung , Ausdehnung ? Und wie weit spielt da die Strahlungswärme eine Rolle dei ja am Boden eher konstant sein müsste und in 2m höhe von Windggeschwindigkeitsänderungen stärker betroffen ist wenn man davon ausgeht das die Luft ja auch Strahlungswärme aufnimmt und mal mehr oder weniger weggeblasen wird ?
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Ich glaube nicht, dass man eine allgemeingültige "Formel" finden wird außer der: je höher, desto besser. In größerer Höhe hat man zwar Wind, aber annähernd homogene Temperaturverteilung. Nicht umsonst ziehen die Profis auf hohe Berge. Z. B. steht auf
La Palma das 1m Solarteleskop der Schwedischen Akademie der Wissenschaften. Es ist als Turmteleskop aufgebaut, ca 15 m über Grund. Dort hat man die dbisher besten erdgebundene Sonnenfotos gemacht mit 0,15" Auflösung. Nachts ist das Gerät ein Super- Planetenrohr. Ich durfe vor einem Jahr live dabei sein. Auch die übrigen Teleskope dort oben profitiern von der Höhe: trotz Wind oft sehr gutes seeing.

Zurück zu unseren Bedingungen. Bei mir ist es in klaren Nächten meist fast windstill. Folglich bildet sich ein extrem starker Temperaturgradient in der bodennahen Luftschicht aus. Der kleinste Windhauch bringt diese Suppe dann zum Wabern, so meine Vorstellung.
Als nächstes werde ich mein 12" Cassi erhöht aufstellen, parallel zum Lang- Newton und zusätzlich einge Messungen mit dem I- Meter jeweils in unmittelbarer Nähe beider Teleskope machen. Mal sehen, was dabei herauskommen wird.

Gruß Kurt