Förderverein der Archenhold-Sternwarte |
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Andreas Heidenreich
Digitale Astrofotografie
1 Einführung in die Techniken
1.4 Gesichtsfeld
Das Gesichtsfeld (wie groß das Himmelsstück ist, das sich auf dem Chip abbilden lässt) wird durch die Größe des Chips und durch die Brennweite des Teleskops bestimmt. Es gilt der folgende Zusammenhang:
(1)
tan α = a/F
Darin ist a die Kantenlänge des Chips, F die Brennweite des Teleskops (für a und F muss die gleiche Längeneinheit gewählt werden) und α der Winkel des Himmels (in Bogenmaß), der durch die Kantenlänge des Chips abgedeckt wird. Da α ein kleiner Winkel ist, kann man in guter Näherung tan α durch α ersetzen.
(2)
α = a/F
Mit zunehmender Brennweite wird also das Gesichtsfeld kleiner, das Objekt allerdings auch größer abgebildet. Die für die Größenangabe astronomischer Objekte gängigen Einheiten sind die Bogenminute (′), 1′ = 1/60 Grad, und die Bogensekunde (′′), 1′′ = 1/60′ = 1/3600 Grad. Die Beispiele in der nachfolgenden Tabelle mögen ein Gefühl für die Größe astronomischer Objekte vermitteln.
| Objekt | Durchmesser |
| Mond | 30′ |
| Andromeda-Galaxie (M31) | 150′ |
| Plejaden (M45) | 100′ |
| Orion-Nebel (M42) | 40′ |
| Kugelsternhaufen | 5 … 15′ |
| Entferntere Galaxien | 3 … 20′ |
| planetarische Nebel | 0,3 … 1,5 |
| Planeten | 0,04 … 1,′0 (2,3 … 60′′) |
Die Formel für α umgerechnet nach Bogenminuten lautet:
(3)
3437 · a/F
Die Formel läßt sich auch auf den Himmelsausschnitt eines einzigen Pixels anwenden. Beim Fotografieren sollte die Brennweite entsprechend der Größe des Objekts gewählt werden. Es ist nicht sinnvoll, ein kleines Objekt mit zu kurzer Brennweite zu fotografieren, sodass es winzig im Bild erscheint. Umgekehrt muß man eine kürzere Brennweite wählen, um ein großes Objekt ganz ins Gesichtsfeld zu bekommen. Mit Barlow-Linsen läßt sich die Brennweite eines Teleskops typischerweise um einen Faktor 2-3 verlängern, mit Reduzierlinsen (auch genannt Shapley-Linsen, engl. Focal Reducer) um einen ähnlichen Faktor verkleinern.
Beispiel: Die aktive Sensorfläche eines DSI2-CCD hat die Abmessung von 6,24mm (Breite) · 5,01mm (Höhe). Bei einem Teleskop mit 2,50m Brennweite ergibt sich damit ein Gesichtsfeld von 8,′5·6,′9. Mit einer 0,63-Reduzierlinse läßt sich das Gesichtsfeld auf 13,′6 · 10,′9, mit einer 0,33-Reduzierlinse auf 26,′0 · 20,′9 vergrößern. Um noch größere Objekte wie den Orion-Nebel vollständig abzubilden, muss man entweder das Objekt als Mosaik fotografieren oder ein kleineres Teleskop verwenden - kleinere Teleskope haben in der Regel kürzere Brennweiten. Dies zeigt, dass größere Teleskope nicht für jede Anwendung kleineren Teleskopen überlegen sind; vielmehr ergänzen sich größere und kleinere Teleskope (wobei für die Mehrzahl der interessanten Objekte ein größeres Teleskop benötigt wird). Da bei einer Brennweitenverkürzung ein Objekt kleiner abgebildet wird, nimmt bei gleicher Teleskopöffnung auch seine Flächenhelligkeit (Helligkeit pro Fläche) zu, denn die Gesamthelligkeit des Objekts bleibt gleich, verteilt sich aber auf eine kleinere Fläche. Da die Fläche quadratisch mit dem Reduktionsfaktor abnimmt, nimmt die Flächenhelligkeit entsprechend quadratisch zu, also um den Faktor 1/0,632 = 2,52 bei einer 0,63 und um den Faktor 1/0, 332 = 9, 18 bei einer 0,33-Reduzierlinse.
f-Faktor: Eine nützliche und vielfach verwendete Größe zur Charakterisierung eines Teleskops ist der f-Faktor, der das Verhältnis von Teleskopöffnung (Durchmesser des Objektivs oder Hauptspiegels) und Brennweite ist. Ein Teleskop mit 25cm Öffnung und 2,50m Brennweite hat einen f-Faktor von 10, ausgedrückt f/10. Teleskope mit unterschiedlicher Öffnung aber mit demselben f-Faktor bilden ein Objekt mit derselben Flächenhelligkeit ab. Grund: Das Teleskop mit der größeren Öffnung sammelt zwar mehr Licht, durch die stärkere Vergrößerung wird das Licht aber auch auf eine entsprechend größere Fläche verteilt. Mit einer Reduzierlinse wird der f-Faktor eines Teleskops um den entsprechenden Faktor verkleinert. So verwandelt eine 0,63-Reduzierlinse ein f/10 Teleskop in ein f/6,3 Teleskop.
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| Abb. 3: Beispiele einiger CCD-Chips. Himmelsabdeckung und Pixelgröße für ein 10 Zoll f/10 Teleskop. |