Warum taut ein offener Newtonspiegel in feuchten Nächten nicht zu?

  • In zahlreichen Diskussionen wird im Hinblick auf mein offenes Spiegelteleskop seit vielen Jahren immer wieder der Einwand vorgebracht, dass der Spiegel ohne den Schutz durch einen Tubus in hohem Maße der Gefahr des Zutauens ausgesetzt sei. In einer parallel laufenden Diskussion wurde nun erneut klar, dass über die thermische Wirkung spiegelnder Oberflächen weitgehend Unklarheit herrscht. Aus diesem Anlass möchte ich hier nochmal versuchen klarzustellen, warum der offene Newtonspiegel nicht zutaut.


    Tau bzw. Reif schlägt sich an festen Gegenständen nieder, aber nur dann, wenn sich deren Temperatur unterhalb des Taupunkts der umgebenden Luft befindet. Am Taupunkt wird die maximale Aufnahmefähigkeit der Luft für gasförmigen Wasserdampf erreicht. Darüber hinausgehender Wasserdampf verdichtet sich durch Kodensation in den flüssigen bzw. festen Zustand, und es bildet sich Tau bzw. Reif. Dabei ist entscheidend, ob sich die Temperaturen oberhalb oder unterhalb von 0°C, dem Gefrierpunkts des Wassers bewegen.


    Der Taupunkt der Luft liegt aber selbst in Nächten mit 80% relativer Feuchtigkeit immer noch ein paar Grad unterhalb der Lufttemperatur, siehe Tabelle.

    Da nun der offene Newtonspiegel allseitig in unmittelbarem Kontakt mit der umgebenden Luft steht, und die Wärmeabstrahlung in Richtung des kalten Nachthimmels durch die Oberflächenverspiegelung weitestgehend ausgeschaltet ist, kann seine Temperatur nicht unter den Taupunkt absinken. Daher kann der Spiegel auch nicht zutauen, es sei denn, die Luft erreicht 100% Feuchtigkeit, dann bildet sich aber auch bereits Nebel in der Luft ...



    CS Jan

  • Hallo Jan,


    das deckt sich mit meinen Erfahrungen mit einer allseits offenen Gitterrohrkonstruktion ohne Spiegelbox/Tubusstück um den Hauptspiegel. Beschlag des Hauptspiegels war nie ein Problem.


    Viele Grüße, Holger

  • Hallo Jan,

    ich würde sogar sagen, wenn der Spiegel nach oben guckt, kann er wärmer bleiben als die Luft, wenn die sich unter Bodentemperatur abkühlt.

    (Bei 100% Luftfeuchte liegt der Taupunkt bei Lufttemperatur)

    Früher konnte ich mir nicht erklären, wie ein HS im geschlossenen Blechtubus unter Lufttemperatur fallen kann und zutaut. Da hatte ich so abstruse Überlegungen, dass seine Oberfläche mit einer hygroskopischen Substanz belegt sein könnte.

    Jetzt glaube ich stark, dass durch indirekte Abstrahlung, also von seiner Rückseite in die Spiegelzelle und von der ins Weltall der HS noch immer unter Lufttemperatur sinken kann. Und so können beide Spiegel, der Fangspiegel sowieso, in der Nacht zutauen.


    Was ich nicht verstehe worin der Unterschied liegt zwischen einem oberflächlich und rückseitig verspiegelten Spiegel liegt. Ich erinnere daran, dass mein GSO-HS eine Quarzschicht über dem Aluminium haben soll.


    Gruß

    Stephan

  • ...ich denke schon daß ein Tubus o.ä. einen gewissen Schutz darstellen. Ausserdem tatsächlich zu bedenken : Tau/Feuchte lagert sich vermehrt auch an Staubteilchen an (Kondensationskerne), ein verschmutzter Spiegel dürfte eher zum Beschlagen neigen. Ein nettes Beispiel: Verschmutzte Autoscheibe (Auch Schmutz den man nicht sieht): Gefriert tendenziell in kalter Nacht zu.

    Wenn ihr mal versucht die Scheibe megarein zu kriegen (Alkohol, nachreiben...) und viell. sogar noch mit nem Wachslappen drübergeht, habt ihr morgens kein Eis drauf, der Nachbar mit den ungereinigten Scheiben dagegen schon !

  • Dann verstehe nicht, wieso der offene Hauptspiegel von Martin Birkmaier auch zu gelaufen ist ... und etliche Leute auf dem Platz noch mit geschlossenen Tuben guggten. Mir scheint, hier werden Mären verbreitet.

  • Kleine Beobachtung meinerseits: Bei meinem 10-Zöller liegt der HS auch offen. In der Regel keine Probleme mit dem Zulaufen. Als ich jedoch am 6. September gegen 01:00 Uhr die Abdeckung vom HS nahm (dasTeleskop hatte ich bereits am Abend vorher auf die Montierung gebracht und justiert), begann der HS vom Rand her zuzulaufen. Ein kurzer Puster mit dem Föhn (den brauchte ich, um den FS vom Beschlag zu befreien, die Heizung hätte zu lange gebraucht), hatte das Problem dann dauerhaft - wenigstens für meine Beobachtungszeit von einer guten Stunde) beseitigt.


    Viele Grüße

    Oskar

  • Servus,


    mal ein Vergleich Spiegel vs. Linse, beide gleich groß und gleich schwer auf den offenen nächtlichen Himmel gerichtet. Beide aus demselben Material BK7, der Spiegel mit Aluminium beschichtet, welcher taut (schneller) zu ?


    Linse im Infraroten wird bei 2,8 um opak, d.h. im Rückschluss ist im Infraroten die Wärmeemission der Linse 'optimiert' und diese kann sich somit auf Temperaturen unterhalb der umgebenden Lufttemperatur abkühlen da der offene Himmel eine Temperatur i.d.R. von deutlich unterhalb der Umgebungstemperatur hat.

    -> Wenn keine Maßnahmen ergriffen werden (Taukappe) dann taut die Linse zu


    Spiegel mit Aluminium Beschichtung haben bis weit in den infraroten Bereich hinein eine hohe Reflektivität und emittieren somit wenig ihrer innewohnenden Wärmeenergie, ergo kühlen sie nicht (so schnell) ab und tauen nicht (so schnell) zu wie eine Linse.


    CS, Heiko

  • Was ich nicht verstehe ...

    Hallo Stephan,


    ein Fernrohrtubus wird in klaren Nächten infolge der Wärmeabstrahlung in den Himmel oftmals um mehrere Grad und dann gelegentlich auch unter den Taupunkt der Umgebungsluft abgekühlt, und mit dem Tubus dann natürlich auch der eingeschlossene Spiegel. Die Quarzschicht auf Spiegelflächen ist nur einige µm dick und spielt somit thermisch keine Rolle, sie würde ja sonst insbesondere auch die Abbildungsleistung eines Teleskopspiegels im Infrarot beeinträchtigen.


    CS Jan

  • Als ich jedoch am 6. September gegen 01:00 Uhr die Abdeckung vom HS nahm (dasTeleskop hatte ich bereits am Abend vorher auf die Montierung gebracht und justiert), begann der HS vom Rand her zuzulaufen

    Na klar, Oskar, die Abdeckung war unterkühlt und hat die Spiegeltemperatur mitgezogen.


    CS Jan

  • Spiegel mit Aluminium Beschichtung haben bis weit in den infraroten Bereich hinein eine hohe Reflektivität und emittieren somit wenig ihrer innewohnenden Wärmeenergie, ergo kühlen sie nicht (so schnell) ab und tauen nicht (so schnell) zu wie eine Linse.

    Genau so sehe ich das auch, Heiko.

    CS Jan

  • Hallo,

    Dann verstehe nicht, wieso der offene Hauptspiegel von Martin Birkmaier auch zu gelaufen ist ... und etliche Leute auf dem Platz noch mit geschlossenen Tuben guggten. Mir scheint, hier werden Mären verbreitet.

    Ich denke nicht das es sich dabei um Märchen handelt.

    Für den zugelaufenen Hauptspiegel von Martin Birkmaier müsste man jetzt auch die Bedingungen kennen, die am Beobachtungsplatz herrschten. So wie du es beschreibst könnte diese Situation an einem Teleskoptreffen entstanden sein. Eventuell waren da die Spiegel der Teleskope schon so kalt, das sie unter dem Taupunkt einer Nacht kamen.


    Mein sehr offen eingebauter Hauptspiegel vom 12" Newton beschlägt auch nicht. Der Glasklotz hat soviel Masse und Energie gespeichert, so das dieser immer wärmer bleibt als die Lufttemperatur in der Beobachtungsnacht. Bei normalen Bedingungen taut mir der Spiegel nicht zu. Er strahlt ja durch seine Beschichtung kaum in den Himmel ab.

    Ich habe diesen Spiegel aber auch schon dazu gebracht, das er mir zutaute: Das passiert wenn es die seltene Gelegenheit gibt, ein paar Nächte hintereinander zu beobachten und ich das Teleskop im Auto lasse. Anscheinend wird der Spiegel dann so kalt, das er in einer Nacht zutauen kann, an der eine höhere Lufttemperatur herrscht als der Spiegel hat. Das kann dann passieren wenn die vorhergehenden Nächte sehr kalt waren, die Nacht in der der Spiegel zutaut aber wärmer ist als der Spiegel.

    Das passiert jedoch nur selten, und seit diesen Erfahrungen überhaupt nicht mehr, da ich mein Teleskop nach jeder Beobachtungsnacht wieder in die Wohnung bringe, wodurch sich der Spiegel auch wieder aufwärmt.


    Ich habe auch schon mal die Bedingungen in der Nacht gemessen, und es gibt in den Nächten auch immer mal wieder einen Temperaturverlauf, bei der es in der Nacht wärmer wird. So einen Verlauf hatte ich in dieser Novembernacht:

    Interessant in diesem Zusammenhang ist die gelbe Linie, bei der die Lufttemperatur erst gefallen ist um dann wieder anzusteigen. In solchen Situationen -kann- ein Spiegel unter den Taupunkt kommen.




    Ich sollte mir auch mal wieder einen Temperatur/Feuchte Logger zulegen, denn es ist schon interessant was in der Nacht mit der Temperatur und der Luftfeuchte passiert.


    Was ich nicht verstehe worin der Unterschied liegt zwischen einem oberflächlich und rückseitig verspiegelten Spiegel liegt. Ich erinnere daran, dass mein GSO-HS eine Quarzschicht über dem Aluminium haben soll.

    In unserem Hobby liegt da schon ein gewaltiger Unterschied.

    Die rückseitig verspiegelten Spiegel wie ein Planspiegel oder Badezimmerspiegel haben nur ein wenige Millimeter starkes Glas auf der eine Aluschicht aufgebracht wird und diese mit einem Schutzlack gegen Beschädigung und Korrosion gesichert wird. Für ein Spiegelbild muss das Licht das Glas durchqueren, von der Aluschicht reflektiert werden und wieder das Glas durchqueren.


    Unsere Teleskopspiegel haben sehr viel mehr Masse und sind zudem "von vorne" verspiegelt und mit einer dünnen Quarzschutzschicht gegen Beschädigung und Korrosion gesichert. Das Licht muss nicht erst das Glas durchqueren um reflektiert zu werden, sondern wird direkt von der Aluschicht reflektiert. Diese verhindert auch das auskühlen vom Spiegel.


    Im Grunde genommen wäre ein Fangspiegel bildlich gesprochen ein rückseitig verspiegelter Spiegel, der dadurch auch so schnell auskühlen kann, da seine unverspiegelte Seite in Richtung des kalten Weltraums zeigt und dieser munter abstrahlen kann.


    Viele Grüße

    Gerd


    PS: An Jan_Fremerey

    Bitte ohne Zeilenumbruch schreiben und den Zeilenumbruch vom Browser erledigen lassen. Auf einem großen Monitor sehen solche Texte gut aus, auf kleinen Monitoren wird der erzwungene Zeilenumbruch unansehlich und schwer lesbar.

  • Ist noch immer keine Erklärung, auch an Jan,

    der Rasierspiegel guckt nach oben. Hat zwar keine Masse, die Wärme speichert, lässt aber keine Wärme oben raus. Oder doch, wegen der Glasschicht darüber? Dann hätte aber mein Versuch mit dem angewärmten Spiegel anders verlaufen müssen, die Temperaturen von Vorder-und Rückseite hätten sich nicht so unterscheiden dürfen.


    Das ist klar, wenn die Spiegel nachts ausgekühlt sind und morgens die Temperatur steigt, beschlagen alle kalten Flächen oft.


    Gruß

    Stephan

  • Bitte ohne Zeilenumbruch schreiben und den Zeilenumbruch vom Browser erledigen lassen.

    Danke für den Hinweis. Hatte den Text in LibreOffice editiert und von dort aus kopiert, dann sah er so aus wie jetzt. Daraufhin habe ich den Text in den Windows Editor transferiert und von dort aus ins Forum kopiert. Dann erschien er zunächst in der Vorschau, dann aber auch nach dem Hochladen richtig, d.h., mit dem von der Forensoftware gegebenen Umbruch. Als ich den Thread aber das nächstemal aufrief, erschien der Text wieder in der fehlerhaften Darstellung. Kann man denn den Text jetzt noch nachträglich wieder ins richtige Format bringen? Vielleicht liest ja einer von den Admins mit ...


    CS Jan

  • (1) der Rasierspiegel guckt nach oben. Hat zwar keine Masse, die Wärme speichert, lässt aber keine Wärme oben raus.


    (2)Das ist klar, wenn die Spiegel nachts ausgekühlt sind und morgens die Temperatur steigt, beschlagen alle kalten Flächen oft.

    Hallo Stephan:


    (1) Die Masse des Spiegels spielt überhaupt keine Rolle. Wie ich schon in unserem anderen Thread vorgeschlagen hatte, kannst Du mal einen Keksdosendeckel mit der blanken Innenseite nach oben in den Garten legen, der taut auch nicht zu. Warum sollte der Rasierspiegel keine Wärme nach oben rauslassen? Das Glas liegt zwar auf der kalten Seite der Spiegelschicht, aber es taut auch nur dann zu, wenn seine Temperatur unter den Taupunkt der Luft fällt.


    (2) Sie beschlagen aber nur dann, wenn gleizeitig auch die Feuchtigkeit der Morgenluft deutlich ansteigt.


    CS Jan

  • Hallo,

    der Rasierspiegel guckt nach oben. Hat zwar keine Masse, die Wärme speichert, lässt aber keine Wärme oben raus. Oder doch, wegen der Glasschicht darüber? Dann hätte aber mein Versuch mit dem angewärmten Spiegel anders verlaufen müssen, die Temperaturen von Vorder-und Rückseite hätten sich nicht so unterscheiden dürfen.

    Ich nehme an, es geht um dieses Experiment?

    Für mich ist es nachvollziehbar, das solche unterschiedliche Temperaturen herausgekommen sind. Dein Pyrometer kann die Verspiegelung nicht messen, warum, das wurde im Thread "🏴‍☠️ Seeing durch FS-Spinne 🏴‍☠️" beschrieben. Die Temperatur auf der Vorderseite wird die Lufttemperatur oder die Temeperatur vom Messgerät sein, die sich im Spiegel reflektiert. Die Rückseite von deinem Spiegel in deinem Versuch kannst du messen. Wie es aussieht hast du den schwarzen Kunststoff vom Spiegel gemessen. Der hat sich sicher in der Sonne aufgeheizt und strahlt jetzt eben mit dieser Temperatur ab.


    Und vor allem, was soll diese dünne Glasscheibe auch an Wärme speichern, die rückseitig verspiegelt ist? Nahezu nichts. Glas ist zudem ein guter Wärmeleiter, das wenige gespeicherte Energie gibt diese schnell ab.


    Viele Grüße

    Gerd

  • Kann man denn den Text jetzt noch nachträglich wieder ins richtige Format bringen? Vielleicht liest ja einer von den Admins mit ...

    Einfach auf "Bearbeiten" klicken und die erzwungenen Zeilenumbrüche entsprechend mit der Backspace-Taste löschen.


    Viele Grüße

    Gerd

  • Quote from Jan Fremerey

    Na klar, Oskar, die Abdeckung war unterkühlt und hat die Spiegeltemperatur mitgezogen.

    Hallo Jan, macht Sinn. Dann lass ich den Spiegel mal offen.


    Viele Grüße

    Oskar

  • Hallo Gerd und Jan,


    hier verweise ich auf Jan und seinen Keksdeckel. Es geht nicht um Wärmespeicherung sondern darum, dass der Deckel von unten Wärme bekommt aber oben nicht abstrahlt und deshalb nicht unter (und vielleicht sogar über) Lufttemperatur bleibt. Jetzt sagt Jan, das funzt nicht mit dem Rasierspiegel, weil der rückseitig verspiegelt ist und nach oben doch Wärme abstrahlt. Ich vestehe dann nicht, wieso ich diese Strahlung mit dem IR-Thermometer nicht messen kann.

    Jetzt gibt es natürlich noch die Möglichkeit, dass mein IR-Thermometer bei einer anderen Wellenlänge misst als wo das Glas emittiert und das Glas trotzdem stark im IR emittiert.

    Dennoch laufen natürlich beide Versuche. Mit Alublech und Spiegel, aber bis jetzt waren die nicht beschlagen, nur regennass.


    Gruß

    Stephan

  • Jetzt sagt Jan, das funzt nicht mit dem Rasierspiegel, weil der rückseitig verspiegelt ist und nach oben doch Wärme abstrahlt. Ich vestehe dann nicht, wieso ich diese Strahlung mit dem IR-Thermometer nicht messen kann.

    Hallo Stephan,


    was ich gesagt habe, ist: "Warum sollte der Rasierspiegel keine Wärme nach oben rauslassen? Das Glas liegt zwar auf der kalten Seite der Spiegelschicht, aber es taut auch nur dann zu, wenn seine Temperatur unter den Taupunkt der Luft fällt."


    Damit ist ja nicht gesagt, dass er zutaut, sondern nur, unter welchen Bedingungen er zutaut. Und da steht der Wärmezufluss an der Unterseite mit dem Wärmeabfluss von der Oberseite in Konkurrenz. Was Du mit dem IR-Thermometer misst, ist ja im wesentlichen das, was das Thermometer "sieht", und das ist nur in dem Maße das Glas, wie dieses für das Thermometer undurchsichtig ist.


    CS Jan

  • Hallo Jan,


    ich habe angenommen, wenn ich den Spiegel (durch die Glasfläche) nicht messen kann mit dem IR-Thermometer, dann, weil er eben IR-Strahlung reflektiert wie der Keksdeckel.

    Wenn aber das Gerät bei einer Wellenlänge misst (wahrscheinlich bei zwei) das Glas aber bei einer anderen Wellenlänge viel IR-abstrahlt, ist es komplizierter, und es kann sein, dass der Spiegel zutaut.

    Aber du hast gesagt: "Das wird nicht funktionieren". Versuch macht klug. Aber der Rasierspiegel ist ja nur eine Nebensache und eigentlich für unsere Zwecke unwichtig.


    Man kann aber sagen, dass die Strahlungsthermometer nur dann verlässlich messen, wenn die gemessene Strahlung in ihrem Messbereich der des abfallenden Astes der eines schwarzen Strahlers entspricht. Was offenbar in den meisten Fällen zutrifft. Und was logischerweise für blanke Flächen weniger als für rauhe Flächen zutrifft.



    Gruß

    Stephan

    Edited once, last by quilty ().

  • Aber der Rasierspiegel ist ja nur eine Nebensache und eigentlich für unsere Zwecke unwichtig

    Hallo Stephan,

    das sehe ich auch so. Im übrigen würde ich für Temperaturmessungen grundsätzlich Kontaktthermometer bevorzugen, dabei ist man dann weniger auf Spekulationen angewiesen ...

    CS Jan

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