Astronomische Filter und ihre Auswirkungen


Einleitung: Grundsätzliches über achromatische und APO-chromatische Systeme am Beispiel von Objektiven

In diesem ersten Bild wird das Licht an einer herkömmlichen Glaslinse aus einem beliebigen Glasgemisch gebrochen. Deutlich sieht man, wie das Licht unterschiedlicher Wellenlängen auch unterschiedlich stark gebrochen wird. Das blaue Licht wird wesentlich stärker vom grünen Licht abgelenkt als das rote Licht, da die Wellenlänge vom blauen Licht verhältnismäßig viel kürzer ist als die Wellenlänge vom roten Licht (wenn man mit dem grünen Licht vergleicht).
Ein achromatisches Objektiv besteht meist aus zwei mit einander verklebten Linsen. Durch diese Bauweise schafft man es, zwei Wellenlängenbereiche des sichtbaren Lichtes in einen Fokus zu setzen. Das blaue Licht ist jedoch immer noch weit vom mittleren, grünen Fokus entfernt. Beim Teleskop würde hier im Bild der Okularauszug das Okular horizontal auf der weißen Mittenlinie bewegen.
Ein APO-chromatisches Objektiv wird mit drei oder mehr Linsen realisiert. Der APO-Chromat zeichnet sich dadurch aus, dass er drei Wellenlängen in einen Fokus bringt. Hier im Beispielbild sind es Rot, Grün und Blau. Selbst beim APO-chromatischen Objektiv liegen Infrarot und Ultraviolett noch ein wenig neben dem Fokus. Das sichtbare Spektrum ist allerdings beim APO-chromaten komplett in einem Fokus.
Ein super-APO-chromatisches Objektiv wird ebenfalls mit drei oder mehr Linsen realisiert. Der Super-APO-Chromat zeichnet sich dadurch aus, dass er vier Wellenlängen in einen Fokus bringt. Hier im Beispielbild sind es Rot, Grün und Blau und das nahe Ultraviolett. Die Farbkorrektur ist so gut, dass eine Steigerung zu dieser Objektivart keinen erkennbaren Gewinn mehr bringen würde. Durch die hohe Farbkorrektur ist auch das nahe Infrarot fast im Fokus. Somit ist der gesamte Bereich des sichtbaren Lichtes und des nahen infraroten- und ultravioletten Bereiches nahezu in einem Fokus!


Solar Continuum Filter


Der Solar Continuum eignet sich besonders für die Sonnenbeobachtung. Im folgenden Text möchte ich die Funktionsweise am APO-chromatischen und am chromatischen System verdeutlichen.

Der Apochromat unter schlechten Seeingbedingungen, waberndes Bild:

1. Je kürzer die Wellenlänge, desto stärker wabert das Bild.

2. Alle Wellenlängen wabern zwar in die gleiche Richtung, jedoch unterschiedlich stark, je nach Wellenlänge.

Wenn man nun einen dünnen Wellenlängenbereich durch lässt (wie beim Solar Continuum), dann hat man nicht mehrere sich überlagernde, unterschiedlich stark wabernde Bilder, sondern nur ein klareres, waberndes Bild. So werden wesentlich weniger Details "verschwimmen". Wenn das gesamte Spektrum des Weisslichts visuell betrachtet wird, dann verschwimmen die feinen Details regelrecht aufgrund unterschiedlich starker Seeing-Bewegung verschiedener Wellenlängen des sichtbaren Lichtes.

Beim Achromaten werden von vorn herein nicht alle Wellenlängen des sichtbaren Bereiches in einem gemeinsamen Brennpunkt zentriert. Hier kommen ohne diesen Filter bei der Sonnenbeobachtung noch andere schlechte Eigenschaften hinzu, wie z.B. unterschiedliche Fokuspunkte für verschiedene Wellenlängenbereiche. So wird der blaue Fokus etwas kürzer sein als der Grüne und noch wesentlich kürzer als der Rote. Mit dem Filter wird aus einem achromatischen System jedoch ein monochromatisches System (man kann es als ein solches System betrachten, da der Wellenlängenbereich nur einigen Nanometern entspricht). Mit dem Filter müsste (zumindest theoretisch) der Achromat keine schlechteren Bilder liefern als der Apochromat.

Es wird nur noch ein hauchdünner, grüner Bereich durchgelassen. Fazit: Der Solar Continuum wird bei beiden Systemtypen ein schärferes und somit besseres Bild an der Sonne geben, beim Achromaten sollte dieser Filter sogar ein "Muss" sein! Aber bitte niemals ohne Sonnefilter in die Sonne schauen!



Infrarot-Pass-Filter


Der Infrarot-Pass-Filter, oder auch Infrarot-Durchlass-Filter, ist ein sehr nützliches Instrument für die "Videografie" von Mond und Planeten. Die Meisten IR-Pass-Filter lassen Licht ab ca. 680 Nanometern durch. Das entspricht dem nahen Infrarot ("near-infrarered", wavelength from 7 up to 1,1 microns are used in cameras). Das Hauptproblem bei astronomischen Aufnahmen mit sehr hoher Vergrößerung/Brennweite ist das "Seeing", die Luftunruhe. Je kürzer die Wellenlänge ist, desto mehr wird sie durch das "Seeing" beeinflusst. Umgekehrt ist es genau so: Je länger die Wellenlänge ist, desto weniger wird sie vom "Seeing" beeinflusst. Der IR-Pass-Filter lässt nur Licht mit hohen Wellenlängen ab ca. 680 nm durch und wirkt auf das empfangene Bild sehr beruhigend. Oft verwendet man den IR-Pass-Filter in der Astronomie, um ein Schwarz/Weiss-Bild aufzunehmen. Die Farbe wird später meist separat mit einer Webcam aufgenommen und dem Bild hinzugefügt. Das resultierende Bild entspricht aber oft nicht dem visuellen Anblick durch ein Teleskop ohne Filter, da der IR-Pass-Filter den Kontrast sehr steigert.



Rot-Filter


Ein Rotfilter hat einen ähnlichen Effekt wie der IR-Pass-Filter. Bei Aufnahmen von den Planeten ist es aber manchmal sinnvoll, statt des IR-Pass-Filters einen Rot-Filter zu verwenden, da dieser mehr Licht im empfindlichen Bereich der heutigen Kameras durchlässt. Dadurch lassen sich kürzere Integrationszeiten bei der Videografie verwenden. Der Rotfilter schneidet schon den ungünstigen Blauteil aus dem empfangenen Bild und liefert somit oft sehr brauchbare Ergebnisse, manchmal sogar bessere Ergebnisse als der IR-Pass-Filter, da beim Rot-Filter die Integrationszeiten kürzer sind.



Infrarot/Ultraviolett-Sperr-Filter


Der IR/UV-Sperrfilter, oder auch IR/UV-Cut-Filter, ergibt nur an Systemen Sinn, die nicht APO-chromatische Eigenschaften besitzen. Die Funktion des Filters besteht daraus, nur Licht von ca. 380 nm bis ca. 680 nm durch zu lassen. Bei chromatischen Systemen ergibt der Filter eine geringe Verbesserung des Bildes, visuell und mit einer Kamera, da ganz geringe Lichtmengen im UV und im IR geschnitten werden. Die geringe Verbesserung tritt dadurch auf, dass der Fokus vom sichtbaren Licht und dem IR und UV unterschiedliche Fokuslagen haben, welche durch den Filter geschnitten werden. Der grüne Fokus, der in der Mitte des sichtbaren Wellenlängenbereiches liegt, dominiert dadurch.
Am APO-chromatischen System ergibt der Filter jedoch keinen Sinn und ist hier höchstens ein "Verkaufsschlager"!