Planetenbeobachtung mit Methanbandfilter

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Projektleiterin/Autor: Silvia Kowollik
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25.04.2008


Saturn ist nicht der einzige Planet mit einem Ring in unserem Sonnensystem. Am 10. März 1977 wurden mit dem Kuiper Airborne Observatory während der Messung einer Sternbedeckung durch Uranus zufällig Ringe um den Planeten entdeckt. Will man die Uranusringe mit Teleskopen vom Erdboden aus fotografieren, muß man mit speziellen Filtern arbeiten, da die Ringe im Vergleich zur Helligkeit von Uranus extrem dunkel sind und vom Licht der Planetenkugel völlig überstrahlt werden.

 

Aufnahmen der Uranusringe mit dem Keck II Teleskop auf Hawaii  

Aufnahme der Uranusringe mit dem Hubble-Space-Teleskop

Für eine erfolgreiche Beobachtung der Uranusringe mit dem 80 cm Teleskop der Sternwarte sind im Vorfeld der Beobachtung umfangreiche Recherchen und Tests notwendig:

- die Auswahl eines geeigneten Filters, der verhindert, daß die schwachen Ringe durch das Licht von Uranus überstrahlt werden
- die Auswahl einer Kamera, die in dem geplanten Wellenlängenbereich empfindlich genug ist, um das schwache Licht aufzufangen
- die Bestimmung der notwendigen Belichtungszeit mit dem Filter für eine Grenzgröße von 16 mag.

  Die Helligkeit von Uranus variiert mit der Wellenlänge, in der er beobachtet wird. In der Atmosphäre von Uranus befindet sich Methan. Bei 890 nm wird das Sonnenlicht durch das gasförmige Methan in der Atmosphäre absorbiert - Uranus erscheint bei dieser Wellenlänge dunkler. Seine Ringe bestehen vermutlich aus Eis, dieses reflektiert das Sonnenlicht ohne Absorption und so erscheinen sie heller.

Dieser Wellenlängenbereich wurde für das Beobachtungsprojekt ausgewählt, da hier die meisten Kameras noch ausreichend empfindlich sind.

     
  Die Suche nach einem schmalbandigen Filter, der genau in dieser Wellenlänge Licht durchläßt, an sonsten jedoch alle Wellenlängen von Ultraviolettem Licht bis ins Infrarote Spektrum bei 1050 nm blockt, gestaltete sich schwierig.

Mit dem Filter XBPA890 der japanischen Firma Asahi Spectra mit 12 nm FWHM wurde jedoch ein idealer Filter für das Beobachtungsprojekt gefunden.
     
  Bei der Auswahl der Kamera wurde darauf geachtet, daß die Kamera einen s/w Chip aufweist, Kameras mit Farb-Chips sind ungeeignet.

Mit der DMK 21AF04.AS der Firma "The Imaging Source" wurde eine geeignete Kamera gefunden. 640 x 480 quadratische Pixel mit 5,6 x 5,6 my sorgen für eine ausreichende Empfindlichkeit, die Ausleserate von bis zu 60 Bildern pro Sekunde sowie die Möglichkeit von Langzeitbelichtungen bis zu 60 Minuten pro Einzelbild ist für Planetenfotografie mit diversen Filtern ideal.

Nach der Auswahl von Filter und Kamera wurde am 24.4.2008 ein erster Test an einem 8" Newton f=5 durchgeführt. Der Test diente zur Überprüfung der theoretischen Vorüberlegungen.

Hier präsentieren wir Ihnen die ersten Testaufnahmen des Planeten Saturn mit dem Methanbandfilter.

unbearbeitete Rohbilder, Ausschnitt aus dem gesamten Gesichtsfeld:

         
Saturn mit 1/15 sek. Saturn mit 1/8 sek. Saturn mit 1/4 sek. Saturn mit 1/2 sek. Saturn mit 1 sek.

Die Kamera wurde mit dem Filter direkt im Fokus des 8" Newtons platziert und mit Belichtungszeiten zwischen 1/15 und 1 Sekunde wurden jeweils 450 Bilder aufgenommen. Die  Bildbearbeitung gliederte sich in 3 Schritte:

- subpixelgenaues Mitteln
- Kontrastanhebung
- Schärfung

Hier die fertigen Saturnaufnahmen mit dem Methanbandfilter:

 

Bei der kürzesten Belichtungszeit war im Livebild  nur der Ring sichtbar, durch die Bildbearbeitung  zeichnet sich nun auch die Saturnkugel ab.

  Bei der Belichtungszeit von 1/2 Sekunde zeichnen sich bereits schwach die hellsten Saturnmonde Titan und Rhea ab. Da der Saturnmond Titan ebenfalls eine methanhaltige Atmosphäre hat, erscheint er ebenfalls dunkler als im visuellen Bereich.
     
  Die nochmalige Verdoppelung der Belichtungszeit auf 1 Sekunde brachte eine Steigerung der Grenzgröße auf 10.2 mag. Damit konnte nun auch der Saturnmond Tethys abgebildet werden.

Um Schlangenlinien durch Hotpixel zu vermeiden, wurden Darks aufgenommen und während der Bildbearbeitung subtrahiert.

Durch die Rotation der Erde stand Saturn nach dem letzten Versuch bereits zu tief am Horizont um Versuche mit noch längeren Belichtungszeiten durchzuführen. Am frühen Morgen des 25.4.2008 konnte jedoch auch noch Jupiter mit dem Methanbandfilter aufgenommen werden.

Dieser erste Test mit dem Methanbandfilter an einem Amateurteleskop mit einem 20 cm Spiegel hat gezeigt, daß der Filter die Erwartungen erfüllt. Das Licht der Planetenatmosphäre wird wirkungsvoll geschwächt.

Bei geeigneten Witterungsverhältnissen werden weitere Tests am 80 cm Spiegelteleskop der Sternwarte Zollern-Alb in den Monaten Mai und Juni 2008 durchgeführt.

Ab Herbst 2008 wird Uranus am Nachthimmel zu beobachten sein. Ziel unserer Beobachtungsreihe wird es dann sein, das Ringsystem des Planeten mit dem Methanbandfilter fotografisch zu erfassen.

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