Zentrale Obstruktion in der Astrofotografie: Was sie wirklich kostet

Einleitung

Wenn Sie für die Astrofotografie kein Refraktor-Teleskop verwenden, nutzen Sie wahrscheinlich ein spiegellastiges Design wie ein Newton, ein Schmidt-Cassegrain oder ein Maksutov-Cassegrain. Alle diese haben eines gemeinsam: einen Fangspiegel, der auf der Öffnung sitzt und eine sogenannte zentrale Obstruktion erzeugt.

Bei einem typischen Newton sitzen der Fangspiegelhalter und der Spiegel selbst in einem Winkel von etwa 45 Grad zum Hauptspiegel und reflektieren das Bild zurück zur Kamera darunter. Dieser Fangspiegel wirft einen Schatten auf den Hauptspiegel, und dieser Schatten ist die zentrale Obstruktion. Sie nimmt einen bestimmten Durchmesser und eine bestimmte Fläche von der Hauptlichtsammelfläche des Teleskops ein.

Die allgemeine Weisheit besagt, dass die zentrale Obstruktion nur für die visuelle Astronomie von Bedeutung ist und einen Kontrastverlust verursacht, und dass sich Astrofotografen darüber keine Sorgen machen sollten. In der Praxis hat die zentrale Obstruktion drei Hauptauswirkungen, die über den Kontrast hinausgehen, und es lohnt sich, diese zu verstehen, bevor Sie sich für ein spiegellastiges Teleskop für die Deep-Sky-Fotografie entscheiden.

Was ist eine zentrale Obstruktion?

Eine zentrale Obstruktion ist der Schatten, den der Fangspiegelhalter über den Hauptspiegel eines Spiegelteleskops wirft. Wenn Sie direkt in das Teleskop schauen, sehen Sie den Hauptspiegel hinten und die zentrale Obstruktion, die einen Teil der Öffnung einnimmt.

Die Größe dieser Obstruktion variiert erheblich zwischen den Designs. Einige Teleskope haben sehr große zentrale Obstruktionen. Zum Beispiel hat das Sharpstar SCA 310 eine Öffnung von 310 mm und eine zentrale Obstruktion mit einem Durchmesser von 184 mm. Diese Obstruktion ist größer als die gesamte Öffnung vieler kleiner Newtons. Das RASA 8, ein weiteres beliebtes Imaging-Teleskop, hat eine 203-mm-Öffnung und eine 93-mm-zentrale Obstruktion.

Die erste Auswirkung einer zentralen Obstruktion betrifft die maximale theoretische Auflösung des Teleskops. Der genaue Effekt ist mit einfachen Formeln schwer zu quantifizieren, und die Auswirkung auf das Dawes-Limit ist nicht ganz klar. In der Praxis ist der Auflösungsverlust für die meisten Astrofotografen wahrscheinlich nicht besorgniserregend, zumal selbst ein bescheidenes Newton die meisten Refraktoren auf dem Markt in Bezug auf die Öffnung übertrifft.

Die zweite Auswirkung betrifft die Leistung von Schmalbandfiltern, die bedeutender und leichter zu quantifizieren ist. Die dritte Auswirkung betrifft die Lichtsammeleffizienz, die die effektive Geschwindigkeit des Teleskops beeinflusst.

Auswirkungen auf Schmalbandfilter

Schmalbandfilter reagieren sehr empfindlich auf den Winkel der einfallenden Lichtstrahlen. Sie funktionieren am besten, wenn das Licht genau im 90-Grad-Winkel auf die Filteroberfläche trifft, was Licht bedeutet, das aus der Mitte der Optik kommt. Eine zentrale Obstruktion blockiert diese zentralen Strahlen vollständig, sodass das gesamte verbleibende Licht in einem nicht rechtwinkligen Winkel ankommt.

Dies hat einen messbaren Effekt auf die Transmission bei der Zielwellenlänge. Mit einem Schmalbandfilter-Rechner können Sie die Auswirkung deutlich sehen. Für das Sharpstar SCA 310 mit einem 3-nm-Schwefel-2-Filter und einer Spitzentransmission von 90 Prozent zeigt die Berechnung, dass selbst ohne zentrale Obstruktion die schnelle Optik die Gesamttransmission über die gesamte Öffnung auf etwa 75 Prozent reduziert. Das Hinzufügen der 184-mm-zentralen Obstruktion senkt die Transmission sofort um fast 10 Prozent.

Dieser Effekt ist mit einem breiteren Bandpassfilter viel weniger ausgeprägt. Mit einem 7-nm-Filter liegt das SCA 310 mit seiner zentralen Obstruktion bei etwa 90 Prozent Transmission, was praktisch kein Problem darstellt. Die praktische Schlussfolgerung ist, dass ein Teleskop mit einer großen zentralen Obstruktion Ihre Wahl der Schmalbandfilter einschränkt. Ein 3-nm-Bandpassfilter wäre wahrscheinlich keine gute Wahl für dieses Teleskop, insbesondere ein minderwertiger.

Ein hochwertiger Filter mit besserem Brechungsindex und besserer Spitzentransmission schneidet viel besser ab. Mit einem Premium-Filter ist der Unterschied zwischen mit und ohne zentrale Obstruktion gering. Der Punkt bleibt, dass die zentrale Obstruktion Ihre Filteroptionen einschränkt.

Das RASA 8 zeigt einen noch dramatischeren Effekt. Mit einem 7-nm-Filter und ohne zentrale Obstruktion beträgt die Transmission über die gesamte Öffnung nur 52 Prozent, da die Optik so schnell ist und die Lichtstrahlen in steilen Winkeln ankommen. Das Hinzufügen der 93-mm-zentralen Obstruktion senkt dies auf 42 Prozent, ein Verlust von 10 Prozent.

Die tatsächliche Geschwindigkeit Ihres Teleskops

Die dritte Auswirkung einer zentralen Obstruktion betrifft die Lichtsammeleffizienz. Der von der Obstruktion geworfene Schatten bedeutet, dass ein Teil des Hauptspiegels nie genutzt wird, wodurch die Anzahl der pro Pixel pro Sekunde gesammelten Photonen reduziert wird. Das bedeutet, dass selbst bei einem sehr schnellen Öffnungsverhältnis eine große zentrale Obstruktion die effektive Geschwindigkeit des Teleskops verringert.

Um dies zu quantifizieren, können Sie die nutzbare Oberfläche eines Spiegelteleskops mit der äquivalenten Refraktoröffnung vergleichen. Für das Sharpstar SCA 310 hat der Hauptspiegel einen Durchmesser von 310 mm, was eine Oberfläche von Pi mal 155 im Quadrat ergibt. Subtrahiert man die Oberfläche der zentralen Obstruktion mit einem Radius von 92 mm, bleibt eine nutzbare Oberfläche, die einem Refraktor mit einem Durchmesser von etwa 250 mm entspricht.

Das bedeutet, dass das SCA 310 mit seinem auf dem Papier angegebenen Öffnungsverhältnis von F3.8 in Bezug auf die Lichtsammlung einem Refraktor mit einem Öffnungsverhältnis von F4.7 entspricht. In der Fotografie ist dies der Unterschied zwischen einer Blende und einer T-Blende, wobei T für Transmission steht und alle Lichtverluste über Oberflächen berücksichtigt.

Wenn man realistische Spiegelreflexionsverluste von etwa 95 Prozent hinzufügt, erhöht sich die T-Blende auf etwa 5.2. Wenn Sie dann einen minderwertigen Schmalbandfilter mit 66 Prozent Transmission hinzufügen, erhöht sich die T-Blende auf etwa 7.9. Selbst ohne einen ungeeigneten Filter ist das Teleskop nicht so schnell, wie es auf dem Papier erscheint.

Das RASA 8 schneidet besser ab. Seine 203-mm-Öffnung mit einer 93-mm-zentralen Obstruktion entspricht einem Refraktor mit einer Öffnung von etwa 180 mm. Dieser hypothetische Refraktor hätte ein Öffnungsverhältnis von F2.2, verglichen mit dem auf dem Papier angegebenen F2 des RASA 8. Die Auswirkung ist weniger dramatisch als beim SCA 310, aber immer noch messbar.

Was das für Ihr nächstes Teleskop bedeutet

Beim Vergleich von Teleskopen für die Astrofotografie ist das Öffnungsverhältnis allein kein zuverlässiger Indikator für die Geschwindigkeit, wenn das Teleskop eine zentrale Obstruktion hat. Die effektive Lichtsammelfähigkeit wird durch die Obstruktion reduziert, und die tatsächliche Geschwindigkeit wird besser durch die T-Blende beschrieben.

Für die Schmalbandfotografie schränkt eine große zentrale Obstruktion Ihre Filterauswahl ein. Breite Bandpassfilter wie 7 nm sind sicherer, während 3-nm-Filter Ihnen erhebliche Transmission kosten können, insbesondere bei minderwertigen Filtern. Premium-Filter mit besserem Brechungsindex mildern das Problem, beseitigen es aber nicht.

Die zentrale Obstruktion erscheint nicht in den endgültigen Bildern, da sie unscharf ist. Der Schatten verteilt sich über den gesamten Sensor, wodurch das Bild etwas weniger hell wird, anstatt eine sichtbare dunkle Form zu zeigen. Diese subtile Helligkeitsreduzierung ist genau der Verlust an Photonen pro Pixel pro Sekunde, der mit der Obstruktion einhergeht.

Fazit

Die zentrale Obstruktion ist mehr als ein Kontrastproblem für visuelle Beobachter. Sie beeinflusst die Leistung von Schmalbandfiltern, reduziert die effektive Lichtsammlung und verändert die tatsächliche Geschwindigkeit des Teleskops. Das Verständnis dieser Auswirkungen hilft Ihnen, das richtige Teleskop und die richtigen Filter für Ihre Imaging-Ziele zu wählen.

Für das Sharpstar SCA 310 bedeutet die massive 184-mm-zentrale Obstruktion, dass das Teleskop in Bezug auf die Lichtsammlung effektiv ein 250-mm-Refraktor ist, mit einer T-Blende von etwa 5.2 vor Berücksichtigung von Filtern. Das RASA 8 liegt näher an seiner auf dem Papier angegebenen Geschwindigkeit und entspricht einem 180-mm-Refraktor bei F2.2.

Wenn Sie Schmalbandaufnahmen planen, achten Sie genau auf die Größe der zentralen Obstruktion und wählen Sie die Filter entsprechend. Wenn Sie das schnellstmögliche System wünschen, hat ein Refraktor ohne zentrale Obstruktion immer einen Vorteil bei der Transmissionseffizienz.