Nachführung & das Kreuz mit dem bewegten Himmel

Und sie dreht sich doch...

Die Tatsache, dass sich der Himmel über unseren Köpfen bewegt, ist dem Menschen schon vor Urzeiten aufgefallen und hat sowohl Erstaunen als auch Neugierde geweckt. Ohne auf die geschichtliche Einordnung der Himmelsmechanik einzugehen sei gesagt: Die Schlüsse die daraus gezogen wurden waren nicht immer korrekt (Stichwort Geozentrisches Weltbild), aber belustigender Weise ist die Annahme einer sich über uns bewegenden Schale an denen die Sterne "festgeheftet" sind so falsch wie ausreichend für diejenigen die ihre liebe Last damit haben, dass sich die Sterne eben scheinbar über den Himmel bewegen statt starr an einer Stelle zu stehen - für uns Hobbyastronomen! 


Warum und wie sich nun der Himmel bewegt, warum die Bewegung im Teleskop so viel stärker wahrzunehmen ist und wie sie uns beim Beobachten oder gar beim Fotografieren behindert - darauf will ich in diesem Artikel eingehen.

In Wahrheit resultiert die Bewegung des Himmelshintergrundes natürlich aus zwei Bewegungen unseres "Raumschiffs Erde".

Zum einen dreht sich die Erde in annähernd 24 Stunden einmal um ihre Achse, zum anderen bewegt sie sich auf einer elliptischen Umlaufbahn im Laufe eines Jahres um die Sonne. Die Drehbewegung sorgt dafür, dass sich der Himmel im Laufe einer Nacht verändert, die zweite dafür, dass wir im Laufe eines Jahres immer andere Areale des Himmels zu sehen bekommen.


Um den Einfluss der Drehbewegung zu visualisieren, hier zwei kurze, vereinfachte Animationen:


A.1.0 - Die Erddrehung aus Sicht eines Beobachters außerhalb der Erde


erddrehung 01 from Benny Hartmann on Vimeo.

A.1.1 - Die identische Bewegung nun von einem ortsfesten Beobachter auf der Erdoberfläche (bzw. etwas darüber ;))

 

Erddrehung 02 from Benny Hartmann on Vimeo.

Diese Bewegung des Himmels fällt jedem auf, der auch nur eine Stunde lang in der Nacht den Himmel beobachtet und darauf achtet wo helle Sterne stehen bzw. welche Sternbilder zu sehen sind. Schon nach einer Stunde hat sich der Himmel "weitergedreht". Die eigentlich Bewegung ist jedoch so langsam, dass wir sie mit dem bloßen Auge nicht als solche wahrnehmen. Der Vollständigkeit halber noch ein Zeitraffervideo, welches die nächtliche Bewegung an einem realen Himmel zeigt. Zirka zweieinhalb Stunden wurden hier auf 18 Sekunden beschleunigt um den Effekt gut sichtbar zu machen (Einzelbilder mit einer DSLR auf Stativ). 



Beobachtungsnacht 22.10.2011 from Benny Hartmann on Vimeo.




Und weg sind sie...

Was auf den ersten Blick keinen allzu großen Einfluss auf unsere teleskopischen Beobachtungen zu haben scheint - sieht man davon ab, dass sich Objekte im Verlauf der Nacht in Richtung Westhorizont verabschieden, während sich neue im Osten über den Horizont begeben - ist aber eine essentielle Tatsache die vielen Amateurastronomen schon eine Unmenge an Geld gekostet hat! Aber der Reihe nach.

Wenn wir etwas in unserem Teleskop vergrößern, dann wächst damit mehr als nur der scheinbare Durchmesser vor unserem Auge, zugleich vergrößern wir auch Dinge wie beispielsweise die Luftunruhe (Seeing) mit, was zu einem Wabern führt, das uns mit bloßem Auge kaum bis gar nicht auffällt (es sei denn an einem heißen Sommertag über flirrendem Asphalt, über einer Kerze oder auch in einer "schlechten" Nacht durch das Funkeln der Sterne). Genauso vergrößern wir auch die Bewegung des Himmels um genau den Faktor, den wir mit dem Okular vergrößern. Die zuvor in kurzen Zeiträumen kaum wahrnehmbare Bewegung beschleunigt sich hierdurch immens und die beobachteten Ziele werden zu wahren Geschossen.

Wir müssen uns immer vor Augen halten, dass wir beim Beobachten durch ein Teleskop immer nur einen winzigen Ausschnitt des Himmels betrachten. Bei niedrigen Vergrößerungen mit einem mittelgroßen Teleskop erreichen wir je nach Okular vielleicht die Größe eines auf Armeslänge gehaltenen 2€ Stücks. Vergrößern wir höher schrumpft das überblickte Feld schnell auf die Größe eines Centstücks und noch weit darunter!

Zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Durchgangszeiten soll die folgende Animation dienen. Sie zeigt die wahre Bewegung eines Objektes bei zwei unterschiedlichen Vergrößerungen. Das zugrunde liegende Teleskop ist ein weitverbreitetes 8" f/6 Newtonteleskop, die Okulare haben ein moderates Gesichtsfeld von 68° wie sie viele noch recht günstige Okulartypen bieten.

Erstellt mit Hilfe des Freewareprogramms Stellarium
Bitte in VOLLBILD abspielen um die Bewegung realitätsnah zu erleben!


durchlaufzeiten 01 from Benny Hartmann on Vimeo.

Der Unterschied ist frappierend. Damit wären wir beim lieben Geld, das ich anfangs schon erwähnte... 



Nachführung: Luxus oder Pflicht?

Nahezu jeder Interessierte, der damit liebäugelt in dieses schöne Hobby einzusteigen und gedenkt sich ein Teleskop anzuschaffen, kennt in der Regel erst einmal nur einen Montierungstyp: Die parallaktische Montierung. Dieser Montierungstyp ist in der Vorstellung vieler als DER Unterbau für "echte" Teleskope tief verankert. Schicke Zahnräder, Wellen, Kabel, Steuerungen - eben Technik pur für den "Profi".

In der Tat löst die parallaktische Montierung (auch "Deutsche Montierung" genannt) das lästige Thema „Nachführung“. Nachdem man die Montierung korrekt aufgestellt hat - man spricht hier vom Einnorden - führt sie entweder über eine manuell bediente Welle oder einen Motor das Teleskop der scheinbaren Himmelsbewegung nach und sorgt dafür, dass die beobachteten Objekte auf lange Zeit nicht aus dem Gesichtsfeld wandern. Hierzu wird die Rektaszensionsachse (auch Stundenachse genannt - siehe Abbildung oben) auf den vermeintlichen Dreh- und Angelpunkt der himmlischen Bewegung ausgerichtet. Dies ist in der nördlichen Hemisphäre der viel besungene Polarstern (korrekt: Polaris) im Sternbild Kleiner Bär (Ursa minor). Je nach Beobachtungsstandort steht er in unterschiedlicher Höhe, genau auf Höhe des Breitengrades. In meiner Heimat also auf 50°, an den Küsten um 53° und im Süden des Landes um 47°. Dreht sich diese Achse nun, ist sie mit der Drehachse der Erde synchron.

Eine solche Montierung ist schon ein gutes Stück Technik und Maschinenbaukunst. So etwas hat seinen Preis - zumal wenn sie zuverlässig arbeiten soll. Aber wo genau ist jetzt der Haken auf den ich hinarbeite?!

Die Montierung eines Teleskops ist im wahrsten Sinne des Wortes unsere Verbindung zwischen Himmel und Erde - und STABILITÄT ist hier essentiell! Eine Montierung die wackelt verdirbt dem

Einsteiger den Spaß schneller als er "Nachführung" sagen kann. Wir erinnern uns: Beim Vergrößern wird nicht nur das Bild vergrößert sondern auch die Luftunruhe, die Bewegung des Himmels und... jedes noch so leichte Zittern!

Man kann grundsätzlich davon ausgehen, dass alle in Einsteigerpaketen verkaufte (parallaktische) Montierungen für das montierte Teleskop mindestens 1-2 Preisstufen zu schwach sind um ein freudvolles Beobachten zu ermöglichen.


Rufen wir uns an dieser Stelle nochmals die obige Vergleichsanimation mit den Durchlaufzeiten bei unterschiedlichen Vergrößerungen ins Gedächtnis (gerne auch nochmal anklicken). Schnell wird klar, dass beim Beobachten eines Objekts bei der oben gezeigten Vergrößerung von knapp 40-fach keinerlei Nachführung benötigt wird: es dauert gefühlte Ewigkeiten bis ein Objekt aus dem Gesichtsfeld läuft. Wie ist es bei 240-facher Vergrößerung ? Durchaus schon schneller, aber man hat auch noch einige Zeit zum Beobachten bevor man hier handeln muss. 
 
Schauen wir uns nun auf der anderen Seite die Teleskope an, die im unteren Preissegment mit parallaktischer Montierung verkauft werden. Es handelt sich durch die Bank weg um Teleskope mit einer Öffnung zwischen 70 und 120 mm. Benötigen solche Teleskope eine parallaktische Montierung? Ich meine für das rein visuelle Beobachten von Objekten definitiv nicht! Ein 70mm Rohr kann selbst bei hervorragender optischer Qualität maximal eine 140-fache vergrößern liefern. Die eher billigen Kleinspiegel und vor allem achromatischen Linsenteleskope schieben schon viel schneller den Riegel vor. 


Und was ist mit Fotografie?!

Für die Aufnahme von Astrofotos ist eine Nachführung sehr wünschenswert bzw. sowie wir DURCH ein Teleskop fotografieren unersetzlich. Jedoch ist Astrofotografie ein komplexes Thema für sich, eines das natürlich gerade zum Einstieg viele - wenn nicht alle - (ich schließe mich da bewusst nicht aus) reizt. Allerdings kommen wir hier in Bereiche die viel mehr erfordern: Nachführkontrolle, eine hochwertig gearbeitete Montierung, Tragkraft für Kamera und Zubehörteile und und und... Wer dazu mehr lesen möchte der kann gerne einmal im entsprechenden Artikel blättern. Ohne Nachführung werden auch kurzbrennweitige Übersichtsaufnahmen großer Himmelsausschnitte nach kurzer Zeit zu so genannten „Strichspuren“, welche durchaus auch ihren Reiz haben, vor allem wenn man eine längere Serie mit interessanten Vordergrundobjekten schießt.

Polaris und der Himmelspol, Langzeitaufnahme ohne Nachführung

Bleiben wir einstweilen bei den Einsteigerteleskopen die weniger als ein Monatsgehalt kosten. Hier sehe ich wenig Sinn allzu viel Geld in eine automatische Nachführung zu investieren - Denn Fakt ist: Bei solchen Teleskopen fließt unverhältnismäßig viel Geld in die Montierung, während die Optik im Gegenzug eher stiefmütterlich behandelt wird und eben das aufgesattelt wird, was der spärliche Rest des Budgets noch hergibt. Diese ist dann meist qualitativ nicht sehr hochwertig, vor allem aber vergleichsweise klein. Und eben diese Größe der Optik bestimmt wie hoch wir vergrößern können.

Somit beißt sich die Katze wieder in den Schwanz und wir können bis hierhin festhalten:

• Nachführung ist Pflicht für Astrofotografie
• Nachführung ist angenehm bei sehr hohen Vergrößerungen
• Hohe Vergrößerungen sind nur mit größeren Optiken sinnvoll
• Montierungen für größere Optiken kosten ein Heidengeld
  

Zeit zum Sehen

Lassen wir die Fotografie zunächst einmal außen vor. Nun wollen wir doch aber auch möglichst entspannt visuell beobachten. Bei den schon oft angesprochenen niedrigen bis mittleren Vergrößerungen ist das ohne Aufwand und Stress mit einfachen Montierungen der azimutalen Bauart möglich. Bei diesen Montierung führt man händisch selbst in zwei Achsen nach - einfach ausgedrückt: Links/Rechts, Rauf/Runter.

Hierzu gibt es zum einen Montierungen in verschiedenen Preisklassen, mit denen man kleinere und mittlere Teleskope bis gut 6" (manche vertragen auch schwerere Teleskope) auf einer Montierung mit Stativ befestigen kann. Um als Ansatzpunkt ein paar Namen solcher Montierungen zu nennen: Giro 3 oder mini, Vixen Porta , GSO ATZ , Skywatcher AZ4 , Skywatcher SKYTEE und wie sie alle heißen mögen. Natürlich bekommt man auch hier genau so viel wie man bereit ist zu zahlen. Leichtgängigkeit und Tragfähigkeit sollten auch hier auf das jeweilige Teleskop abgestimmt werden. Insbesondere bei kleineren Geräten halte ich solche Montierungen für eine fantastische Möglichkeit der Optik vergleichsweise günstig und trotzdem stabil und einfach in der Handhabung einen passenden Unterbau zu spendieren.

Wenden wir uns im folgenden aber wieder den größeren Optik von 8" aufwärts zu. Hier stellt sich meist gar nicht mehr die Frage was als Montierung in Frage kommt - Die parallaktischen Montierungen, die eine solche Optik nötig machen sind unter 1000€ praktisch nicht zu bekommen, die kleinen azimutalen sind auch schnell mit dem Gewicht überlastet. Ergo bleibt für die größeren Spiegelteleskope fast immer noch die Dobson Montierungübrig - Eine einfache Holzbox in die das Teleskop eingehängt und dann per Hand wie eine azimutale Montierung verwendet wird. Die Objekte laufen natürlich auch hier bei hohen Vergrößerungen stetig aus dem Gesichtsfeld, mit der Hand am Gerät muss man nun immer mal wieder "nachschubsen". 

Man vergleiche also nochmals die Durchlaufzeit bei der schon nicht allzu niedrigen Vergrößerung oben bei 240-fach. Bis zu dieser Vergrößerung kann man mit etwas Übung noch mit jedem Gerät so wie es aus der Packung kommt ohne viel Stress nachführen. Aber natürlich gibt es hier bei den "günstigen" Dobsonteleskopen durchaus noch erhebliches Verbesserungspotential um die Nachführung sanfter und ruckelfreier zu machen. Kommen wir nun aber in den wenigen Nächten (Stichwort Luftunruhe/Seeing) in denen dies durch die Atmosphäre erlaubt wird in Vergrößerungsbereiche die in Richtung 300-fach, 400-fach oder darüber gehen, dann ist für entspanntes Beobachten schon eine Lösung gefragt - Vor allem wenn man dann auch noch den Wunsch hat eine akkurate Zeichnung des Gesehenen anzufertigen wie es viele Sternfreunde tun.

Wir haben beim Dobsonteleskop nun drei Möglichkeiten die Beobachtung auch bei hohen Vergrößerungen zu erleichtern. Beginnen wir mit der einfachsten, bereits angesprochenen an. Das Teleskop sollte natürlich auch als Dobson nicht wackeln und zittern, hier schaffen oftmals schon ein paar zusätzliche Schrauben und/oder Winkel beim Zusammenbau der Standardbox eine erhöhte Stabilität. Des weiteren ist eine EbonyStar/Teflon Lagerung dem meist verbauten Rollenlager vorzuziehen, es bewegt sich gleichbleibend sanfter. Diese Kombination aus rutschfreudigem Teflon und der rauen Oberfläche des Ebonystar - im Prinzip nichts anderes als man es von der Beschichtung von Küchenarbeitsplatten kennt - schafft ein viel entspannteres Nachführen. Teurere Dobsonteleskop von namhaften Herstellern sind meist schon ab "Werk" mit einer wesentlich sanfteren Mechanik und höherer Stabilität ausgerüstet, kleine Verbesserungen können aber auch hier noch mehr Spaß bringen.

Kommen wir jetzt aber zu DEM Heilmittel was zumindest für gelegentliche Ausflüge in die Hochvergrößerung Linderung verschafft - Die richtigen Okulare!
Um noch einmal auf die Durchlaufzeiten zurückzukommen: Diese hängen auch und vor allem vom scheinbaren Gesichtsfelddurchmesser des jeweiligen Okulars ab. Während die einfachsten Plösslokulare meist nur etwas über 50° bieten, die gerade von Einsteigern wegen ihres günstigen Preises gern genutzten Planetary Okulare 60°, moderate Weitwinkel wie es sie unter Dutzenden unterschiedlichen Markennamen gibt zwischen 65 und 72°, fangen die so genannten Ultraweitwinkel bei 80° an. Eben jene können durch ihr großes scheinbares Gesichtsfeld (sGF) auch für erheblich längere Beobachtungszeit ohne Nachstellen des Teleskops sorgen. Meist sogar ausreichend um eine gesonderte Nachführung für den visuellen Beobachter gänzlich überflüssig zu machen. 

Auch hier soll mir keiner unbesehen die Aussage glauben sondern anhand der folgenden Animation selbst entscheiden wie stark der Unterschied wirklich ist.
Zu Grunde lege ich ein 12" Teleskop mit 1500mm Brennweite und die folgenden drei Okulare:

• 5mm Planetary 60° sGF
• 5mm Ultraweitwinkel (z.B. Speers Waler oder Nagler) 82° sGF
• 5mm Ethos 100° sGF
  

Kleiner Tipp: Die Videos am besten mehr oder minder gleichzeitig starten um den Vergleich noch besser zu sehen. Die Animationen sind von exakt GLEICHER Länge, stoppt das Video sieht man sehr schön die unterschiedlichen Positionen des Planeten mit den unterschiedlichen Okularen. Erstellt mit Hilfe des Freewareprogramms Stellarium...


Durchlaufzeit Jupiter 300/1500 Newton mit 5mm 60° Okular from Benny Hartmann on Vimeo.


Durchlaufzeit Jupiter 300/1500 Newton mit 5mm 82° Okular from Benny Hartmann on Vimeo.


Durchlaufzeit Jupiter 300/1500 Newton mit 5mm 100° Okular from Benny Hartmann on Vimeo.

Man gewinnt also durch die geschickte Wahl von Okularen mit großem Gesichtsfeld durchaus einiges an zusätzlicher Beobachtungszeit ohne das Teleskop berühren zu müssen. Selbst bei einem Okular mit nur 60° Gesichtsfeld wandert ein Planet wie Jupiter bei 300-facher Vergrößerung aber auch gemütlich innerhalb einer Minute durch das Gesichtsfeld - die immer wieder verbreitete Angst vor den "wegrennenden" Objekten ist also zumindest bei diesen Vergrößerungen leicht übertrieben. Ein kleiner Schubs in die richtige Richtung und das Spiel beginnt von vorne, da sollte man eigentlich keine Streßpickel vom nachführen bekommen.

Aber halt! Es gibt ja durchaus Nächte in denen man sein Gerät auch voll ausfahren kann und die Vergrößerung ein Maß erreicht in dem die Konzentration auf feine Details durch das nachführen DOCH noch schwierig wird. Das selbe gilt für denjenigen ambitionierten Beobachter der einfach 100% seiner Aufmerksamkeit über eine viertel oder halbe Stunde dem Erkennen schwächster Details widmen will und/oder eine akkurate Zeichnung bei Hochvergrößerung anfertigen möchte. Der Wunsch ist nicht nur nachvollziehbar sondern auch wirklich gerechtfertigt. Auch hier gibt es für den Besitzer eines Dobsons eine Lösung: Eine so genannte EQ- bzw. Äquatorialplattform. Hierbei handelt es sich um eine motorisch nachgeführte Platte auf der das Teleskop steht und so über einen längeren Zeitraum das beobachtete Objekt in der Mitte des Gesichtsfeldes stehen lässt.


Abb. unten mit freundlicher Genehmigung von Reiner Vogel


 

Diese EQ Plattformen sind in den meisten Fällen ein Fall für den versierten Selbstbauer, inzwischen gibt es aber auch schon Lösungen die man fertig kaufen kann. Richtig günstig sind diese nicht, aber man bleibt immer bei einem Bruchteil der Kosten für eine parallaktische Montierung und das ohne auf den Komfort und das einfache Handling eines Dobsons verzichten zu müssen. Nichts desto trotz ist es auch mit mittelmäßigem handwerklichen Geschick und ganz normalen Werkzeugen möglich, eine solche Nachführung selbst zu bauen. 
 
An dieser Stelle möchte ich wegen meiner eigenen mangelnden Erfahrung auf diesem Gebiet auf die wohl beste Anlaufstelle für den Bau von Äquatorial- plattformen verweisen - Die Internetseiten von Reiner Vogel bieten nicht nur die theoretischen Grundlagen für den Bau und eine Vielzahl an praktischen Beispielen, sondern sogar Baupläne!


Zu Guter Letzt sollen auch die inzwischen von verschiedenen Herstellern angebotenen Dobsonteleskope mit automatischer Nachführung nicht unerwähnt bleiben. Über den praktischen Einsatz kann ich aus eigener Erfahrung noch nicht berichten, jedoch bieten sie ebenfalls die Möglichkeit der automatischen Nachführung, kosten jedoch auch wieder gut das doppelte eines Gerätes ohne technische Spielereien. Hier gibt es zum Einen die Komplettgeräte mit Steuerung und Motoren, zum Anderen aber auch Anbausystemlösungen mit Encodern und entsprechenden Motoren zum Nachrüsten.

Fazit

Mein Plädoyer für den visuellen Einsteiger/Beobachter lautet ganz klar: Befreit Eure visuell genutzten Teleskope von den wackeligen und umständlichen Montierungen und genießt den Himmel und seine Wunder mit Euren Teleskopen - egal ob 80mm Richfielder oder 10" Newton - auf azimutalen Montierungen oder einer (Dobson)Rockerbox! Nicht nur die Stabilität und damit das Seherlebnis wird merklich steigen, sondern auch die Tatsache, dass gerade das Auffinden und Anfahren von Objekten mit solchen intuitiv zu nutzenden Montierungen sehr viel angenehmer vonstatten geht.

Das gesparte Geld lässt sich leicht in gutes Zubehör wie Okularen etc. investieren. Und wer trotz allem in die Fotografie hineinschnuppern möchte, dem sei auch der Kauf einer parallaktischen Montierung ausdrücklich erlaubt - aber entweder die RICHTIGE (=stabile) oder eben eine kleine, die dann aber auch sachgemäß für kleine Brennweiten (Kameraobjektive) genutzt werden sollte.

© 2012 Benny Hartmann


Vielen Dank an Jan für das Lektorat und die hilfreichen Tipps