Astronomie: James Webb Space Telescope

Astronomie: Die Lagrange-PunkteGehört zu: Teleskope
Siehe auch: Lagrange-Punkte

Stand: 10.01.2022

Das James Webb Space Telescope

Das von der NASA genannte “James Webb Space Telescope” (JWST) soll nun im Dezember 2021 endlich gestartet werden.

Zeitlich gesehen könnte man es als Nachfolger des im April 1990 gestarteten Hubble Space Teleskops (HST) ansehen, aber anders als das HST beobachtet das James-Webb-Telekop ja hauptsächlich im Infrarot. Sogesehen ist es eher ein Nachfolger des Spitzer-Teleskops.

Josef Gassner will das James Web Teleskop lieber Henrietta-Leawitt-Teleskop nennen.

Ursprünglich sollte das James Web Teleskop im März 2007 starten. Es kamen aber immer neue Startveschiebungen:

1. Geplantes Startdatum: 2011

x. Geplantes Startdatum: 2014

x. Geplantes Startdatum: 2018

x. Geplantes Startdatum: August 2020

11. Geplantes Startdatum  März 2021

12. Geplantes Stardatum: 31. Oktober 2021

13. Geplantes Startdatum: 12. Dez 2021

14. Geplantes Startdatum: 22. Dez 2021

Besonderheiten

Start von Kourou (ELA-3) mit einer Ariane-5-Rakete

Keine Erdumlaufbahn, sondern beim Lagrange-Punkt L2.

Gemeinschaftsprojekt von NASA, ESA und CSA.

Nach dem Start

Nach dem Start am 25.12.2021 wurde das JWST vielfach von Amateurastronomen fotogarfiert auf seinem Wege zum Lagrange-Punkt L2.

Auch in der Astro-Community Hamburg wurde viel über das JWST diskutiert. Unter anderem kam die Frage hoch, ob man im Hubble-Space-Teleskop Einzelheiten auf dem JWST erkennen könnte. Dazu habe ich ein kleines Excel erstellt:

Link: Das James Webb Teleskop mit der Auflösung des HST?

Astronomie: Teleskope

Gehört zu: Astronomie
Siehe auch: Montierungen

Teleskope: Überblick (Overview)

Dies soll mein “Über-Artikel” zur Kategorie “Teleskope” werden.

Der Begriff “Teleskop” wird manchmal auch als “Teleskop + Montierung” gebraucht, Das Teleskop ohne Monierung heisst dann genauer OTA (Optical Tube Assembly).

Auch bei der Software Cartes du Ciel spricht man von “Teleskopsteuerung”, obwohl eigentlich die Steuerung der Montierung gemeint ist.

Klassischerweise unterscheidet man Teleskope nach:

  • Refraktoren d.h. Linsenfernrohre
  • Reflektoren d.h. Spiegelteleskope

In der professionellen Astronomie gibt es eigentlich nur noch Spiegelteleskope (z.B. 10 m Durchmesser), Linsenteleskope können in vergleichbarer Größe nicht gebaut werden.

Bei den Amateurastronomen arbeitet man auch gern mit Spiegelteleskopen, weil das Preis-Leistungs-Verhältnis sehr gut ist. Allerdings werden in der Astrofotografie auch gerne kleinere gute “ED” Refraktoren verwendet, denn diese sind kompakter und kontrastreicher. Der visuelle Sternfreund beginnt gern mit einem Dobson.

Artikel zum Thema “Teleskope”

Geschrieben habe ich schon folgende Artikel zum Thema “Teleskop”:

 

Astronomie: Auflösungsvermögen und Sampling

Gehört zu: Teleskope
Siehe auch: Nachführung, Aufnahmeverfahren, Orion ED80/600, ZWO ASI 294MC
Benutzt: Fotos aus Flickr

Auflösungsvermögen eines Teleskops

Das sog. Auflösungsvermögen eines Teleskops bedeutet, welche kleinen Einzelheiten noch getrennt dargestellt werden können (deswegen auch “Trennschärfe” genannt). Das hängt von der Öffnung des Teleskops ab.

Siehe: http://www.clearskyblog.de/2009/09/22/mathematik-in-der-astronomie-teil-4-das-aufloesungsvermoegen-von-teleskopen/

Beugungsscheibchen (Airy-Scheibe)

Das Abbild einer punktförmigen Lichtquelle (ein Stern) ist im Teleskop ein Beugungsmuster mit einem Beugungsscheibchen in der Mitte das Maximum.

Der Radius des Beugungsscheibchens, gemessen bis zum ersten Minimum, ist (in Bogensekunden) ist nach George Airy:

(1) α = 1,22 * (λ /D) * 206265 [arcsec]

wobei

  • 206265 = 360 * 60 * 60 / 2π
  • λ die Wellenlänge des Lichts [nm],
  • D die Öffnung des Teleskops [mm] ist

Die 1,22 ergibt sich aber als die erste Nullstelle der Besselfunktion (s.u.), die für den Radius des ersten Beugungsminimums zuständig ist.

Zur sich daraus ergebenden Berechnung des Auflösungsvermögens (s.u.) lassen Teleskop-Verkäufer gern den Faktor 1,22 weg, um zu besser aussehenden Werten zu kommen.

Abbildung 1: Ein Beugungsscheibchen (Flickr: Diffraction_disc_calculated.jpg)

Diffraction_disc_calculated.jpg

Beugungsscheibchen (Copyright: Wikimedia)

Auflösungsvermögen: Rayleigh-Kriterium

Die Frage ist nun, wie dicht dürfen zwei solche Beugungscheibchen zueinander stehen, sodass wir sie immer noch als zwei getrennte Objekte erkennen können?

Das sog. Rayleigh-Kriterium besagt, dass der minimale Abstand zweier Lichtpunkte, der noch eine Trennung ermöglicht, dann erreicht ist, wenn der Mittelpunkt des zweiten Lichtpunkts genau im ersten Minimum des Beugungsmusters des ersten Lichtpunkts liegt.
Dieses Rayleikriterium ist physikalisch nicht wirklich begründet. Wenn ich die Lichtpunkte ein klein wenig näher aneinander rücke, wird die Trennbarkeit ja nicht plötzlich aufhören. Aber so Pi mal Daumen passt es schon.

Abbildung 2: Zwei Beugungsscheibschen (Flickr: Airydisks_rayleigh_sqrt.jpg)

Airydisks_rayleigh_sqrt.jpg

Rayleigh Kriterium – Copyright WikiMedia

Wenn wir als Lichtwellenlänge λ annehmen 550 nm (grün), ergibt sich als Faktor

1,22 * 550 nm * 206265 = 138403815 nm

und damit folgende (theoretische) Faustformel für den Radius des Beugungsscheibchens und damit (nach Rayleigh) für das Auflösungsvermögen:

(2) Auflösungsvermögen [“] = 138 / D [mm]

Gerechnet mit dieser Faustformel ergibt sich:

Tabelle 1: Auflösungsvermögen

Teleskop Öffnung in mm Auflösungsvermögen in “
GuideScope50 50 2,76″
LidlScope 70 1,98″
Orion ED 80/600 80 1,73″
APM APO 107 107 1,29″
Vixen 114/900 114 1,21″

Abtast-Theorem von Nyquist und Shannon

Nun fällt dieses analoge Bild (s.o.) ja auf den Sensor unserer Kamera. Der Sensor besteht aus (diskreten) Pixeln. Der Sensor ist also digital.

Wir haben es also mit der Wandlung eines analogen Signals in ein digitales Signal zu tun.

Die digitale Pixel-Matrix tastet sozusagen das analoge Bild ab.

Hier wird immer gern das Abtast-Theorem (= Sampling Theorem) von Nyquist und Shannon herangezogen. Das sagt im Prinzip sollte die Abtastfrequenz mindestens 2-mal so groß sein, wie das kleinste Detail im analogen Signal, sprich also wie die Auflösung.

Siehe dazu etwa: http://www.nightskyimages.co.uk/sampling_rate.htm

Das ist intuitiv ja auch klar, wie folgendes Bild veranschaulicht:

Abbildung 3: Nyquist Sampling Theorem (Datei: Nyquist-01.jpg)

Nyquist-01.jpg

Nyquist Abtasttheorem

XYZ

Nyquist

XYZ

Pixelgröße und Brennweite

Oft wird die Frage gestellt, welche Pixelgröße die Aufnahmekamera (der Sensor) bei gegebener Teleskopbrennweite haben sollte. Hierzu folgende Betrachtung: Zwei Objekte lassen sich auf dem Sensor nur dann trennen, wenn zwischen ihnen ein weiterer Pixel liegt. Der Abstand dieser Objekte auf dem Sensor-Chip beträgt also das Zweifache der Pixelgröße (2 x p).

Bei der Astrofotografie muss man die absolute Größe des Beugungsscheibchen (von der Optik) in Relation zur Pixelgröße des Sensors setzten. Die absolute Größe des Beugungsscheibchenes hängt dabei von der Brennweite (f) und der Öffnung (D) des Teleskops ab, bzw. bei längerer Belichtung vom Seeing. Das Sternenscheibchen durch Seeing kann je nach Luftunruhe 2″ bis 5″ (FWHM) betragen (Link: https://sternen-surfer.jimdo.com/tipps/pixelgr%C3%B6%C3%9Fe-und-brennweite/).

Um die Durchmesser des Beugungsscheibchens mit der Pixelgröße der Kamera vergleichen zu können, rechnen wir den Winkel (Formel (1) oben) in Länge um,

Radius Beugungsscheibchen [µm] = Brennweite [mm] * 1000 * Auflösungsvermögen [arcsec] * π / (60*60*180)

Radius Beugungsscheibchen [µm] = Brennweite [mm] * 1000 * 1,22 * (λ [nm] / D [mm])

Mit der Wellenlänge λ = 550 nm bekommen wir dann:

(3) Radius Beugungsscheibchen [µm] = (f/D) * 0,671

Also spielt das Öffnungsverhältnis f/D die entscheidende Rolle:

Tabelle 2: Optimale Pixelgröße

Teleskop Öffnung in mm Auflösungs-vermögen in “ Brennweite in mm Radius Beugungs-scheibchen in μ Optimale Pixelgröße in μ
GuideScope50 50 2,76 “ 180 2,42 μ 1,2 μ
LidelScope 70 1,98 “ 700 6,71 μ 3,3 μ
Orion ED 80/600 80 1,73 “ 600 5,03 μ 2,6 μ
Orion ED 80/510
mit Reducer
80 1,73″ 510 4,28 μ 2,1 μ
Orion ED 80/1200
mit Barlowlinse
80 1,73″ 1200 10,07 μ 5,0 μ
APM APO 107/700 mit Reducer 107 1,29″ 525 3,29 μ 1,6 μ
Vixen 114/900 114 1,21 “ 900 5,30 μ 2,6 μ
Seeing FWHM 2,00″ 510 4,95 μ 2,5 μ

Wie passt die Digitalkamera mit ihrem Sensor und dessen Pixelgröße nun zu dem Teleskop?

Nach dem Nyquist-Shannon-Sampling-Theorem brauche ich einen Abstand von 2 Pixeln (also einen leeren Pixel dazwischen) um zwei Punkte zu unterscheiden. Der Abstand zwischen den Abbildungsscheibchen darf der Radius eines Scheibchens sein. Ist die Pixelgröße (viel) kleiner, spricht man von Oversampling, ist die Pixelgröße größer, spricht man von Undersampling.

Welches Öffungsverhältnis sollte ich anstreben, wenn Öffnung und Pixelgröße gegeben sind?

Mit dieser Fomel kann man auch bei gegebener Pixelgröße und Öffnung die optimale Brennweite d.h. das Öffnungsverhältnis berechnen.

(4) f/D = Pixelgröße [μ] / (1000 * 1,22 * λ [nm] )

(wenn man als Radius des Beugungsscheibchens die Pixelgröße nimmt)

Die Besselfunktion

Die Beugung an einer kreisrunden Öffnung (Lochblende) wird durch die Besselfunktion erster Art (also J) von der Ordnung 1 (also J1) beschrieben.
Die Intensität ist:

I(x)  = I0 (2*J1(x)/x)2

Die ersten Nullstellen sind:

J1(3,8317)=0   und J1(7,0156)=0

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Beugungsscheibchen

Astronomie: Flattener / Reducer

Gehört zu: Teleskope
Siehe auch: Fokussieren, Meine Geräteliste, ZWO ASI294MC Pro , Backfokus für die ASI294MC Pro
Benutzt: Fotos von Flickr, Grafiken von GitHub

Brauche ich einen Flattener?

Für meinen Refraktor Orion ED 80/600 werden sog. Flattener angeboten

Lohnt sich das für meinen schönen Orion ED 80/600 – immerhin kostet das wieder 200-300 Euro? Wird das Bild wirklich spürbar besser?

Sinn und Zweck eines Flatteners

Die Brennebene (Bildfeldebene) praktisch aller Optiken ist nicht völlig eben, sondern mehr oder weniger stark gekrümmt. Bringt man nun einen Kamera-Sensor, der ja stets völlig eben ist, in diese gekrümmte Brennebene, dann ist die Abbildung nur an bestimmten Stellen auf dem Sensor optimal scharf, alle anderen Stellen befinden sich vor oder hinter dem Fokus. Dieser Fehler wird mit zunehmender Sensor-Fläche ansteigen.

Aufgabe eines Flatteners ist nun, diese Brennebene möglichst flach zu machen, um über die gesamte Sensor-Fläche eine optimale Schärfe zu gewährleisten. Meist (aber nicht immer) reduzieren solche Flattener auch die Brennweite des Teleskops (sog. Reducer).

Erster Versuch: Gebrauchter Flattener Williams Optics 0.8x III

Flattener werden speziell für ein Teleskop “gerechnet”. Allerdings werden auch “generische” Flattener für bestimmte Teleskoptypen im Handel angeboten. Man muss das einfach genauestens ausprobieren.

Auch ist der Abstand vom Flattener zum DLSR-Sensor, das sog. Auflagemaß, genauestens einzuhalten.

Als erstes probierte ich einen gebrauchten Flattener, den mir ein Sternfreund angeboten hatte. Das war ein Williams Optics 0,80 III.

Diese Testfotos zeigen ein Sternfeld im Perseus und wurden am 17.12.2017 in Handeloh gemacht.

Mit diesem Flattener/Reducer hatte ich leider noch nicht den vollen Erfolg.

Abbildung 1: Testfoto mit Flattener WO (Ausschnitt links unten 200%)  (Flickr)

Flattener_20171217-0985-0988_mit.jpg

Perseus mit Flattener 200% links unten

Abblidung 2: Testfoto ohne Flattener (Ausschnitt links unten 200%)

Flattener_20171217_0966-0969_ohne.jpg

Perseus ohne Flattener 200% links unten

Zweiter Versuch: Skywatcher Reducer Corrector 0.85X / for Evostar ED80 (SKFlat80)

Flattener werden speziell für ein Teleskop “gerechnet”. Allerdings werden auch “generische” Flattener für bestimmte Teleskoptypen im Handel angeboten. Man muss das einfach genauestens ausprobieren.

Ausserdem ist der Abstand vom Flattener zum DLSR-Sensor, das sog. Auflagemaß, genauestens einzuhalten.

Nachdem ich einen gebrauchten Flattener von einem Sternfreund ausprobiert hatte, mit leider nicht so vollem Erfolg, habe ich mich Im Mai 2018 durchgerungen, einen neuen Flattener bei Teleskop-Service zu kaufen. Dieser bestand dann den Praxixtest.

Der Flattener von Teleskop-Service  kostete EUR 186,– zzgl. MWSt) und trug die Bezeichnung:  Skywatcher Reducer Corrector 0.85X / for Evostar ED80 (SKFlat80)
Link: https://www.teleskop-express.de/shop/product_info.php/language/en/info/p3627_Skywatcher-0-85x-Reducer—Corrector-for-Evostar-ED-80-600.html

  • Kameraseitig: M48x0.75 Aussengewinde auch Filter-Gewinde genannt (das ist weiter als ein klassischer T-Ring, der ja mit M42 hat)
  • Teleskopseitig: M56x1.00 Innengewinde
  • Auflagemaß (vom hinteren Gewinde bis zum Kamera-Sensor: 55 mm (ideal for DSLR with T-Ring)
  • Reduziert die Brennweite von f=600mm auf 600mm x 0,85 = 510mm und das Öffnungsverhältnis von 7,5 auf 6,375

Für meine Digitalkamera Canon EOS 600Da habe ich gleich den erforderlichen “T-Ring” (SKM48-EOS von M48*0.75 auf Canon Bajonett) mitbestellt (im Bild rechts).

Alternativ möchte ich auch meine Astro-Kamera ASI294MC Pro hinten an den Flattener/Reducer (dort an das  M48x0.75 Aussengewinde) anschliessen.

Um den Flattener am OAZ des Teleskops zu befestigen, benötigt man einen TS-Optics 2″ Adapter for Skywatcher 0.85x Correctors with Filter Thread (TS2-SKFlat) mit den Anschlüssen (im Bild links):

  • Flattenerseitig: M56x1 Aussengewinde
  • Teleskopseitig einen 2-Zoll-Stutzen hat, der wie ein 2-Zoll-Okular in den OAZ passt.

Ausserdem hat dieser 2-Zoll-Stutzen ein M48x0.75 Innengewinde, in das man 2-Zoll-Filter schrauben kann. Das habe ich gleich mitbestellt (Eur 50,– zzgl. MWSt).

Abbildung 3:  2-Zoll-Stutzen, Flattener/Reducer, “T-Ring” for Canon EOS (Flickr)

Flattener_20190209.jpg

v.l.n.r.: 2-Zoll-Stutzen, Flattener/Reducer, T-Ring for Canon EOS

Abbildung 4: Zeichnung des Zusammenbaus GitHub: Flattener01.svg)

Flattener/Reducer mit Canon EOS 600Da

Praxistext des Flatteners an M44

Diesen Flattener habe ich am 14. Mai 2018 mit einem Foto von M44 (Praesaepe) getestet.

Abbildung 5: Testfoto M44 mit Flattener SKFlat80

Auf diesem Foto (mit Flattener)  sind die Sterne bis in die Ecken kreisförmig. Vergrösserung 200% Ausschnitt: Ecke links unten

Flattener_20180514_0180-0189a_mit_2.jpg

M44 mit Flattener 0.85

Abbildung 6: Testfoto M44 ohne Flattener

Vergrösserung 200% Ausschnitt: Ecke links unten

Flattener_20180503_0167-0168_M44_ohne_2.jpg

M44 ohne Flattener 0.85

Astronomie: Teleskop Orion ED 80/600

Gehört zu: Meine Geräteliste und Teleskope
Benutzt: Fotos von Flickr

Mein Volksapo Orion ED 80/600

Als Einsteiger-Teleskop, das gut auf meine Montierung HEQ5 Pro passt, habe ich mir in 2017 ein gebrauchtes Orion ED 80/600 zugelegt.

Das theoretische Auflösungsvermögen ist bei 80 mm Öffnung: 1,75″

Etwas teurerer aber auch sehr interessant fand ich die baugleichen Modelle:

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Astronomie: Okulare

Gehört zu: Teleskope
Teil von: Meine Geräteliste

Okulare für mein Teleskop

Als Astrofotograf habe ich mir schließlich (nachdem die Montierung, das Teleskop und die DSLR da war) doch noch einen kleinen Okularsatz geleistet.

Mein Teleskop Orion ED 80/600 hat einen Okularauszug Crayford 2 Zoll, Dual Speed. Also wäre ein einfacher Okularsatz mit 2-Zoll-Anschluss schön.

Gekauft habe in in 2018 gebrauchte TS Optics Expanse Okulare:

  • Flexibler Anschluss: 1,25″, 2″ und M48x0,75-Außengewinde
  • Brennweiten: 8mm, 13mm, 17mm
  • Augenabstand 20mm (für Brillenträger)
  • Geeignet für Okularprojektion: M43x0,75-Außengewinde
  • Teleskop-Service Artikel

Astronomie: Using Remote Telescopes

Gehört zu: Teleskope
Siehe auch: Beobachtungsorte

Astrofotofrafie mit Remote Telescopes

Ich möchte einmal sog. Remote Telescopes – Remote Observatories – ausprobieren, weil mir das mit eigenen Geräten hier in Hamburg alles recht aufwendig vorkommt.

Im Dezember 2016 habe ich mir deshalb mal einen “Starter-Trial” bei http://www.itelescope.net gegönnt.

Das Einloggen in ein Telescope erfolgt mit dieser URL:  http://go.itelescope.net

Monatliche Subscription bei iTelescope

Die Benutzung der Remote Teleskope wird in einem Punktesystem abgerechnet. Contine reading

Astronomie: Einsteiger-Teleskope für den DSLR-Astronomen

Gehört zu: Teleskope
Siehe auch: Meine Astro-Geräteliste
Benutzt: Fotos von Flickr

Einsteiger-Teleskope: Ausgangslage

Wenn die Astrofotografie mit einer digitalen Kamera (“DSLR” auch wenn sie keinen Spiegel hat) und langbrennweitigen Objektiven (f=135mm, f=200mm) gelungen ist, schielt man vielleicht doch auf “richtige” Teleskope.

Um es einfach mal auszuprobieren kämen Einsteiger-Modelle, die erstens nicht so viel kosten und zweitens wohl noch auf die Montierung passen, die Sie für die bequeme DSLR-Fotografie schon spendiert haben.

Welche Teleskope ist für einen solchen Einstieg interessant?

Von alters her kennt man das legendäre “LidlScope“, das eine wunderbare Wahl für einen solchen Einstieg wäre.

Die bekannten Astro-Shops bieten auch aktuelle Einsteiger Teleskope an, z.B. das SkyWatcher StarTravel Contine reading

Astronomie: Die Entwicklung des Teleskops in der Geschichte

Gehört zu: Teleskope
Siehe auch: Zeitmessung und Navigation

Die Entwicklung des Teleskops in der Geschichte

Gegen 1450 fand  Angelo Barovier auf der Insel Murano heraus, wie durchsichtiges klares Glas “cristallo” hergestellt werden kann. Später wurden daraus auch Leselupen (sog. Lesesteine) gefertigt, die den Priviligierten beim Lesen ihrer kostbaren religiösen Schriften halfen, wenn die Sehkraft im Alter nachlies. Mit der Erfindung des Buchdrucks entstand eine massenhafte Nachfrage nach Lesebrillen. Aus diesen Linsen enstanden die ersten Teleskope. Teleskope auf der Erde wandern auf hochgelegene Berge oder Plateaus (z.B. Mount Sowieso) in einsamen Gegenden und schließlich verlassen die Teleskope die Erde und erobern den Weltraum, wo die Sicht nicht mehr durch die irdische Atmosphäre gefiltert bzw. beeinträchtigt wird.

Geschichte des Teleskops: Timeline

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