MTF/KTF und so weiter
Hallo Uwe,
Für mein letztes verfehltes Posting will ich mich noch mal entschuldigen!
und ich möchte mich für meine zum Teil unüberlegte Wortwahl entschuldigen <img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/blush.gif" alt="" />
Fangen wir beim weniger wichtigen an:
Farbfilter.Ich mag sie nicht,glaube sie auch nicht zu brauchen.Wenn das Seeing
die maximale Vergrößerung (300x bei meinem 8"f/6 Newton) nicht zuläßt sondern
bei etwa 200x limitiert verwende ich gerne einen Neutralfilter um eine Überblendung
feiner Details (Problem von Auge/Hirn) zu vermeiden.
Allerdings ist bei einem Seeing welches nur 200x erlaubt die Auflösung des
200mm Newton deutlich eingeschänkt und der Kontrast der noch im Auge ankommt
deutlich vermindert.
Am Mars habe ich zusammen mit anderen Sternfreunden anläßlich einer Beobachtung
mit der "Ylena" (6"f/14,3 MAK) verschiedene Filter in stockfinsterer Gegend
ausprobiert.Uns erschien ein Dunkelrotfilter eine interessante Wahl,aber
er brachte gegenüber einem Neutralfilter keine weiteren Details hervor.
(Damals konnten wir die Ylena an Mars und Kugelhaufen auch kurz mit meinem
auf 6" abgeblendeten Newton vergleichen:Vorteil Newton).
Wenn ich als nicht-filtrierer als "Spaziergucker" gelte ist es mir egal,
denn genau das bin ich ja auch.
Um auf den Beginn dieser ausschweifenden Diskussion zurückzukommen:
Ich bemängelte die Aussage von Hannes:
Der Farbrestfehler ist schon sehr gering und das bei unobstruierten 100% Kontrast
- ohne ewiges Spiegeljustieren und langes warten bis die optik ausgekühlt ist.
Daraus entspann sich dann dieser lange Thread.In dem Thread habe ich an
mehreren Stellen bemängelt,daß Äpfel mit Birnen verglichen werden.
Wenn ich die Unterschiede des Optikdesigns herausarbeiten will kann ich
nicht hergehen und einen hervorragenden Selbstbaunewton mit LOMO-Spiegel
mit einem zu kurz geratenen Chinarefraktor vergleichen,denn dann würde ich
die z.T. lausige Verarbeitung des Refraktors (verkippte Linse,abblendende
Innenblenden) testen,aber nicht oder nur teilweise das Optik-Design.
Oder einen top verarbeiteten 4" Takahashi-APO gegen einen 114er Kaufhausnewton.
So etwas bringt überhaupt nichts.Also Schrott gegen Schrott,oder Top gegen Top.
Ich muß auch immer vergleichbare Öffnungen testen.Z.B. soll ein 80mm APO
an einem Stern X bei mittlerem Seeing einen Beugungsring zeigen,sowie
einen weiteren ganz schwach.
Halte ich nun den 8" Newton auf den gleichen Stern sehe ich erheblich mehr
Ringe,was zum großen Teil am erheblich höheren Lichtsammelvermögen des
8" Newtons liegt.
Der Refraktor käme auf 50,24cm².Jeweils 1% Verluste an 4 multivergüteten
Flächen sowie 2x 1% Verluste im Glas und dann noch einen Zenitspiegel
mit 96% durchschnittlicher Reflektion käme man auf:
50,24cm² x 0,99 x 0,99 x 0,99 x 0,99 x 0,99 x 0,99 x 0,96 = 45,4cm²
Er sammelt also so viel Licht wie eine ideale verlustfreie Fläche mit 45,4cm²!
Der 200mm Newton mit jeweils 0,88% Reflektion und 40mm Fangspiegel kommt
dagegen auf:
(314cm² - 12,56cm²) x 0,88 x 0,88 = 233,4cm² ideale Fläche.
Die ideale lichtsammelnde Fläche des Newtons wäre in Vergleich zum 80mm APO
514% zu 100%,also steckt da der Faktor 5,14 drin.
Der Newton müßte auf einen um diesen Faktor lichtschwächeren Stern gerichtet
werden um eine Vergleichbarkeit der Beugungserscheinungen zu garantieren(!)
Am gleichen Stern zeigt der große Newton natürlich mehr Ringe.Richtest du
aber einen 8" APO auf Sirius siehst du auch mehr als 2 Ringe.
Edit:
Und ich muß dann den Sterntest auch bei der selben AP,sagen wir 0,66mm
{= D(mm) x 1,5} durchführen,was beim 80mm APO 120x und beim 200mm Newton
dagegen 300x bedeutet.Bei 120x ist alles ruhig,aber bei 300x zappeln die
Ringe im atmosphärischen Seeing...
Das wollte ich noch anmerken,weil es bislang unberücksichtigt geblieben ist.
Leider verfüge ich nicht über eine Homepage und bin auch so am Computer
eine Laus.
Ich müßte mich einmal besser in einige Programme einwisen lassen,dann
könnte ich selbstgemachte Diagramme,Skizzen etc auf dem Webspace von
Freunden verfügbar machen.
Ich kann aus Urheberrechtsgründen keine Bilder aus anderen Veröffentlichungen
entnehmen und hier einbauen,aber ich gebe im folgenden ein paar Links,die
ich zu beachten bitte,da sie zum Teil sehr anschauliche Bilder und Diagramme
enthalten.
Zuerst einmal ein Link zu einer
Abhandlung von Georg Dittie.
Ich stimme seinen Aussagen inhaltlich voll zu!Er hat sich meiner Ansicht
nach um eine sehr ausgewogene Betrachtungsweise bemüht und die Stärken
sowie Schwächen der verschiedenen Teleskope herausgearbeitet.
Seine Abhandlung sollte man unbedingt lesen!
Im folgenden möchte ich die Sonnenbeobachtung außen vor lassen,da sie
nicht der ursprünglichen Fragestellung "Planetenteleskop" entspricht.
Aber bevor du sauer wirst:
Ich bestätige,daß der Refraktor dort einen prinzipiellen Vorteil besitzt,
der darin besteht,daß man einen Protuberanzenansatz verwenden kann und
daß man einen Herschelkeil verwenden kann.
Bei Sonnenbeobachtung jeweils mit Baader-Folie hat er keinen Vorteil,der
im opischen Design liegt.
Hier im Weißlicht mit Folie ist der Vorteil des Refraktors (so er denn
farbrein genug ist) darin zu sehen,daß er "leckagelichtdicht" ist und
weiter weg vom Boden ist.
Das hatte ich in meiner Antwort im Sonnenthread ja schon teilweise angemerkt.
Durch die ND5 Folie ist die Intensität des zu beobachtenden Sonnenlichtes
um den Faktor 100.000 gemindert.Der Beobachter steht mit dem Teleskop im
prallen Sonnelicht,es ist um ihn herum sehr hell.Wenn da etwas Sonnenlicht
durch ein Loch,eine Ritze,etc in den Tubus gelangt stört es wegen seiner
hohen Intensität extrem stark,der Kontrast bricht ein.
Das Sonnenlicht scheint auch von hinten von den Terassenplatten durch den
Spiegel hindurch in den Newton hinein(!)
Wenn die 88% Verspiegelung von den 12% Verlust 10% absorbiert und nur 2%
durchläßt ist das schon wegen des gedämpften zu beobachtenden Lichtes ein
Streulichtfiasko.
Was daraus folgt ist klar (nein,nicht Newton wegwerfen <img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/wink.gif" alt="" /> ):
-Newton ins Gras stellen,das reflektiert weniger und heizt sich weniger auf
als Betonplatten und Fliesen.
-Löcher im Tubus abdichten
-Spiegelzelle hinten optisch dicht machen:Sack aus schwarzem Tuch,dort kann
der saugend angebrachte Lüfter noch "durchblasen".Dieser Lüfter sorgt dafür,
daß die Aufheizung des Tubus gering bleibt (bei mir sowiso ein Isoliertubus).
-Der Filter vor der Öffnung muß dicht anliegen,ohne Ritzen.
So präpariert hat der Newton gegen einen Refraktor,jeweils mit Folie,kein
Problem.Wenn der Refraktor mit Herschelkeil verwendet wird ist er immer
im Vorteil (es sei denn er ist eine Gurke oder eine Blausau),
darin liegt der Vorteil des Refraktors.
Es liegt nicht am optischen Prinzip des Newtonteleskopes,sondern an den
"Nebengründen" thermische Verhältnisse und Lichtleckage,letzere bei der
Planetenbeobachtung völlig unbedeutend,aber an der Sonne kontrastkillend.
Das auch du so auf der Chromatischen Abberation des TS herumreitest und
diesen auch als schlechtes Sonnenteleskop darstellst zeigt mir das du noch
nicht damit beobachtet hast.
Ich bemerkte lediglich,daß seine Tauglichkeit unter dem Farblängsfehler
leidet,nicht daß er dafür untauglich ist.Falls das Exemplar gut ist wäre
er mit Herschelkeil sicher sogar sehr schön an der Sonne,evtl mit Filter.
Nun habe ich doch noch zur Sonnenbeobachtung geschrieben....
Also auf zu den Planeten.Wir wollen Kontrast und Auflösungsvermögen.
Das Auflösungsvermögen steht im direkten umgekehrten Verhältnis zum Durch-
messer der Optik.Eine größere Optik formt ein kleineres Beugungsscheibchen
und kann deshalb zwei enger zusammenstehende punktförmige Lichtquellen
getrennt darstellen.Darauf geht
Thierry Legault hier ein.
Er führt auch einige Gründe an die für den Refraktor sprechen,geht aber
weniger ins Detail als Georg Dittie in seiner (längeren) Abhandlung.
Den Effekt der Öffnung auf die Auflösung zeigt Legault auf
dieser Seite.
Ein Muster aus schwarzen und weißen Balken wird von einer größeren Öffnung
mit einem größeren Kontrast dargestellt,siehe das erst Bild.
Der Kontrast in welchen schwrze-weiße Balken von einer Optik gezeigt werden
hängt nun vom Anfangskonmtrast (er möge bei 100% liegen),dem Abstand der
Balken voneinander sowie dem Durchmesser der Optik ab.
Daraus kann man ein MTF-Diagramm ertellen,siehe zweites Bild der oben
verlinkten Seite.
Es gibt das Verhältnis von Objektkontrast zu Bildkontrast an,welches
immer kleiner als 1 ist und an der Auflösungsgrenze 0 erreicht.
Bild 3 vergleicht die MTF-Diagramme tweier Optiken,die sich im Durchmesser
um den Faktor 2 unterscheiden:
Es fällt auf,daß bei einem Objektabstand an dem die 1/2 so große Optik an
der Auflösungsgrenze angekommen ist um der Kontrast auf Null fällt die
doppelt so große Optik noch einen hohen Kontrast darstellen kann(!)
Das ist es was ich in einem meiner früheren Beiträge meinte:
Man muß die MTF-Diagramme für einen Vergleich auf die gleiche Skala bringen.
Wenn man nun betrachten will wie sich eine Obstruktion auf die Kurve auswirkt
sollte man auf die
folgende Seite von Legault gehen:
Die Bilder zeigen wie sich die Obstruktion auf die Verteilung der Helligkeit
in der Beugungsfigur auswirkt.Es verbleibt bei einer
perfekten obstruierten
Optik weniger Licht im zentralen Beugungsscheibchen als bei einer
perfekten unobstruierten Optik.
Ich hebe das deshalb hervor,weil das ganz wichtig ist!Es ist nämlich nicht
"obstruiertes Spiegelteleskop" gegenüber "Refraktor",sondern perfekte Optik
mit zentraler Obstruktion im Vergleich zu perfekter Optik (ohne Obstruktion)!!
O.K.,man sieht im dritten Diagramm der Seite wie sich verschiedene perfekte
Optiken die sich in ihrem Durchmesser sowie in der größe der zentralen
Obstruktion in Bezug auf ihr Kontrastverhalten unterscheiden:
Es fällt auf,daß die beiden obstruierten Optiken über weite Bereiche des
Diagramms den gleichen Kontrast bereitstellt wie eine um den linearen
Durchmesser der Obstruktion kleinere Optik,während sie im seltener nutzbaren
Grenzbereich des Auflösungsvermögen den gleichen Kontrast wie die perfekte
unobstruierte Optik gleichen Durchmessers bringt.
Aber dieser Grenzbereich ist seltener nutzbar und dort ist der Kontrast
so niedrig,daß widrige Umstämde wie atmosphärisches Seeing ihn leicht auf
Null drücken können,also will ich da nicht weiter drauf herumreiten.
Bei perfektem Seeing jedoch kann die perfekte obstruierte Optik im
Grenzbereich mit der perfekten Optik ohne Obstruktion mithalten.
Insofern ist die auch vom William P.Zmeck vertretene Ansicht,daß der effektive
Kontrastdurchmesser einer perfekten obstruierten Optik um diese Obstruktion
kleiner ist...
D(Kontrast) = D - d
(wobei D der Durchmesser der Optik und d der Durchmesser der Obstruktion ist.)
...für Normalbedingungen gut zutreffend.
Nun kommt bei vielen Teleskopen,bei denen der Sekundärspiegel nicht an
einem Schmidt- oder Maksutov-Korrektor befestigt werden kann die Spinne
dazu.Deren beugungsbedingter Kontrastverlust hängt ebenfalls von der Größe ab:
Eine dünne Spinne mit 0,5mm Strebendurchmesser kostet etwa 1/10.000stel
Kontrast.Dieser Effekt konzentriert sich aber entlang der Streben,deshalb
fällt er überhaupt auf und erreicht dort die Größe von knapp 1% (!)
Daraus folgt,daß sich auf der Planetenscheibe ein negativer Effekt nur
dann einstellen wird,wenn das kontrastschwache Objekt des Planeten durch
dieses zusätzliche 1% unter die Wahrnehmungsschwelle fällt,also praktisch nie.
(Mario_II hat einen sehr schönen Beitrag unter dem Titel "ist die Spinne
der Killer?" im Optikboard des Astrotreff geschrieben,ist sicher schon 1
Jahr her).
Wenn man es durch
geeignete Formgebung der Spinne schafft die Beugungseffekte
auf die gesamte Fläche zu verteilen ist deren Effekt lediglich so groß
wie eine Planglasfläche mit 1/100stel rms Rauhigkeit(!)
Man könnte den Fangspiegel also auch an einer Planglasplatte
Ich resumiere für mich:
Die Spinne ist nicht der Killer,Obstruktion drückt den Kontrast maximal
so stark,wie deren linearer Anteil am Optikdurchmesser: D(kontrast) = D - d
Nun gibt es neben der Obstruktion weitere Effekte,die einen negativen Einfuß
auf die Kontrastwiedergabe haben:
-Fehler der Parabel eines Spiegels,Unterkorrektur,Überkorrektur,abgefallene
oder hochstehende Kante,Zonenfehler,grobe Rauhigkeit,Astigmatismus,
verspannte Optik,Tubusseeing,...
-Bei lichtbrechenden Optiken:Farblängsfehler,Korrekturfehler (bei der Haupt-
wellenlänge) durch falsche Linsenabstände,Astigmatismus durch verkippte Linsen,
dito auch Koma(!),verspannte Optik (Taukappe vom Lidlscope!),rauhe nicht
auspolierte Linsen (Billigstrefraktoren),Keilfehler einer Linse (Billigst-
refraktoren).
Der perfekt gefertigte Parabolspiegel-Newton hat einen ganz entscheidenden Vorteil:
-er kann das achsparallel einfallende Licht auf einen Punkt vereinigen.
-Er kann das Licht aller Wellenlängen in diesem Punkt vereinigen.
Er ist dadurch auf der Achse perfekt (allerdings um den beugungsbedingten
Verlust durch die Obstruktion vermindert).
Eine perfekt gefertigte FH-Optik mit Farblängsfehler ist nur bei monochromatischem
Licht der Wellenlänge perfekt,für die ihre sphärische Aberration korrigiert ist.
Also normalerweise 546nm.Je größer die Abweichung bei den anderen Wellenlängen
ist (Blau und Rot),desto stärker leidet der Kontrast der lichtbrechenden Optik.
Deshalb ist ein 4"f/15 beim Kontrast bezogen auf den Objektivdurchmesser
noch recht gut,ein 4"f/5 dagegen grausam.Bei letzterem verteilt sich das
Licht von blau,rot und noch schlimmer violett auf große Flächen um das
Beugungsscheibchen herum.
Auch bei Deep Sky,wenn das Licht für das Farbsehen nicht hell genug ist.
Dann ist der violette Saum nicht violett,sondern grau.Dieser Grausaum
stört den Kontrast natürlich ebenso,nur wird er nicht von den Zapfen,
sondern den für das schwarz-weiß sehen zuständigen Stäbchen.
Um wieder auf den Newton zurückzukommen:
Dieser ist wie gesagt theoretisch auf der Achse perfekt und kann einen um
den Einfluß der Obstruktion verminderten Kontrat zeigen,wenn er denn gut
gemacht ist.Aber abseits der Achse nimmt die Abbildungsqualität eines Newton
rapide ab.Er kann das Licht mehr in einem Punkt bündeln,es zeigt sich dann
zum Rand hin zunehmend immer stärker Koma.
Dort wird das Licht auf einen Bereich weit größer als das Beugungsscheibchen
verteilt,der Kontrast ist dann sehr gering,die Auflösung erheblich vermindert.
Und genau das ist da Problem vieler guter Newtons!
In der Mitte des Okulares befindet sich nicht die optisache Achse des Systems,
sondern vielleicht einige Millimeter abseits der Okularmitte,oder gar
außerhalb der im Okular befindlichen Gesichtsfeldes!!
Ein "langer Newton" verzeiht dagegen wegen seines erheblich größeren
beugugsbegrenzten Feldes eine gewisse Dejustage.Dies und die bessere
Okularverträglichkeit sprechen für einen möglichst langen Newton (und FH).
Da wird dann ein perfekter Newton mit 20% seines Kontrastes betrieben...
Perfekt justiert giebt es natürlich noch genug Fehler die am Kontrast nagen:
(Obstruktion mit 20% oder Spinne mit 1% sind da geradezu vernachlässigbar!)
-Tubusseeing
-Verspannte Optik
-Randfehler beider Spiegel
-verspannter oder einfach so astigmatischer Fangspiegel
-temperaturanpassungsbedingte Verformung des Spiegels (nicht beim Zerodur)
-Streulicht durch fehlende Verblendung (siehe praktisch alle käuflichen Newtons!)
Alle diese Effekte haben einen vermindernden Einfluß auf die MTF
(Modulation transfer Funktion/Kontrastübertragungsfunktion KTF).
Sie sind in verschiedenen Kombinationen die Killer beim Newton!
Wenn es nur die Obstruktion wäre könnte ein Newtonbesitzer sich locker
zurücklehnen,denn die um den Betrag der Obstruktion verminderte Öffnung
entspricht nicht einem Refraktor,sondern einer
perfekten
unobstruierten Optik,der ein apochromatischer Refraktor noch am
nächsten kommt.
Dem von dir zitierten SuW Artikel kann ich also zustimmen:
Ideal Systeme sind Apochromaten und Schiefspiegler, bei Achromaten stört
der Farbfehler und beim Newton die Zentralabschatung, die Spinne und die Koma.
Allerdingt stimmt das mit der KOMA nicht,die gibt es nicht auf der Achse
eines Newtons,ich denke das hast du eventuell nicht richtig zitiert?!
Der Schiefspiegler ist auch eine sehr trickreiche Sache,sehr kompliziert,
und er führt andere Fehler ein um die Obstruktion zu vermeiden,wie zum
Beispiel die Verkippung der Bildebene.
In diesem Punkt kann ich der Lösung von Georg Dittie (entsprechende
Verkippung des Okularauszuges) nicht zustimmen,denn die sorgt dafür,
daß Licht durch verkippte Okularlinsen geht,was unter anderem Astigmatismus
erzeugt.Außerdem bewegt sich das Okular beim stärkeren Fokussieren etwas
aus dem Zentrum der OptiK.
Trotzdem würde ich gerne einmal einen 8" Yolo machen...
Da steht auch, Die Erkennbarkeit feinster Details auf ausgedehnten Objekten
(z.B. Jupiter)hängt weniger von einigen cm mehr Aperatur, als vom Kontrast im Objekt ab.
Leider liegt mir der Artikel nicht vor,so daß ich den genauen Wortlaut
nicht kenne.Natürlich kommt es da auf den Kontrast an!
-Aber der Kontrast ist untrennbar mit der Apertur verbunden.
-Minus alles was Kontrast kostet.
-Was dann noch überbleibt ist der Bildkontrast.
Das kann verdammt wenig sein,wie bei meinem 8"f/6 im Originalzustand mit
superastigmatischem Fangspiegel: 2 flaue Jupiterbänder.
Das kann ein brauchbarer Kontrast sein,wie bei meinem 8"f/6 mit ordentlichm,
ausgetauschten Fangspiegel: mehrere Jupiterbänder mit netten Details
(bei gutem Seeing)
Das kann ein ausgesprochen guter Kontrast sein,wie bei meinem 8"f/6 Kurt-
Schreckling-Selbstbaudobson mit dem gleichen Spiegel,aber optimiertem
Isolier-Tubus,verminderter Obstruktion durch sehr guten 38mm Fangspiegel,
Zwangsbelüftung,steife dünne Spinne,Veloursauskleidung:
Mehrere Jupiterbänder mit subtilen Details.
Vorteile kann Version 3 gegenüber Zwei vor allem bei beestem Seeing verbuchen,
weil nur dort die feinsten Details überhaupt aufzulösen sind.
Und Version 3 hat einen Vorteil bei schwierigen Beleuchtungsbedingungen:
Mond am Himmel,oder Straßenlampen in der Nähe,dort bringt der mit Velours
ausgekleidete Tubus signifikant mehr Details!
Mein Fazit:
Die Qualität der Optik muß gut sein,sowie (ausreichend) farbrein,die Mechanik
entsprechend gut,dann ist das System relativ egal(!)
Der FH und der Newton haben eine Gemeinsamkeit:
Länger ist besser!Beim FH zwingend,beim Newton über den Umweg geringerer
Obstruktion,sowie besserer Okularverträglichkeit und geringerer off-axis-
Komaproblematik.
Deshalb haben sie ihre Grenzen,da große Öffnungen zunehmend Probleme bei
der Montierbarkeit bereiten und beim Newton die Einblickhöhe zum Problem
wird.Dort setzt der "Kruemelkorrektor" von G.Dittie an,der "schnellen
Newtons" ein gößeres nutzbares Gesichtsfeld verleiht.
So,Schnauze voll für Heute <img src="/phpapps/ubbthreads/images/icons/crazy.gif" alt="" />
MfG,Karsten
Edit
a beim Ausdruck die Linkadressen nicht sichtbar sind füge ich sie an:
http://www.astroborken.org/Home/Optik_FAQ.PDF
http://www.astrosurf.com/legault/which.html
http://www.astrosurf.com/legault/mtf.html
http://www.astrosurf.com/legault/obstruction.html
http://www.fpi-protostar.com/curved.htm
