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Teleskop Technik

Inhalt :
  • UNC30515 auf CGEM-DX
  • GSO Optik
  • Beugungsscheibchen
  • Der Kohlefasertubus
  • 2-Zoll Steeltrack Okularauszug
  • Die CGEM-DX Montierung
  • Steuerung, Software, Plattform und Schnittstellen
  • Erste Beobachtungen
  • DSLR + Koma Korrektor
  • Lactera M-GEN Guider
  • Brennweitenverlängerung
  • Leistungsvermögen im Vergleich
  • Zusammenfassung


 
12-Zoll f/5 Newton Teleskop UNC30515 auf Celestron CGEM-DX Montierung

Stichworte :
Celestron CGEM-DX Montierung, UNC30515,  Baader Planetarium 2-Zoll Steeltrack, TS Koma Korrektor, Baader Planetarium MPCC Mark III Koma Korrektor, Tele Vue Powermate, Redshift 7 Premium

(J.S.Schlimmer 03/2012, 12/2013, 6/2014)

1.
12-Zoll f/5 Newton Teleskop UNC30515 auf Celestron CGEM-DX Montierung

UNC steht für Universelle Newton Teleskope mit Carbon Tubus von Teleskop Service. Das UNC30515 hat ein Spiegeldurchmesser von 305 mm (12-Zoll) und ein Öffnungsverhältnis von f/5. Mit einer Öffnung von 12 Zoll liefert das UNC30515 gegenüber einem 8-Zoll Newton Teleskop (R200SS) die 2,6-fache Lichtmenge. Somit steigt bei visueller Beobachtung die Reichweite bei gleichen Vergrößerungen um eine Magnitude. Mit einer Brennweite von 1500 mm ergibt sich beim UNC30515 ein Öffnungsverhältnis von f/5. Für die Aufzeichnung von Doppelsternen mit einer Webcam bleibt der Abbildungsmaßstab im Vergleich zum R200SS (Brennweite mit Telekonverter 1500 mm) in etwa konstant. Die Empfindlichkeit steigt hierbei jedoch von f/7,5 auf f/5. Der im Verhältnis kleinere Umlenkspiegel und die sehr viel dünneren Streben erlauben zudem eine kontrastreichere Abbildung. Bei den verwendeten Einzelteilen der UNC Teleskop-Reihe handelt es sich um Komponenten verschiedener Hersteller, die von Teleskop Service zusammengebaut werden.

12-Zoll f/5 Newton Teleskop UNC30515 auf Celestron CGEM-DX Montierung 
 
Abbildung 1: 12-Zoll UNC30515 Carbon Newton Teleskop a) auf einer Celestron CGEM-DX Montierung und b) auf einer Betonsäule


2. Die GSO Optik

Bei der Optik handelt es sich um Standardkomponenten von Guan Sheng Optical (GSO). GSO verwendet BK7 Glas und gibt für seine Spiegel einen Wert von 1/16 Lambda RMS oder besser an. Das Reflexionsvermögen beträgt etwa 93 %. Der Spiegel hat einen Durchmesser von 304 mm, eine Brennweite von 1500 mm und eine Dicke von 35 mm [1]. Der Spiegel befindet sich in einer 9 Punkt Spiegelzelle von Teleskop-Service. Der Sekundärspiegel hat einen Durchmesser von 80 mm (kleine Achse) und eine Dicke von 20 mm. Die Qualität wird hier mit 1/12 Lambda RMS beschrieben [1]. Die Spinnenhalterungen haben eine Dicke von ca. 1 mm.

Im defokussierten Beugungsscheibchen (siehe Abbildung 3) sind die Spinnenhalterungen kaum sichtbar (vergleiche hierzu R200SS, hier dominieren die Spinnenarme das defokussierte Beugungsscheibchen). Die Ränder des Spiegels sind nicht geschwärzt. Die Zug- und Druckschrauben zur Einstellung des Hauptspiegels sind leicht zugänglich und der Spiegel ist ohne Werkzeug justierbar. Für die Justierung des Umlenkspiegels ist ein Kreuzschlitzschraubenzieher erforderlich. Die Justierung ist recht stabil und muss beim nächsten Einsatz einige Tage später kaum korrigiert werden.




Abbildung 2 : Spiegelzelle mit Hauptspiegel und Lüfter, Spinne mit Umlenkspiegel


3. Beugungsscheibchen




Abbildung 3 : Beugungsscheibchen intrafokal, im Fokus und extrafokal, Teststern Pollux im Sternbild Zwilling

Die Beugungsscheibchen wurden mit einer Webcam im Primärfokus von 1500 mm aufgezeichnet. Intra- und extrafokales Beugungsscheibchen wurden jeweils über alle 100 Einzelaufnahmen gemittelt. Für die Darstellung des fokalen Beugungsscheibchens wurden 55 der 100 Einzelaufnahmen verwendet. Bei den restlichen Einzelaufnahmen war das Beugungsbild durch die Luftunruhe sehr unscharf, was zu einem falschen Ergebnis geführt hätte.


4. Der Kohlefasertubus / Carbon Newton


Aufgrund der Größe und des Gewichtes werden kaum 12-Zoll Newton Teleskope für parallaktische Montierungen angeboten. Den hohen Anforderungen an die Stabilität sind die meisten Montierungen der unteren Preisklasse nicht mehr gewachsen.
Moderne Werkstoffe wie z.B. Kohlefaserverbundwerkstoffe ermöglichen jedoch die Herstellung leichterer und dennoch hinreichend stabiler Tuben für Teleskope. Auf diese Weise ist eine Gewichtsreduzierung des Teleskops möglich. Die Gewichtsreduzierung ist die Voraussetzung ein 12-Zoll Newton Teleskop mit einer preiswerten und transportablen Montierung verwenden zu können. Der Tubus des UNC30515 besteht aus einem ca. 7-8 mm dicken Kohlefaserwerkstoff. Er wird über die Rohschellen mit einer 50 cm Losmandy Schiene an die Montierung adaptiert. Das Gewicht des Teleskops inklusive Rohrschellen, Prismenschiene, Sucherfernrohr und Okularauszug liegt bei 21,4 kg.


5. Der 2-Zoll Steeltrack Okularauszug

Bei dem Okularauszug handelt es sich um den 2-Zoll Steeltrack von Baader Planetarium. Die Lage des Fokus kann in Absprache mit Teleskop Service individuell festgelegt werden. Der Okularauszug verfügt über eine 1:10 Untersetzung, ist leichtgängig und läuft gleichmäßig ohne beim Richtungswechsel eine Abweichung von der optischen Achse zu zeigen. Die Leichtgängigkeit des Steeltracks ist Voraussetzung für ein sinnvolles Arbeiten mit dem Teleskop, weil die Hebelwirkung des Tubus bereits bei kleinen Kräften zu Schwingungen führen würde und die Fokussierung erschwerte.



Abbildung 4 : 2-Zoll Steeltrack Okularauszug von Baader Planetarium mit 1,25-Zoll Adapter, Sucherfernrohr und 5 mm Tele Vue Radian Okular


6. Die Celestron CGEM-DX Montierung


Die Celestron CGEM-DX ist eine computergesteuerte, parallaktische Montierung. Der Hersteller gibt eine Traglast von 22 kg an. Das Stativ ist höhenverstellbar und besteht aus Stahl. Das Gewicht des Statives beträgt 20,4 kg. Die Montierung wiegt 18,6 kg. Hinzukommen noch die beiden Gegengewichte mit je 10 kg. Das Gesamtgewicht liegt somit bei knapp 60 kg.

Die CGEM-DX Montierung ist in erster Linie für Schmidt Cassegrain Teleskope konzipiert und entsprechend hoch ausgelegt.
Schmidt Cassegrain Teleskope weisen durch den gefalteten Strahlengang kurze Baulängen auf. Zudem liegt die Austrittspupille in entgegengesetzter Richtung der Eintrittspupille und somit in Nähe der Montierung. Dadurch ist die Handhabung der Montierung bei gleichzeitiger Beobachtung komfortabel.

Bei Newton Teleskopen ist die Handhabung der Montierung weitaus schwieriger. Die Austrittsöffnung befindet sich in einiger Entfernung von der Montierung. Ein Hantieren an der Montierung bei gleichzeitigem Einblick in das Okular ist nicht mehr möglich. Dies wäre aber für die exakte Ausrichtung der Montierung auf den Polarstern mit dem Polar Alignment Algorithmus sehr hilfreich und zeitsparend. In Kombination mit dem
12-Zoll Newton Teleskop erfolgt die Ausrichtung hingegen iterativ. Das Verstellen der Azimut- bzw. Polhöhenschrauben und die Kontrolle der Positionsänderungen im Okular bezogen auf ein Referenzstern erfolgen abwechselnd, wobei ein Platzwechsel des Beobachters jedes Mal erforderlich ist. Hinzu kommt, dass der Fokus des Teleskopes in der Regel nur mittels einer Leiter erreichbar ist. Daher wurde das Stativ durch eine feste Säule ersetzt (siehe Betonsäule für die CGEM-DX Montierung). Die Montierung muß nun nicht jedes Mal neu ausgerichtet werden und der Einblick ist in der Regel auch ohne Leiter möglich.

Das Gewicht des Teleskops (21,4 kg) ist für die Montierung kein Problem, jedoch darf die Hebelwirkung des langen Tubus nicht unterschätzt werden. Der Hebel entsteht durch die ungleiche Verteilung der Massen des Teleskops. Durch die Hebelwirkung stößt die Montierung an ihre Grenzen. Insofern macht sich der sehr leicht gängige Okularauszug bezahlt. Ein geschützter Aufstellungsort ist ratsam. Der Tubus bietet sonst dem Wind genügend Angriffsfläche.

7. Steuerung, Software, Plattform und Schnittstellen

Die Initialisierung, Ausrichtung und Steuerung der Celestron CGEM-DX Montierung wird über eine Handsteuerbox vorgenommen. Das Kabel der Handsteuerbox ist für die Arbeit an einem 12-Zoll Newton Teleskop zu kurz, kann aber leicht mit einem Telefonkabel mit RJ11 Steckern und entsprechendem Verbinder verlängert werden. In einem ausführlichen Handbuch von Baader Planetarium werden alle Prozeduren und Algorithmen ausführlich erläutert. Ist die Montierung auf den Polar Stern ausgerichtet, kann die Steuerung auch über das Planetariums Programm REDSHIFT 7 Premium erfolgen. Dieses ist im Lieferumfang nicht enthalten. Lediglich eine spezielle Celestron Edition von REDSHIFT 7 wird neben zusätzlicher Celestron Software mitgeliefert.

Als Plattform wird Windows XP SP3 eingesetzt. Die Schnittstelle zwischen der Celestron Steuerung und dem Planetariums Programm REDSHIFT 7 Premium wird über eine ASCOM Software realisiert, die frei verfügbar ist [2].


Abbildung 5 : Anschlüsse der Celestron CGEM-DX Montierung


8. Erste Beobachtungen mit dem
12-Zoll f/5 Newton Teleskop UNC30515

Die ersten Beobachtungen fanden im Januar/Februar 2012 im Sternbild Orion statt (siehe Abbildung 5 und 6). Theta 2 Orionis AB eignet sich recht gut zur Bestimmung des Abbildungsmaßstabes, da sich der Abstand des Paares seit seiner ersten Beobachtung nicht verändert hat (siehe Kalibrierung anhand optischer Doppelsterne mit zeitlich invariantem Abstand). Die Belichtungszeit wurde zur Kalibrierung entsprechend reduziert, so dass die Mittelpunkte der Beugungsscheibchen leichter zu detektieren waren. Die Kenntnis des exakten Abbildungsmaßstabes ist für eine spätere Auswertung der Doppelsternabstände wichtig. In Verbindung mit der Philips ToUcam beträgt er 0,765''/pxl.



Abbildung 6: a) Iota Orionis, Januar 2012 b) Mintaka und c) Zeta Orionis, Februar 2012


Abbildung 7 zeigt die Huygens-Region im Orionnebel.
Neben den 4 Trapezsternen sind auch die Komponenten E und F zu sehen. Weitere Sterne des offenen Haufens zeichnen sich im Hintergrund des Nebels ab. Auch die Schockfront, oft als Orion Bar bezeichnet (zwischen Theta 1 und Theta 2 Orionis), ist deutlich zu erkennen. Zur Aufnahme wurde die Webcam auf die maximale Empfindlichkeit eingestellt. Das aus 100 Einzelaufnahmen gestackte Bild wurde anschließend Tonwert korrigiert. Ferner wurde die Gradationskurve etwas angehoben. Die Lufttemperatur betrug ca. -8° C. Es wehte ein ständiger Wind. Durch den zunehmenden Mond war der Himmel deutlich aufgehellt. Die Beobachtungsbedingungen waren also nicht ideal.

Orion Trapez

Abbildung 7 : Theta Orionis, aufgenommen mit der Philips ToU cam Pro mit 1500mm Brennweite, Februar 2012, Abbildungsmaßstab = 0,765"/pxl


9. Deep Sky mit DSLR Kamera und Koma Korrektor


a)
TS Koma Korrektor von f/4 bis f/6 Newtons

Zur Reduzierung der Koma wird bei der Fotografie ein TS Koma Korrektor verwendet. Die DSLR Kamera wird mit einem T2-Ring direkt an den TS Koma Korrektor angeschlossen. Dieser hat einen Durchmesser von 2-Zoll und kann in den Okularauszug eingesteckt werden. Abbildung 8 zeigt einen verkleinerten Ausschnitt des Offenen Haufens Preasepe M44 mit den Doppelsternen STF1254 und S 571. Es handelt sich um einen Ausschnitt aus dem mittleren Bereich des DSLR Bildes. Abbildung 9 zeigt zusätzlich Sterne in den Bildecken des gleichen DSLR Bildes in Originalgröße. Es ist keine Koma sichtbar. Für die ersten Aufnahmen wurde eine Canon EOS450D verwendet. Diese wurde im März 2013 durch eine Canon EOS1100D abgelöst.

Der große Nachteil des TS Koma Korrektor besteht in der unzureichenden Vergütung. Bei hellen Sternen treten Lichtreflexe auf, die als Geisterbilder auf den Aufnahmen deutlich sichtbar sind (siehe Abbildung 11). Die gute Rand Korrektur geht zu Lasten der Schärfe in Bildmitte. Aus diesen Gründen wurde der TS Koma Korrektor im Juni 2013 durch den MPCC Mark III von Baader Planetarium ersetzt.



Abbildung 8 : Ausschnitt von M44 Praesepe mit den Doppelsternen STF1254 und S571, 1500 mm mit TS Komakorretor, Canon 450D, 1 x 30s ohne Guiding



Abbildung 9 : Bildränder des DSLR Bildfeldes, nicht in Abbildung 9 enthalten




Abbildung 10 : Kugelsternhaufen M13 im Sternbild Herkules, 1500 mm mit TS Koma Korretor, Canon 450D, 1 x 30s ohne Guiding



Abbildung 11 : Arcturus, Juni 2013, Canon EOS1100D mit TS Koma Korrektor, komplettes Bildfeld, Reflexe und Geisterbilder sind auf die unzureichende Vergütung zurück zuführen


b) Baader Planetarium MPCC Mark III Koma Korrektor

Der MPCC Mark III ist für Öffnungsverhältnisse von f/3.5 bis f/6 einsetzbar. Die Brennweite wird nach Herstellerangaben nicht verändert. Die Mittenschärfe ist besser wie beim TS Koma Korrektor, die Koma Korrektur ist hingegen nicht so gut. Die Vergütung ist gut und es treten keine Reflexe auf den Bildern im Zusammenhang mit hellen Sternen auf (siehe Abbildung 13). Der Abbildungsmaßstab ist über das Bildfeld nahezu konstant.
Daher kann diese Kombination auch zur Untersuchung von Doppelsternen und Sternpaaren verwendet werden. Durch das im Vergleich zur Webcam riesige Gesichtsfeld der DSLR können viele benachbarte Doppelsterne gleichzeitig aufgenommen werden. Auch die Reichweite der Canon EOS1100D ist bei Belichtungen von 15 Sekunden bereits deutlich größer wie bei einer Webcam.

Damit auch H alpha Nebel fotografiert werde können, wurde der rot Filter bei der EOS1100D entfernt. Abbildung 12 zeigt noch einmal eine Einzelaufnahme des Kugelsternhaufens M13 im Herkules mit einer Belichtungszeit von lediglich 15 Sekunden. Durch die gesteigerte Rotempfindlichkeit der Canon EOS1100D wirkt der Kugelsternhaufen gelblicher wie bei der Abbildung 10, die mit einer EOS450D gemacht wurde.




Abbildung12 : Kugelsternhaufen M13 im Sternbild Herkules, 1500 mm mit Baader Planetarium MPCC Mark III Koma Korretor, Canon 1100D, 1 x 15s ohne Guiding



Abbildung 13 : Arcturus, Juni 2013, Canon EOS1100D mit Baader Planetarium MPCC Mark III Koma Korrektor, komplettes Bildfeld


10. Lactera M-GEN Autoguider

Durch den periodischen Fehler der
CGEM-DX Montierung ist eine exakte Nachführung für Aufnahmen mit Belichtungen von 30 bis 60 Sekunden nur schwer möglich. Je nach Position des Schneckenrades macht sich der periodische Fehler während der 8 minütigen Perioden mehr oder weniger bemerkbar. Eine einfache Messung mit dem Baader Micro Guide ergab einen absoluten Fehler von ca. ± 9'' in Rektaszension.

Zur exakten Nachführung für DSLR Aufnahmen wird seit Mai 2014 der Lactera M-GEN Autoguider eingesetzt. Der große Vorteil dieses Guiders besteht darin, dass er an den 8 X 50 Sucher adaptiert werden kann (Abbildung 14). Somit besteht das zusätzliche Gewicht lediglich aus dem CCD-Kamerakopf des Guiders. Die geringe Brennweite des Sucherteleskops reicht dennoch für eine genaue Nachführung des 12-Zoll Newtons aus, da der Guider subpixel genau arbeitet. Die Einstellung der Nachführparameter erfolgt über eine kleine Handbox, die mit der
CGEM-DX Montierung und dem CCD-Kamerakopf verbunden ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Fotos vollautomatisch über Kabel ferngesteuert von dem Guider ausgelöst werden. Zwischen den einzelnen Aufnahmen kann ein definierter Versatz (Dithering) eingestellt werden. Durch eine weitere Verbindung zwischen DSLR Kamera und Laptop erfolgt eine sofortige Kontrolle der Aufnahmen.

Abbildung 15 zeigt zum Vergleich noch einmal M13. Es wurden 4 Bilder mit je 120 Sekunden aufgenommen. Zur Korrektur wurden zusätzlich entsprechende Flat und Dark Bilder angefertigt.



Abbildung 14: Canon 1100D, 8 x 50 Sucher mit Lactera M-GEN Kamerakopf



Abbildung 15 :
Kugelsternhaufen M13 im Sternbild Herkules, 1500 mm mit Baader Planetarium MPCC Mark III Komakorrektor, Canon 1100D, 4 x 120s , nachgeführt


11. Brennweitenverlängerung

Zur Beobachtung enger Doppelsterne stehen 2 Barlowlinsen von Tele Vue zur Verfügung. Zum einen kommt eine 2x Barlow zur Anwendung, die den Abbildungsmaßstab
in Verbindung mit der Philips ToUcam von 0,765''/pxl auf ca. 0,352"/pxl vergrößert. Für höchste Vergrößerungen kommt eine 5 x Powermate zum Einsatz, die den Abbildungsmaßstab auf ca. 0,143''/pxl vergrößert.

Abbildung 16a zeigt ein typisches Specklebild des Doppelsterns Castor.
Durch das Seeing werden die Beugungsscheibchen in Seeingscheibchen umgewandelt. Bei Teleskopen, deren Öffnung größer wie die Kohärenzlänge der Luft ist (Fried Parameter, siehe Artikel Wie gut muss das Seeing sein ?), zerfällt das Seeingscheibchen zu einzelnen Speckles. Die Größe eines einzelnen Speckle ist gleich der Größe des Beugungsscheibchens des Teleskops. Das Beugungsscheibchen eines 12 Zoll Teleskops hat einen Durchmesser von etwa 0,41''.

Abbildung 16b zeigt das Ergebnis der Autokorrelationsfunktion von 200 Specklebildern von Castor in Falschfarben. Aus den Nebenmaxima der Autokorrelation ergibt sich der doppelte Abstand der Komponenten sowie der dazugehörige Winkel. Die Autokorrelationsfunktion kann mit dem Programm REDUC berechnet werden, das speziell zur Auswertung von Doppelsternaufnahmen geschrieben wurde.



Abbildung 16 : a) Speckle Bild von Castor bei einer Brennweite von 7500 mm b) Ergebnis der Autokorrelationsfunktion von 200 Specklebildern, März 2012



12. Das Leistungsvermögen
des 12-Zoll f/5 Newton Teleskops UNC30515 im Vergleich zu einem 8-Zoll Newton Teleskop

Einen direkten Vergleich zwischen dem Leistungsvermögen des UNC30515 und dem R200SS findet man unter der Beschreibung der Doppelsterne im Offenen Haufen M44 Praesepe. Hier wurden jeweils bei 120-facher Vergrößerung Zeichnungen des Bildfeldes erstellt.

Nachfolgende Tabelle zeigt den Vergleich des effektiven Lichtsammelvermögens zwischen dem
UNC30515 und dem Vixen R200SS. Bei beiden Teleskopen hat die kleine Achse des Umlenkspiegels einen Durchmesser von 80 mm. Der Grund hierfür liegt darin, dass es sich bei dem R200SS um einen f/4 Newton handelt, das UNC30515 hingegen ein Öffnungsverhältnis von f/5 besitzt. Das UNC30515 besitzt die 2,6-fache effektive Lichtmenge des R200SS, was einer Steigerung der Grenzgröße von 1 Magnitude bedeutet. Des Weiteren ist das Beugungsscheibchen kleiner, so dass die Lichtmenge auf eine geringere Fläche verteilt wird, was zumindest theoretisch ebenfalls zu einer Steigerung der Grenzgröße führt.

Teleskop
UNC30515
R200SS
80L
Öffnung [mm]
304
200
80
Fläche [mm2]
72547
31400
5024
Obstruktion
5024
5024
0
Fläche - Obstruktion
67523
26376
5024
Faktor für Reflektion
0,90
0,9
0,95
Reflektions bzw. Transmissionsverluste [mm2]
60770
23738
4773
Faktor für Reflektion für Umlenkspiegel 0,90
0,90
0,95
Fläche effektiv [mm2]
54693 21365
4534
Flächenquotient auf R200SS normiert
2,6
1,0
0,2

Tabelle 17 : Vergleich der effektiven Lichtmenge zwischen dem 12-Zoll f/5 Newton Teleskop UNC30515 und einem 8 Zoll Newton Teleskop (R200SS)


13. Zusammenfassung

  • Das UNC30515 liefert die 2,6-fache Lichtmenge im Vergleich zu einem 8-Zoll Teleskop
  • Die GSO Optik lässt sich gut justieren, die Justierung bleibt stabil
  • Sehr gute Komakorrektur des TS Komakorrektors, Lichtreflexe bei hellen Objekten wegen schlechter Vergütung, Abbildungsschärfe nicht gut
  • Gute Koma Korrektur des Baader Planetarium MPCC Mark III, sehr gute Abbildungsschärfe in Bildfeldmitte
  • Leichtgängiger und sehr präziser 2-Zoll Steeltrack Okularauszug von Baader Planetarium
  • Celestron CGEM-DX Montierung lässt sich auch über Computer steuern
  • Keine Störungen bei Temperaturen von T = -10° C, kein Taubeschlag
  • Celestron CGEM-DX Montierung ist mit dem 12-Zoll f/5 Newton Teleskop UNC30515 voll ausgelastet
  • Teleskop gerät aufgrund des Hebels bei Windböen leicht in Schwingung
  • Geschützter Beobachtungsort ist sinnvoll, bei der Fotografie sogar notwendig
  • Bei Montierung auf Stativ ist der Okulareinblick ohne Leiter kaum möglich
  • Montierung auf Betonsäule ist deutlich stabiler, Okulareinblick ist auch ohne Leiter möglich
  • Polar Alignment Algorithmus in Kombination mit Newton Teleskop umständlich


Anhang :

Bildergalerie






Quellennachweis :

[1] Guan Sheng Optical Co., Ltd., No. 152, Huei An St, Chu Tung Town, Hsinchu Hsien, Taiwan, R.O.C.
[2] http://ascom-standards.org/



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