Echte AOs nun auch für Amateure erschwinglich...

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etalon

etalon

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Hallo an Alle,

wenn das mal nicht cool ist! Jetzt werden echte adaptive Optiken auch für ambitionierte amateur Astrofotografen erschwinglich! Technik wie bei den Profis, allerdings nur stationär betreibbar und noch mit relativ kleinem Bildfeld, aber immerhin...

http://www.thorlabs.de/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=3208

Ich bin gespannt, wohin die Entwicklung noch geht. Vielleicht können wir bald alle unsere Teleskope an der theoretischen Auflösungsgrenze betreiben? ;)

Gruß Markus

 
Hallo Markus,

Sehr interessant, danke für den Link!

Leider ist ein zentrales Problem bei der astronomischen Anwendung die geringe Helligkeit der zu korrigierenden Motive. Deshalb setzen die Profis starke Laser ein, um sich künstliche "Sterne" in der Hochatmosphäre zu schaffen, an denen sie dann 1000x pro Sekunde die Deformation der Wellenfront messen können.

Nochmal aufwendiger wird es, wenn dich nicht nur ein enger DS sondern ein ganzer Jupiter interessiert. Da sieht die Deformation für verschiedene Teile des Motivs schon unterschiedlich aus.

Der Ausgleich der Luftunruhe über diese Technik wird Amateuren wohl nicht ohne weiteres möglich sein.

Die Beispielanwendung in dem Link sieht mir eher nach aktiver Optik aus: Sie korrigieren keine Luftunruhe, sondern systematische Restfehler ihres optischen Systems. Da reicht es eigentlich, wenn sie diese gar nicht oder nur einmal messen und dann immer die gleiche Sequenz von Defomrationen ausführen.

Trotzdem natürlich sehr interssant, da Elektronik ja im Trend immer billiger wird.

Grüße, Martin
 
Hallo Martin,

da die Information für den Wellenfrontsensor über einen Strahlteiler ausgekoppelt wird, hat sie den selben Inhalt wie das aufzunehmende Objekt. Da sollte gerade bei den Planeten eigentlich genug Licht vorhanden sein. Das Mit dem Laser wird nur bei sehr engen Gesichtsfeldern und dunklen DS-Objekten relevant, wenn im Gesichtsfeld des Wellenfrontsensors kein ausreichend heller Stern mehr zu finden ist...

Unabhängig davon fand ich die Sache einfach interessant. Wer weiß, was vielleicht in 10 Jahren ganz normal in der Amateurastronomie ist... ;)

Beste Grüße
Markus
 
Hallo Markus,

Grosse Planetenscheibchen sind als Motiv wohl nicht geeignet für den WF-Sensor, da nicht punktförmig. Schon bei 30cm Optikdurchmesser überlappen sich die Lichtbündel für zwei 6Bogensekunden entfernte Sterne in 10km Höhe über dem Fernrohr nicht mehr. Damit kannst du immer nur ein sehr kleines Feld um deinen Leitstern korrigieren.

Das gut korrigierte Feld einer AO mit nur einem (künstlichen) Leitstern ist EXTREM klein, im Sichtbaren deutlich kleiner als das Saturn- oder Jupiter-scheibchen. Die meisten AOs funktionieren heute nur im nahen IR.

Die Abdeckung des Himmels mit ausreichend hellen Sternen in dem sehr kleine Feld ist das zentrale Problem.

AO online Tutorial

Für Amateure wird es wegen des Helligkeitsproblems wohl bei Tip/Tilt Korrektur bleiben, siehe SBIG AO7 und andere. Schon bei Nutzung der kleinen Handlaser am Himmel geht ein Aufschrei durchs Land.

Trotzdem hochspannend das Thema.

Grüße, Martin
 
Hallo zusammen,

Zudem...soviel ich in der Astrovorlesung mitbekommen hab - wurde mal gaaanz kurz auf meine Frage hin angesprochen - ...sei die Korrektur durch Adaptive Optik nur in "langsam" ändernden Wellenlängen angemessen zeitgleich.
Meine Überlegung war, dass wenn die Veränderung vom System erkannt wird, dann ist sie ja schon geschehen und die Korrektur muss erst noch vorgenommen werden. Da dies im Visuellen Fenster noch nicht soweit fortgeschritten sei, dass man da "in Echtzeit" korrigieren könne - soweit das überhaupt möglich ist - wird dies noch in Wellenlängen angewendet in denen sich Veränderungen weniger schnell vollziehen würden als im Optischen - Infrarot wurde mir als Beispiel gegeben wenn ich mich noch recht erinnere.

Also, Amateure würden erst mal etwas in Nahen IR oder UV anfangen müssen wo die CCD's noch empfindlich wären bevor es dann auch im optischen möchlich sein wird.

Clear Sky

Tobey
 
Hi Tobey,

das ist soweit richtig. AO ueber tip-tilt hinaus ist eine schweinisch komplizierte Angelegenheit und erfordert selbst mit 4m Teleskopen Sterne, die mindestens mag 13 oder heller sind. Sonst kommt man nicht auf die erforderlichen Korrekturraten von mehreren 100 Hz. Wenn man das auf eine 40cm Amateuroptik runterrechnet, und wenn man bei der Korrekturrate sehr grosszuegig ist, dann landet man da bei einem mag 9 Stern. Und von der Sorte gibt es innerhalb von 10-20 Bogensekunden von den interessanten Objekten nur sehr, sehr sehr wenige. Letztere muss man dann bisher auch noch im nah-IR beobachten (1000-2000 nm), im UV bei 300-400nm geht da gar nichts.
Daher auch die Laser. Die brauchen aber 10-30 Watt Power um ueberhaupt einen Referenzstern zu erzeugen, der einigermassen hell genug ist. Einen Laser Klasse 4 darf man in Deutschland soweit ich weiss nicht ueber Horizonthoehe an den Himmel richten. Ganz davon abgesehen dass es da mit den handelsueblichen Dingern fuer 50000-100000 EUR nicht getan ist.

Ausserdem funktioniert diese Art AO nur dann, wenn auch das atmosphaerische Seeing gut ist: sprich etwa 1" oder besser.
Ansonsten erreicht man keine signifikante Verbesserung.

Ich bin also sehr skeptisch was eine vernuenftig arbeitende AO im 'Amateurbereich' angeht (hier braucht es auch einen raeumlich festen Nasmyth-Fokus)...

mischa




mischa
 
Hallo Mischa

Ausführliche Antwort - danke. Jetzt möchte ich aber doch nochmals nachfragen wie das im Fall von UV aussieht. Also, IR ist langsam genug für AO. Optisch sind die Veränderungen (noch?) zu schnell (was würde es da für Frequenzen benötigen einige 1000? einige dutzend 1000?). Sind nun die Veränderungen im UV noch schneller als im Optischen oder wieder langsamer, so dass da wieder AO betrieben werden könnte?

Zweite Frage: Wie könntest du dir theoretisch maximal die AO im Amateurbereich vorstellen (wenn man mal das finanzielle ausser Acht lässt)? Ich hab mir da flüchtig so etwas gedacht wie, dass man so eine AO von dieser anfänglich geposteten Homepage kauft (für 10'000 oder 20'000€ :) ), die dann ins System einbaut und vor die CCD einen Blocker-Filter für alle nicht IR-Wellenlängen einsetzt. Dabei müsste man dann neben sehr guter Nachführung auch darauf achten, dass der CCD möglichst IR empfindlich ist (Bsp. KAF-3200). Ginge das so theoretisch - nur im IR zu fotographieren und die AO dort einzusetzen?
Hmmm, würde man das beim LRGB und Stacking in der Qualität merken?
Zweites hmmmm, welche Anwendungsgebiete wären dazu da nur im IR zu beobachten?
Einfach mal so Handgelenk*Pi überlegt.

Gruss

Tobey
 
Hallo Tobey,

AO ist in IR schlicht und einfach deshalb einfacher, weil dort wesentlich gröbere Korrekturen ausreichen, um beugungsbegrenzte Bedingungen herzustellen.

Je kürzer die Wellenlänge, umso schwieriger wird das Geschäft. Wenn man die Anforderungen an die statische Fertigungsqualität der Optik und an die Präzision der dynamischen AO z.B. zwischen 500 nm im Sichtbaren und bei 1 Mikrometer im IR vergleicht, so reicht im IR jeweils die halbe optische Genauigkeit für beugungsbegrenzte Performance.

Bei längeren Wellenlängen reduzieren sich also ganz allgemein die Anforderungen, bei kürzeren steigen sie entsprechend an. Da das Geschäft mit AO in der Astronomie sowieso schon sehr anspruchsvoll ist, fängt man jedenfalls da an, wo es leichter zu realisieren ist, eben im IR. Ob die Technik dann soweit fortschreitet, dass man sowas auch im Sichtbaren oder gar im UV angehen kann, bleibt abzuwarten.

Der Grund ist also wohl die Wellennatur des Lichts selbst und weniger eine mögliche Variation der atmosphärischen Zeitkonstanten mit der Wellenlänge.

Mit freundlichen Grüßen,
Peter

 
Hallo,

was mir in den Beiträgen hier überhaupt nicht Beachtung findet ist die Tatsache das wir Amateure mit wesentlich kleinerer Öffnung und damit weniger Auflösung beobachten.
Damit sinken auch die Anforderrungen an die AO drastisch.

Muss für ein 5m Teleskopes meinetwegen aller 1/1000 Sekunde die Wellenfront korrigiert werden würde es für ein 500mm Teleskop reichen diese aller 1/100 Sekunde zu korrigieren da die Auflösung um Faktor 10 niedriger ist.
Damit können auch die Seeing Einflüsse um Faktor 10 stärker sein!
Bei noch kleineren Öffnungen genügen entsprechend noch weniger Korrekturen.

Das die für uns Amateure relevanten Seeing Erscheinungen auch im sichtbaren Licht längst nicht so schnell vonstattengehen wie hier behauptet kann jeder mit eigenen Augen beobachten.
Da ist eben das bekannte Wabern bei Mond und Planeten oder das „Sprenkeln“ eines Sterns im Fokus welches sich ja sehr schön visuell verfolgen lässt.
Würden diese Erscheinungen sich im 1/100 oder gar 1/1000 Sekundenbruchteilen vollziehen könnten wir diese unmöglich beobachten sondern würden stattdessen einfach einen unscharfen Stern Mond oder Planeten sehen aber kein Wabern oder sprenkeln.

Damit sollte eine AO die in der Lage ist wenigstens eine kleine Verbesserung am kleinen Amateurteleskop zu bringen durchaus realisierbar sein.
Wir wollen ja nicht gleich mit 1000 facher Vergrößerung arbeiten, es wäre doch schon ein Fortschritt wenn in einer durchschnittlichen Nacht gewinnbringend bis 300 fach vergrößert werden könnte.

Als Referenz für die Planetenbeobachtung wäre auch die Planetenscheibe geeignet, es müsste genauso wie es auch bei Programmen wie Giotto zum automatischen Sortieren der Bilder gemacht wird ein möglichst unverzerrtes Referenzbild ermittelt werden.
Die AO korrigiert dann nach dieser Reverenz alle durch Seeing hervorgerufenen Deformationen der Planetenscheibe.

Selbst das sollte bei kleiner Öffnung eine Verbesserung bringen.
Man müsste es halt mal ausprobieren.

Grüße Gerd
 
Re: Echte AOs nun auch für Amateure erschwinglich.

Hallo Gerd,

ist das Seeing nicht von der Größe der Luftzellen und nicht von der Öffnung abhängig?

Wirkt sich da trotzdem die Öffnung aus?
 
Re: Echte AOs nun auch für Amateure erschwinglich.

Hallo Martin,

ist das Seeing nicht von der Größe der Luftzellen und nicht von der Öffnung abhängig?

Wirkt sich da trotzdem die Öffnung aus?
Klicke in dieses Feld, um es in vollständiger Größe anzuzeigen.

dieser Punkt ist bei Meiner Betrachtung im oberen Beitrag noch gar nicht enthalten.
Eine große Öffnung wird immer über mehrere Luftzellen reichen, damit ist diese auch deswegen tendenziell Seeinganfälliger als eine kleine.

Ich habe mich oben aber ausschließlich auf das Auflösungsvermögen bezogen.
Ein 5m Teleskop erreicht nun mal bei 550nm rund 0,028“
Habe ich ein Seeing von meinetwegen 2,8“ müsste ich dieses also um Faktor 100 reduzieren um das Auflösungsvermögen des 5m Teleskopes nutzen zu können.
Das scheint in der Tat extrem anspruchsvoll und selbst für die Profis kaum realisierbar.

Bei 500mm habe ich eine Auflösung von 0,28“ hier reicht eine Reduzierung des Seeings um Faktor 10 völlig aus.
Aber selbst das ist ja schon ein Traumwert.
Mir würde es bereits reichen wenn das Seeing von den 2,8“auf 0,9“ reduziert werden kann so das ich in jeder durchschnittlichen Nacht das volle Auflösungsvermögen meines 6Zoll Planetennewtons nutzen könnte und nicht auf die wenigen Ausnahmenächte warten muss.
In dem konkreten Fall müsste also das Seeing lediglich um Faktor 3,1 verbessert werden, das scheint mir auch im Amateurbereich durchaus machbar zu sein.

Grüße Gerd
 
Re: Echte AOs nun auch für Amateure erschwinglich.

Hallo Gerd,

die Profis sind froh wenn sie das Seeing von 1.0" auf 0.6", und von 0.6" auf vielleicht 0.2" druecken koennen, am VLT vielleicht etwas besser. Wenn das Seeing deutlich schlechter als 1" ist, dann geht nix mehr.

mischa
 
Re: Echte AOs nun auch für Amateure erschwinglich.

Hallo Mischa,

na das klingt ja nicht gerade sehr ermutigend, demnach wären Erdgebundene Großteleskope auch mit AO lediglich reine Lichtsammler die Meilenweit von ihrem theoretischen Auflösungsvermögen entfernt sind.

Ich hab mich mit der Materie AO noch nicht tiefer befasst, aber den hier von Martin verlinkten Artikel gelesen.
http://www.mpia.de/homes/hippler/AOonline/C06/ao_online_06_01.html

Da schreibt man am 3m Teleskop des Lick Observatoriums einen Strehl von 60% erreicht zu haben.
Ich interpretiere das so das hier die durch Seeing verursachte Wellenfrontdeformation mit berücksichtigt ist und der Strehl für die dort erwähnten 589nm des K Stens gilt.
Das ist nicht so weit von der Beugungsgrenze entfernt.
Ein 3m Teleskop hat bei 589nm ein Auflösungsvermögen von 0,049“
Davon ist man bei Strehl 60% nicht sehr weit entfernt.
Man muss vorausgesetzt das Seeing ist in dem Strehl enthalten dieses schon seeeeehr deutlich unter die von Dir genannten minimal 0,2“ drücken um diesen Strehl bei 3m Öffnung erreichen zu können.

Grüße Gerd
 
Re: Echte AOs nun auch für Amateure erschwinglich.

Hallo allerseits,

das tatsächliche Auflösungsvermögen von erdgebundenen Großteleskopen ist bei sichtbaren Wellenlängen oft sogar schon ohne atmosphärische Effekte schlechter als beugungsbegrenzt. Funktionierende AO Systeme an solchen Großteleskopen sind auf infrarote Anwendungen beschränkt, und selbst dort funktionieren sie nur über extrem kleine Feldwinkel. In Ermangelung hinreichend heller natürlicher Leitsterne ist die Technik außerdem fast immer auf die Erzeugung künstlicher Leitsterne mit Lasern angewiesen, was aber auch nicht völlig äquivalent ist.

Siehe dazu den folgenden kritischen Artikel

Space-based vs. Ground-based telescopes with Adaptive Optics (AO)

Wie man dort nachlesen kann, hat selbst das Hubble Spacetelescope (nach der Korrektur seiner sphärischen Aberration) bei sichtbaren Wellenlängen von 0.5 um "nur" einen Strehl-Wert von 80%. Ähnliches gilt übrigens auch für die VLT Spiegel.

Und zur allgemeinen Einschätzung von typischen AO Systemen an erdgebundenen Großteleskopen ein Zitat aus demselben Artikel:

"For comparison, today's AO systems today typically deliver Strehl ratios of 15% at 1.2 um less than 50% of the time over 1% of the night sky.
Hubble delivers a Strehl ratio of 98% at the same wavelength"



Hier gibt's eine tabellarische Übersicht:

Performance of Adaptive Optics Systems Worldwide


Und exemplarisch das Keck AO:

Laser Guide Star for Keck Adaptive Optics


Link zur Grafik: http://keckobservatory.org/images/gallery/press_images/46_131.jpg


















>> the Keck LGS AO system recorded “Strehl ratios” of 36 percent (at 2.1 um wavelength),
compared to four percent for uncorrected images <<


Ist also alles nicht so einfach ...

Mit freundlichen Grüßen,
Peter

 
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