Nebelfilter und Hyperstar

 

Hier möchte ich Ihnen einige Anmerkungen zu den von mir an meinem Wohnort verwendeten Nebelfiltern geben, die bisher ausschließlich fotografisch zur Anwendung kamen.

 

Am Anfang stand die Überlegung, ob ich mit einem schnellen System (Hyperstar , f/2) überhaupt aus unserem lichtverschmutzten städtischen Bereich lichtschwache Deep-Sky Objekte sinnvoll aufnehmen kann. Es funktioniert ;-)

 

Das störende Streulicht an meinem Standort setzt sich aus verschieden Quellen zusammen, u.a:

  • diskrete Spektren von Neonröhren (durch angrenzende Industriegebiete), Energiesparlampen, Natrium-  und Quecksilberdampflampen von Straßenbeleuchtungen,
  • kontinuierliche Spektren von Glühbirnen und
  • Airglow = Nachthimmelsleuchten (durch Prozesse in der Ionosphäre, Rekombination von ionisierten Gasatomen, Sauerstoff und Stickstoff)

Das Streulicht hat also ein kontinuierliches Spektrum (ein kontinuierliches Spektrum enthält alle "Regenbogenfarben").

 

Anmerkung: Natriumdampflampen erkennt man als Nierderdrucklampen am kräftigen gelben Licht, als Hochdrucklampen am eher gelb-weißen Licht.

 

Emissionsnebel enthalten im Spektrum nur einzelne Linien von den zum Leuchten angeregten Gasatomen des Nebels. Je nach Nebelzusammensetzung sind manche Linien kräftiger, andere eher schwächer.  Besonders hervorzuheben sind:

  • H-beta, Linie des Wasserstoffs bei 486,1nm, türkisblau
  • OIII, enge Doppellinien des Sauerstoffs bei 495,9nm und 500,7nm, blaugrün
  • NII, Doppellinien des Stickstoffs bei 654,8nm und 658,4nm, rot
  • H-alpha, Linie des Wasserstoffs bei 656,3nm, rot
  • SII, enge Doppellinien des Schwefels bei 671,7nm und 673,1nm, tiefrot

Das Licht eines schwachen Emissionsnebels geht in dem Streulicht unserer Stadt völlig unter (so sind die Nebelgebiete z.B. von IC 1848 auf 5 Minuten-Aufnahmen ohne Filter nicht zu erkennen).

 

Ziel von Filtern ist es nun, das unerwünschte Streulicht (Störsignal) zu unterdrücken und gleichzeitig die spektralen Linien des Nebels (Objektsignal) größtmöglichst durchzulassen. Das Verhältnis zwischen Objektsignal und Störsignal soll also verbessert werden. Jedoch vermag kein Filter aus einem Stadthimmel einen ländlichen oder Hochgebirgshimmel zu zaubern.

 

Je nach Lichtdurchlässigkeit (Transmission) können die Filter in drei Klassen eingeteilt werden:

  • Breitbandfilter: Auf dem Markt gibt es unterschiedliche Bezeichnungen: CLS, IDAS, LPS, DeepSky,...
  • Schmalbandfilter: UHC Filter (Ultra High Contrast), stärkere Filterwirkung
  • Linienfilter: OIII, Halpha, SII, ...  Steigerung der Filterwirkung.

 

Erfahrungen mit den bisher von mir verwendeten Filtern:

 

Astronomik CLS-CCD:

Meine erste Wahl in Kombination mit dem Hyperstarsystem und der Fotografie von schwachen Emissionsnebeln. Keine störenden Reflexe an hellen Sternen.

 

Rote Linie: Transmissionskurve des Filters

Grüne Balken: wichtigste Emissionslinien von Gasnebeln

Gelbe Balken: künstliche Störquellen (Quecksilber, Natrium)

Graue Linie: relative Empfindlichkeit gängiger CCD Sensoren

 

(Transmissionkurve mit freundlicher Genehmigung der Fa. Astronomik)

Hier ein Beispiel:

IC 5070, unbearbeitetes Einzelbild, 300s mit Astronomik CLS-CCD-Filter, keine Darks, keine Flats, keine Bias, lediglich Histogrammstreckung. Kamera Alccd10. Vignettierung des Hyperstarsystems in den Bildecken deutlich erkennbar.

Astronomik H-alpha, OIII und SII

Nach Rücksprache mit Starizona/USA wurden mir für das Hyperstarsystem Schmalbandfilter mit einer Halbwertsbreite von 12nm empfohlen. Bei schnellen Systemen ist zu beachten, dass sich durch das schräg auf den Filter auftreffende Licht, die Transmissionsmaxima verschieben können. Damit ändert sich die Filtereigenschaft.

Nach Herstellerangaben sind diese Filter auch für schnelle Systeme geeignet. Nachstehend die jeweiligen Transmissionskurven.

Hier ein Beispiel:

NGC 6888, unbearbeitetes Einzelbild, 300s mit Astronomik Halpha 12nm, keine Darks, keine Flats, keine Bias, lediglich Histogrammstreckung. Achtung: Aufnahme enstand mit der Farbkamera Alccd10. Es wurde hier nur der Rotkanal dargestellt.

NGC 6888, unbearbeitetes Einzelbild, 300s mit Astronomik OIII 12nm, keine Darks, keine Flats, keine Bias, lediglich Histogrammstreckung. Achtung: Aufnahme enstand mit der Farbkamera Alccd10. Es wurde hier nur der Grünkanal dargestellt.

 

 

 

 

 

 

 

Baader Moon&Skyglow, Neodymiumfilter

Diesen Filter setze ich hauptsächlich bei helleren Deep-Sky Objekten ein (Galaxien oder Nebel bis etwa 8mag). Das Transmissionsprofil des Filters ist sehr komplex . Er lässt deutlich mehr Licht passieren als ein Breitbandfilter. Den Einsatz bei lichtschwachen Objekten kann ich nicht empfehlen. So ging auf einer 300s Einzelaufname von IC 1848 der Nebel im Streulicht unserer Stadt völlig unter. Die Bildbearbeitung des Summenbildes gestaltete sich besonders schwierig - mit meinen Grundlagenkenntnissen in der EBV. Zwar lässt sich der aufgehellte Hintergrund herausrechnen, aber dies geht m.E. immer zu Lasten der Bildqualität.

Erfahrungsgemäß setze ich daher bei lichtschwachen Nebel einen Breitbandfilter (Astronomik CLS-CCD) ein, der unter meinen Bedingungen wirkungsvoller ist. Die Bildbearbeitung ist deutlich einfacher.

 

Hier ein Beipiel:

IC 1805, unbearbeitete Einzelaufnahme, 240s mit Baader Neodymiumfilter, keine Darks, keine Flats, keine Bias, lediglich Histogrammanpassung.








Verschiebung der Transmissionskurven durch das Hyperstar

Interessant ist die Frage, wie stark sich ein schnelles System wie das Hyperstar auf den Verlauf der Transmissionskurven auswirkt.

 

Zunächst muss der mittlere Lichteinfallswinkel eines optischen Systems berechnet werden.

 

tan α = 0,71 * D / 2*f

 

mit D = Objektivdurchmesser, f = Brennweite

 

Der Faktor 0,71 = 1/√2 ist die 71% Zone, bei der Flächengleichheit zwischen einer inneren gedachten Kreisfläche und einer äußeren Ringfläche der Objektivöffnung besteht.

 

Für das Hyperstarsystem mit D=279mm und f=560mm ergibt sich ein Einfallswinkel α von 10,03°.

 

 

Die Verschiebung der Wellenlänge kann mit folgender Formel berechnet werden:

 

λα =   λo * SQRT (1 - sin² α / neff² )

 

λo = Wellenlänge bei senkrechtem Einfall auf den Filter. Die Transmissionskurven der Filter beziehen sich auf diesen Fall.

λα = verschobene Position der Transmissionskurve bei Einfallswinkel α

neff = effektiver Brechungsindex des Filters (Bereich etwa 1,45 für schmalbandige Filter bis 2 für breitbandigere Filter)

 

Einfache Berechnung:

Für die H-alpha Wellenlänge 656,3nm, einem angenommenen Brechungsindex von 1,45 und dem oben berechneten Einfallswinkel von 10,03° ergibt sich λα =651,5nm. Es tritt also eine Verschiebung von etwa 4,8nm auf.

Nun ist auch verständlich, warum Filter mit 12nm Halbwertsbreite empfohlen wurden.

Weitere Effekte die durch den schrägen Lichteinfall auftreten können sind u.a

  • Änderung der Form der Transmissionskurve
  • Änderung des maximalen Durchlasses

 

Einen sehr interessanten Link zu diesem Thema und  verschiedene Transmissionskurven von Filtern finden Sie hier:

http://www.astrosurf.com/buil/filters/curves.htm#Protocol