• Allgem. zur Astrometrie
• Allgem. zur Philips ToU Webcam
• Verschiedenen Verfahren zur Kalibrierung

Allgemeines zur Astrometrie

Unter Astrometrie versteht man bei der Doppelsternbeobachtung die genaue Lagebestimmung der verschiedenen Komponenten bezogen auf die Hauptkomponente. Die Lage ist für eine bestimmte Zeit durch Angabe der Distanz und des Positionswinkels eindeutig festgelegt (vergl. Koordinatensysteme). Bei manchen Doppelsternen können im Laufe von wenigen Jahren erhebliche Änderungen auftreten (z.B. Xi UMa, Gamma Virginis, 70 Oph, 44 Bootes). Die Bestimmung der aktuellen Distanzen und Positionswinkel ist daher sehr interessant.

Voraussetzung hierfür ist jedoch die Kenntnis des exakten Abbildungsmaßstabes, also dem Verhältnis zwischen der Größe des Bildfeldes (in Pixel) zum abgebildeten Himmelsausschnitt (in Bogensekunden). Wird zur Brennweitenverlängerung eine Barlowlinse verwendet, so hängt die effektive Brennweite des optischen Systems auch von dem Abstand zwischen Barlowlinse und Webcam ab und kann je nach verwendeten Adapter variieren. Die unterschiedlichen Abbildungsmaßstäbe müssen jedoch genau bekannt sein. Daher muss das System (Teleskop + Barlowlinse + Okularhülsen + Webcam) anhand Vergleichsmessungen zunächst kalibriert werden. Anhand einer Okularskala läßt sich die Änderung des Fokus für verschiedene mechanisch-optische Konfigurationen leicht überprüfen.

Abbildung 1: selbstgebaute Okularskala am R200SS

Abbildung 2 : Abbildungsmaßstab in Abhängigkeit des Abstandes zwischen Webcam und Barlowlinse, der Fokus beschreibt hier lediglich die Einstellung auf der Okularskala

Allgemeines zur Philips ToU Webcam Pro (PCVC740 k)

Aufgrund der geringen Größe des CCD Chips von lediglich 4,6 mm x 3,97 mm lassen sich problemlos hohe Auflösungen realisieren. Hierdurch kann die Vergrößerung leicht dem Auflösungsvermögen des Teleskops angepasst werden. Wegen der sehr geringen Größe des Gesichtsfeldes spielen optische Fehler wie zum Beispiel Koma keine Rolle mehr. Ein weiterer Vorteil des kleinen Gesichtsfeldes besteht darin, daß der Abbildungsmaßstab beim R200SS in Verbindung mit der dazugehörigen Barlowlinse 1500/7,5 über das Gesichtsfeld als konstant angesehen werden kann.
 
Durch den CCD Chip ist die Philips ToUcam (PCVC 740k) extrem lichtempfindlich. Die einstellbaren Belichtungszeiten liegen zwischen 1/2000 Sekunde und 1/25 Sekunde. Mit 8 Zoll Öffnung können bei einer Belichtungszeit von 1/25 Sekunde problemlos Sterne bis zur 10. Größe direkt aufgezeichnet werden. MIt geeigneten Bildverarbeitungsprogrammen (REGISTAX, REDUC) lassen sich die Einzelbilder miteinander überlagern, wodurch ein besserers Signal / Rauschverhältnis resultiert. Auf diese Weise können Begleiter und Hintergrundsterne bis zu 11,5 mag erkannt werden.

Verschiedene Verfahren zur Kalibrierung

a) Kalibrierung anhand bekannter Doppelsternabstände

Die einfachste Methode besteht darin, den Abstand mehrerer Doppelsterne aufzunehmen und mit den Angaben aus der Literatur zu vergleichen (siehe STFA 7 im Sternbild Stier). Hierbei stößt man jedoch schnell auf die Frage, welche Doppelsternsysteme für eine Kalibrierung in Frage kommen. Die Angaben aus den Katalogen sind in der Regel nicht aktuell und oft zu ungenau. Der Washington Double Star Catalog [1] bietet hierzu eine Liste von 80 Doppelsternen mit bekannter Umlaufbahn an. Anhand der bekannten Umlaufbahnen lassen sich auf den Tag genau die Ephemeriden berechnen, die zum Vergleich benötigt werden. Zu den aufgeführten Beispielen gehören Xi UMa, Epsilon Lyrae Cc-D, 70 Oph und STF3050 (Mayer 80). Gleichzeitig wird im Washington Double Star Catalog [1] aber auch vor dieser Methode gewarnt und auf die Methode mit einer Schlitzmaske oder den Sterndurchgangstest verwiesen.

b) Kalibrierung anhand der Transitmethode

Das Bildfeld der gewählten optischen Konfiguration lässt sich mit der Transitmethode leicht ermitteln. Hierzu bestimmt man die Zeit t, die ein Stern bekannter Deklination d benötigt, um das Bildfeld bei ausgeschalteter Nachführung zu durchqueren.

c) Kalibrierung mit Hilfe einer Doppellochblende

Maskiert man die Teleskopöffnung mit einer Doppellochblende, so wird ein Stern durch jede der beiden Öffnungen (Aperturen) separat abgebildet. Im Brennpunkt überlagern sich die Lichtwellen beider Öffnungen und es entsteht ein typisches Interferenzmuster.

Abbildung 3 : Interferenzstreifen im Beugungsscheibchen, Abstand der Aperturen 8 cm

Der Streifenabstand f des Interferenzmusters hängt vom Abstand  B der beiden Öffnungen ab :

Der Quotient aus dem berechneten Streifenabstand f und dem aufgezeichneten Abstand in Pixel liefert sofort den gesuchten Abbildungsmaßstab. Das Problem des Verfahrens liegt darin, dass die Wellenlänge in der Regel nicht exakt bekannt ist. Zeichnet man Doppelsterne ohne Verwendung eines Filters auf, so sollte auch die interferometrische Kalibrierung ohne Filter erfolgen. Die effektive Wellenlänge hängt dann von der maximalen Empfindlichkeit des CCD Sensors und dem Spektrum des gewählten Teststerns ab.

d) Bestimmung des Korrekturwinkels

Der Korrekturwinkel muss immer neu ermittelt werden, wenn die Webcam neu montiert wurde. Zur Bestimmung des Positionswinkels sollte die Webcam an der Okularhülse möglichst exakt ausgerichtet werden. Bei einem Newton-Teleskop kann das mit Hilfe der Spinnenarme im intra- oder extrafokalen Beugungsbild eines Sterns erfolgen. Diese werden parallel zu den Bildrändern des Monitors ausgerichtet. Selbstverständlich sollten die Spinnenarme ihrerseits exakt in Deklination und Rektaszension ausgerichtet sein. Ohne großen Aufwand erreicht man mit dieser Methode Genauigkeiten von etwa 1° (Abbildung 2).

Eine weitere und sehr einfache Möglichkeit besteht darin, dass der Doppelstern bei ausgeschalteter Nachführung aufgezeichnet wird. Dabei wandert der Stern von Ost nach West (Transitmethode). Das Programm REDUC [3] kann aus den Einzelbildern des Videos automatisch den Korrekturwinkel berechnen und übernimmt diesen bei der späteren Auswertung der Aufnahmen. Die Genauigkeit liegt bei etwa 0,1°.

[1] Brian D. Mason, Gary L. Wycoff, and William I. Hartkopf, The Washington Double Star Catalog, http://ad.usno.navy.mil/wds/
[2] REGISTAX, http://registax.astronomy.net/
[3] Florent Losse, REDUC, http://www.astrosurf.com/hfosaf/uk/tdownload.htm

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