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Seeing

und seine Wirkungen auf astronomische Beobachtungen.

Schon beim freiäugigen Blick auf die nächtlichen Sterne, also ohne Hilfsmittel, sehen wir häufig, dass die Sterne flackern. Dann wissen wir, dass die Luft, die Atmosphäre unseres Planeten unruhig und das Seeing nicht allzu gut ist.

Am Planeten, z.B. Saturn, sieht das in etwa so aus.

       


Bei der Beobachtung mit Hilfsmitteln, also mit Teleskopen ist es jedoch sinnvoll, drei Arten von Seeing zu unterscheiden:



Das atmosphärische Seeing können wir nicht beeinflussen, Hier geht es um Jetstreams, warme und kalte Luftschichten mit ihren unterschiedlichen Schichtungen, unterschiedliche Windgeschwindigkeiten und Temperaturen in verschiedenen Schichten und was da noch alles eine Rolle spielt. Ein großes und keineswegs vollumfänglich verstandenes Forschungs- und Wissensgebiet. Es geht um Klimaprozesse die ständig im Fluss sind, sich ständig ändernde Bedingungen, für die es ähnliche Vorhersagen gibt wie für das Wetter. Wie beim Wetter gibt es unvorhersehbare Entwicklungen und auch kleine Fenster mit besseren oder auch schlechteren Bedingungen. Selbst im Verlauf eines einzigen Beobachtungsabends kann man das erleben, im Verlauf einer Nacht ganz sicher. Im Grenzbereich der Beobachtung mit dem Teleskop entsprechender Auflösung bemerkt man sogar Änderungen im Sekunden- oder Minutentakt, die man geduldig ausnutzen kann.
Im Teleskop sehen wir Lichtausbrüche an Sternen, springende Sterne und im Extremfall helle Sterne, die sich bei Hochvergrößerung in tanzende Lichtflecke zerlegen, die so genannten Speckles. Das führt bei feinen Sternhaufen zum Verschmieren von Einzelsternen bis hin zu einem matschigen Lichtfleck, wo sonst Auflösung in viele Einzelsterne möglich wäre. Zarte Nebel verschmieren mit dem Hintergrund und reduzieren sich auf Kernbereiche oder werden gar gänzlich unsichtbar. Feine Mond- oder Planetendetails verschwimmen ebenfalls in unruhiger Luft. Auch sehr langwellige Störungen gibt es, die bei der Betrachtung des Mondes an Dünung auf offener See erinnern und die Detailwahrnehmung kaum beeinträchtigen. das Bild bleibt scharf. Im Deepsky Bereich fallen sie erst ab mittleren Öffnungen und bei hohen Vergrößerungen auf. Auf Planetendetails, aber auch z.B. für Details in den ausvergrößerten Scheibchen heller planetarischer Nebel können sie absolut vernichtend wirken.
Es soll uns in der Folge genügen zu wissen, dass es hier um in sehr unterschiedlich ausfallender Ausprägung vorkommende Störungen geht, die das Lichtsignal von außerhalb störend beeinflussen. Dagegen können wir nichts tun, nur auf gute Bedingungen für das jeweilige Beobachtungsvorhaben hoffen und warten. Schlechtes Seeing stört besonders die Beobachtung im Hochvergrößerungsbereich, also z.B. die Erkennbarkeit von Details auf dem Mond, den Planeten, aber auch die Auflösung feinster Nebel, Sternhaufen oder von Doppelsternen kann sehr leiden.

Das lokale Seeing wird stark von den Standortbedingungen bestimmt. So ist eine große Wiese sehr gut geeignet, während ein asphaltierter Parkplatz nach einen heißen sonnigen Sommertag äußerst übel ist, da hier noch weit nach Mitternacht gespeicherte Hitze langsam abgegeben wird. Das kocht im Teleskop. Bebauung, Schornsteine, auch große Wasserflächen können sehr negative Auswirkungen haben. Hier ist jeder Beobachter seines Glückes Schmied oder aber er nimmt Einschränkungen bewusst in Kauf, wobei ich es für wichtiger, weil praktikabler halte, sich der Einschränkungen bewusst zu sein, als mit eventuell großem Aufwand immer das Optimum zu wollen. In Kenntnis der selbst gewählten Einschränkungen wird man nicht mit seinem Teleskop unzufrieden sein, wie es bei Unkenntnis häufig der Fall ist.

Das Seeing am und im Teleskop ist ebenfalls sehr wichtig und kann entscheidend verschlechternd auf die Abbildung wirken. So sind Kuppeln mit Spalt nach außen, die sich nicht der Außentemperatur anpassen, weil z.B. zu viele Leute auf engem Raum in der Kuppel sind, sehr ungünstig, auch die Nähe des Beobachters zu einem Teleskop mit offener Bauweise (Gitterrohrdobson) kann sich negativ auswirken, schon eine unter die Tubusöffnung gehaltene warme Hand verursacht sichtbare Schlieren im Strahlengang.
Zu diesem Beobachterseeing kommt noch als ganz entscheidender Faktor Tubusseeing hinzu. Dicke Linsen, die Glasklötze der Spiegel, ein eingeschlossenes Luftvolumen, all das passt sich nur langsam der Umgebungstemperatur an und die abgegebene Wärme kann sich in Tuben stauen. Auch ist ein Teleskoptubus auf der himmelwärts gerichteten Seite immer kälter als zum Boden hin und wenn sich diese Temperaturdifferenz nach innen überträgt, sucht die unterschiedlich temperierte Luft im Tubus den Augleich, kann dabei turbulent in den Strahlengang geraten und die Abbildungsleistung verderben. Jede Optik muss letzten Endes in etwa Außentemperatur annehmen, um optimale Abbildung zu zeigen, je geringer die Differenz umso besser.

 

    



Alle diese Seeingarten vermischen sich bei der Beobachtung mit einem Teleskop, sodass die Unterscheidung gar nicht so leicht fällt. Sie ist auch nicht sehr wichtig, denn gegen Beobachter- und Tubusseing, auch gegen lokales Seeing können wir etwas tun, das atmosphärische Seeing entzieht sich hingegen unserem Einfluss.
Ganz konkrete Maßnahmen am Teleskop können wir gegen das Tubusseeing ergreifen, wenn das denn nötig ist.

Nochmal ein anderer Darstellungsversuch der klar macht, dass auch die Erkennbarkeit von schwachen Sternen leidet, also bei schlechtem Seeing die Sterngrenzgröße auch unter dunklem Himmel sinken kann.

 

  

oben kein Seeing, unten mit deutlicher Seeingstörung

 

 

Zunächst aber noch etwas, das ganz ohne Maßnahmen unsererseits funktioniert.
Wir können z.B. ein Teleskop mit so kleiner Öffnung wählen, dass es kaum in der Lage ist, Seeingstörungen zu zeigen, also aufzulösen.
Der Einfluss von Seeingstörungen wird mit zunehmender Auflösung und Vergrößerung immer deutlicher.
Es gibt sicher auf dieser Erde viele Regionen wo grundsätzlich und im Mittel bessere atmosphärische Seeingbedingungen herrschen als hierzulande, aber so schlechtes Seeing, dass bereits 100fache Vergrößerung sichtbar von Seeing gestört wird haben auch wir nicht allzu oft. Nehmen wir also ein Teleskop dessen förderliche Vergrößerung bei maximal 100fach liegt, werden wir in der Regel ungestört von Seeing beobachten können.
Als förderliche Vergrößerung im Sinne von gewinnbringend anwendbarer Höchstvergrößerung unter optimaler Nutzung des teleskopseitigen Auflösungsvermögens nenne ich Werte, die 0,8 bis 0,7 mm AP entsprechen. Das hat sich in meiner Praxis bestätigt und ist auch ein unter Berücksichtigung unseres physikalischen, optischen und biologischen Forschungs-/Wissensstandes anerkannter und in Berechnungsformeln verwendeter Wert. Das ist allerdings ein anderes Thema.
Weiter mit den kleinen Teleskopen. Maßnahmen gegen Tubusseeing lohnen bei so kleinen Öffnungen kaum, da aufgrund geringer Massen eine Temperaturanpassung zügig erfolgt und ich weiß gar nicht, ob Tubusseeing hier bereits verheerend wirken kann. Wenn wir nicht gerade durch Nachbars heiße Schornsteinabgase hindurch beobachten wollen, wird uns solch ein kleines Teleskop im Rahmen seiner Öffnungs- und Qualitätsvorgaben mit einer sauberen Abbildung ohne Seeingeinflüsse belohnen.
An dieser Stelle muss ich allerdings mit einem Irrglauben aufräumen. Solche Teleskope kann man in die Übervergrößerung treiben und auch bei 150 oder 200fach wird man kaum mehr Seeingeinflüsse an dem sehr viel größer und dunkler gewordenen Bild sehen. Dies liegt nach meiner praktisch erlebten Beobachtung einfach am dunklen und nicht mit zusätzlichen Details angereicherten Bild und keinesfalls daran, dass man mit kleinen Öffnungen und höheren Vergrößerungen Seeing unterlaufen kann, also durch passend liegende, geschichtete und richtig dimensionierte Seeingzellen hindurch schneidet wie das heiße Messer durch die Butter, während man mit größerer Öffnung bei gleicher Vergrößerung dort aneckt.
So oft das auch anders dargestellt werden mag, man kann physikalische und optiktechnische Grenzen nicht nach oben verschieben, nicht mit dem besten Teleskop der Welt. Diese Grenzen mit einem schlechten Teleskop oder durch Bedienungsfehler zu unterbieten, fällt hingegen leicht. Berichte von der Überlegenheit kleiner Optiken im Vergleich zu größeren Fernrohren zeugen absolut systemunabhängig immer davon, dass das größere Teleskop optisch, mechanisch und thermisch nicht ausreichend beherrscht wurde. Man kann, bewusst oder unbewusst, ein optisch gleichwertiges großes Teleskop im Vergleich schlecht aussehen lassen. Darf ein großes Teleskop zeigen, was mit gegebener Öffnung möglich ist, hat das kleine Teleskop immer das Nachsehen.

Mit der Überleitung zu Öffnungen, die 150fache bis 200fache Vergrößerung tatsächlich mit Detailgewinn ans Auge liefern, also etwa ab 4-5“ Öffnung, kommen wir in Bereiche, wo Seeingstörungen durch die Atmosphäre im Bereich der höheren Vergrößerungen bis zur förderlichen Vergrößerung schon häufig sichtbar werden.
Allerdings ist es hier auch schon sehr wichtig, einen guten Standort zu wählen und etwas gegen Tubusseeing zu tun um überhaupt erst Mal reines atmosphärisches Seeing von anderen Einflüssen zu trennen. Durchaus möglich, dass nur das Tubusseeing uns einen Strich durch die Rechnung macht, der Rest eigentlich okay gewesen wäre.
Einem Refraktor gibt man einfach genügend Auskühl- und Temperaturanpassungszeit, einem Newton zusätzlich eine möglichst offene Spiegelzelle, sodass die Luft ungehindert durch den Tubus abfließen kann, bei sehr engen Tuben kann schon eine effektive Lüftung mit Ventilator nützlich sein.
Ein Newton muss übrigens thermisch doppelt so gut beherrscht sein wie ein Linsenteleskop, da hier der Strahlengang doppelt durch den Tubus läuft, während das beim Linsenteleskop nur in eine Richtung erfolgt.
Bei Spiegelteleskopen mit Heckeinblick muss das Licht sogar drei mal durch den Tubus und wenn wir noch bedenken, dass es sich hier oft um vorne geschlossene Systeme (Schmidtplatte pp) handelt, wird schnell klar, warum diese Bauarten schon bei kleinen und mittleren Öffnungen ein großes Problem mit Tubusseeing haben, im Verhältnis zur Größe sehr lange Anpassungszeiten brauchen, wenn keine intelligente, funktionierende Zwangslüftung eingebaut ist.
Haben wir ein solches Teleskop jedoch im Griff werden wir recht häufig bis an die öffnungsbedingte Maximalvergrößerung heran gehen können, denn so schlecht ist unser atmosphärisches Seeing im Mittel nicht.

Wechseln wir nun zu Teleskopöffnungen, die auch oberhalb von 200facher Vergrößerung sinnvoll und mit Auflösungsgewinn zu betreiben sind, dann werden alle Formen von Seeingstörungen zu unseren ständigen Begleitern. Um solche Vergrößerungen auch anlegen zu können, muss dringend etwas gegen Tubuseeing getan werden und sei es nur, dass ein großer Refraktor sehr lange Temperaturanpassungszeiten erfordert, die dann auch vor dem Anlegen hoher Vergrößerungen eingehalten werden müssen.
Spiegelteleskope brauchen nun zwingend eine effektive Lüftung und/oder einen überdimensionierten Tubus, der die Möglichkeit bietet, dass turbulente Luft den Strahlengang nicht erreicht, sondern einfach außerhalb dessen abfließt. Auch kann schon einem 6-Zöller eine Tubusdämmung sehr gut tun, da so die Temperaturunterschiede zwischen oben und unten nicht bis an die Tubusinnenseite durchschlagen, also auch keine störenden Luftverwirbelungen erzeugen kann. Die gute Standortwahl und die Vermeidung von Beobachterseeing wird ebenfalls zunehmend wichtig, wenn man höhere Vergrößerungen mit großer Öffnung anlegen will.
6 Zoll Öffnung oder auch der sehr verbreitete 8-Zöller fallen hier rein aber auch noch größere Teleskope bis 20“ Öffnung werden immer häufiger und dann kommen wir in Bereiche, wo Amateure mit Teleskopen umgehen, die 400 bis 800fache Vergrößerung, ja 1000fach und mehr mit Auflösungsgewinn zulassen, wenn denn das Seeing mitspielt.

Schon beim 8-Zöller, auch wenn sonst alles stimmt werden wir häufig aber längst nicht immer vom atmosphärischen Seeing ausgebremst und müssen uns mit 200fach oder auch 250fach begnügen, wobei es dann hauptsächlich um Mond- und Planetenbeobachtung gehen wird. Allerdings reicht die Lichtsammelleistung auch schon aus um an vielen Deepsky Objekten solche höheren Vergrößerungen anzuwenden.

Nun gilt es, gerade für die Mond- und Planetenbeobachtung noch einige Dinge mehr zu beachten, um die Beobachtung dennoch erfolgreich zu gestalten.
Die für Deepsky so gewinnbringende Lichtsammelleistung ist zum Beispiel bei kompakten, hellen Objekten wie den Planeten oder auch dem großen Mond dafür verantwortlich, dass gleißende Helligkeit bei geringen Vergrößerungen jede Menge Details kosten kann, die eigentlich vorhanden sind. Überstrahlung und Blendung sind hier die Ursachen, denen man mit hoher Vergrößerung entgehen kann, wenn denn das Seeing mitspielt. Die Verteilung der natürlich nicht größer werdenden Objekthelligkeit auf größere Fläche schafft Abhilfe. Vereitelt Seeing diese höheren Vergrößerungen müssen wir Lichtdämpfung betreiben, was mit Graufiltern unterschiedlicher Dichte oder auch mit variablen Polfiltern gelingt. Eine andere, sehr hilfreiche Maßnahme ist die schlichte Erzeugung von Umgebungslicht und die daraus resultierende Vermeidung der Dunkeladaption des Auges.

Mit der richtigen Herangehensweise wird aus dem üblen, überstrahlten Beginn links durchaus so was wie rechts im Bild.

  


Solange ein kleineres Teleskop von der Auflösung her mit dem größeren Teleskop mitkommt und bei Unterstellung gleicher Qualität werden wir also im kleinen Teleskop und im großen Teleskop bei gleicher Vergrößerung eine sehr ähnliche Detailfülle sehen, wenn am großen Teleskop erfolgreich und im richtigen Maße das Licht gedämpft wird. Die Einschränkungen durch atmosphärisches Seeing betreffen beide Teleskope gleichermaßen.
Treibt man nun ein kleineres Teleskop in die Übervergrößerung, also vergrößert ohne Detailgewinn weiter, bekommt man ein dunkleres Bild, im Extremfall sogar mit deutlichen Detaileinbußen. Hier wird, bei gleicher Vergrößerung und ohne Seeingstörungen das größere Teleskop immer seine Auflösungsvorteile ausspielen.

Nun gibt es den Fall, dass kleinere Teleskope in der Übervergrößerung, also jenseits der förderlichen Vergrößerung, ein ruhiges Bild zeigen, während das größere Teleskop bei gleicher Vergrößerung Seeingstörungen zeigt.
Zwei einfache, leicht verständliche Vorgänge ergänzen sich hier.
Das kleinere Teleskop wird jenseits seiner Auflösungsfähigkeit betrieben und kann demnach auch Seeingstörungen, welche jenseits davon liegen, nicht auflösen. Es liefert nur ein größeres Bild ohne mehr Information.
Das größere Teleskop wird innerhalb seiner Auflösungsgrenzen betrieben, zeigt bei gleicher Vergrößerung entsprechend mehr und kleinere, feinere Details, diese liegen jedoch auch im Bereich der herrschenden Seeingstörungen, welche also auch mit aufgelöst werden. Das detailreichere Bild erschein demnach selbstverständlich auch unruhiger.
Diese Vorgänge kann man bei passenden Gelegenheiten und mit passenden Teleskopen immer wieder, also reproduzierbar beobachten. Man braucht zwei Teleskope vergleichbar Abbildungsgüte unterschiedlicher Öffnung, angemessene Okulare für jedes Teleskop und entsprechende Filter.

Man muss solche Vergleiche nicht machen, man muss sein Teleskop nicht optimieren, man kann auch einfach nur beobachten und genießen, was man mit seinem Fernrohr sieht. Dann sollte man sich allerdings auch mit Pauschalaussagen über Öffnungs- und Seeingbezüge zurückhalten, denn sie sind in aller Regel grundsätzlich falsch, das sie nur durchaus mögliche Einzelfälle fehlerhafter Bedienung beschreiben oder schlichte Nacherzählungen von überlieferten Berichten sind, die ebenfalls einer aus heutiger Sicht unzureichenden Kenntnis der Materie entspringen.
Allen Unkenrufen zum Trotz kann man auch bei uns in Mitteleuropa durchaus Nächte erleben, in denen mit größeren Öffnungen als 10“ hohe Vergrößerungen ohne Seeingstörungen möglich sind und man kann seine Chancen deutlich erhöhen, wenn Maßnahmen gegen Tubusseeing und Beobachterseeing konsequent durchgeführt werden. Auch die Vermeidung von Standorten mit überwiegend schlechtem lokalem Seeing hilft ungemein und wenn dann noch das atmosphärische Seeing passt, kann man mit entsprechender Öffnung auch 500fach und mehr erfolgreich anwenden.

Meine praktischen Beobachtungen und Erkenntnisse beruhen auf derzeit möglichem technischem Stand, bzw sind mit diesem kompatibel.

Naturgemäß kann ich mir nicht konkret vorstellen, dass sich daran etwas verbessert, denn dann würde ich das zu verbessern suchen. Ebenso naturgemäß schließe ich mögliche Verbesserungen selbstverständlich nicht aus.

Angewandte Praxis in dem hier dargelegten Sinne ist völlig systemunabhängig ein klares Bekenntnis zur Qualität des Fernrohrs und zur nur darüber erreichbaren Ausnutzung gegebener Öffnung.
Eine allgemeine Festlegung des Refraktors als Planetenteleskop ist falsch, da nur auf hochwertige Vollapos zutreffend. Newtons sind keineswegs auf Lichtsammlung für Deepsky zu reduzieren und kathadioptrische Systeme nicht von Grund auf schlecht. Schiefspiegler sind für Weitfeldbeobachtungen eher unpassend gesetzt.
Wie immer und überall kommt es darauf an, was man will und was man sich leisten kann, was man selbst in der Lage ist an Verbesserungen umzusetzen oder ob man eben nicht in der Lage oder Willens ist, ein Teleskop zu optimieren oder von Grund auf zu bauen. Will man selbst Hand anlegen, dann ist der Newton mit seinem einfachen Funktionsprinzip die finanziell weitaus günstigste und heimwerkertechnisch beste Wahl. Man kommt an alles einfach ran und kann, bei angemessen vorsichtigem Umgang kaum etwas kaputt machen. Dabei spielt auch eine Rolle, dass gerade bei günstigen Newtons herstellerseitig schon einfachste Maßnahmen unterbleiben, was eben auch zu simpel umsetzbaren Verbesserungsmöglichkeiten mit deutlich sichtbaren Verbesserungen in der Abbildungsleistung führt.
Die Beseitigung von Verspannungen oder Dezentrierung an einem Refraktorobjektiv erfordert in aller Regel den feinoptisch ausgebildeten und/oder sehr versierten Fachmann. Auch vor dem Ausbau einer Schmidtplatte am Kathadiopter darf hier gewarnt werden, denn sie muss sehr exakt wieder in die gleiche Position. Beim Newton hingegen ist die richtige Positionierung der optischen Komponenten zueinander von Haus aus Nutzersache. Diese Justierung muss man als Nutzer eines Newtons beherrschen und wenn man das nicht will, sollte man sich besser gleich nach einem geeigneteren System umsehen.
Ein Teleskop, welches in der Lage ist, zu zeigen, was gegebene Öffnung kann, ist unabhängig von der tatsächlichen Öffnung immer eine Offenbarung. Erst ein solches Teleskop wird dann auch ausschließlich von Seeing ausgebremst. Es erhebt sich nicht über den Stand von Physik- und Optiklehre, es ist auf diesem Stand und seeingresitent ist es dadurch immer noch nicht.
Sichtbar ist allerdings und völlig logischer Weise, dass die aufgeweichte Abbildung eines Teleskops mit geminderter Abbildungsqualität bei bereits verschmierten Details und Kontrasten von leichtem Seeingeinfluss völlig zerschossen wird, während das nur vom Seeing beeinflusste Bild des Vergleichsteleskops unter gleichen Bedingungen noch sehr ansehnlich ist.

Abschließend noch ein kleines Ausschlussverfahren, denn einige Erscheinungen werden häufig mit Seeing in einem Atemzug genannt, haben aber nichts damit zu tun.
Feine hohe Zirren, Kondensstreifenreste oder Hochnebel haben mit Seeing nichts zu tun, auch wenn sich das lediglich durch leicht herabgesetzte Sterngrenzgröße bemerkbar macht. Während Deepsky Beobachter nach einem Blick in den abendlichen Himmel solche Nächte abhaken keimt im Planetenbeobachter Hoffnung auf eine ziemlich geniale Nacht auf, denn wenn das stabil bleibt ist es in der höheren Atmosphäre ziemlich ruhig, also ist gutes Seeing für Planeten zu erwarten.



Atmosphärische Refraktion macht sich an hellen, tief stehenden Sternen und Planeten, auch am Mond, durch Farbsäume bemerkbar. Es passiert, was der Begriff schon beschreibt, das Licht wird in sein Spektrum zerlegt und daran kann der farbreinste Refraktor ebenso wenig ändern wie ein reines Spiegelteleskop.

Horizontnahe Aufhellungen, Lichtsmog, aber auch Grenzgrößenherabsetzung durch erhöhte Partikeldichte in der Luft (Staub, Wasserdampf, pp) hat ebenfalls nichts mit Seeing zu tun, gerade die Partikelanzahl steigt schon alleine durch den Umstand, dass wir mit dem Fernrohr beim Blick zum Horizont einen wesentlich weiteren Lichtweg durch die Atmosphäre haben als beim Blick in den Zenit.