Teleskop-Service

Das Guiding - neudeutscher Ausdruck für Nachführkontrolle und -korrektur hat die Aufgabe, der scheinbaren Sternbewegung am Himmel möglichst präzise zu folgen. Dabei sind Abweichungen von weniger als +/- 1" während einer Belichtungszeit von 0,5 - 10 Minuten anzustreben. Keine ganz leichte Aufgabe!

Vorüberlegungen:
Wenn das Fotografieren lichtschwacher DSO beabsichtigt ist, kommt man schnell zu Belichtungszeiten, die in den Bereich von einigen Stunden kommen können. Denn die Informationsträger, die wir von lichtschwachen DSO bekommen, die Photonen, müssen regelrecht ´gesammelt´ werden. Und daran kann auch eine noch so empfindliche Kamera nichts ändern, sie kann nur möglichst viele Photonen in Ladungsträger verwandeln. Und das tun die meisten auch.

Sicherlich wird man nicht bestrebt sein, die erforderliche Belichtungszeit ´am Stück´ zu belichten, das wäre auch im Hinblick auf das durch irdisches Streulicht verursachte Photonenrauschen nicht sehr sinnvoll. In der Praxis wird man die erforderliche Gesamtbelichtungszeit in sinnvoll große ´Häppchen´ aufteilen. Doch selbst diese können je nach Kameratyp, Öffnung, Brennweite, Himmelsqualität und Abbildungsmaßstab immer noch grob zwischen 30s und 10 min variieren. Hier wird also schon klar, daß das Teleskop während dieser Zeit hochgenau und völlig ohne Ruckeln auf das zu fotografierende Objekt ´zielen´ muß, da es sonst zu Bewegungsunschärfen kommt, wie wir es auch bei der ganz ´normalen´ irdischen Fotografie kennen, wenn wir die Kamera beim Belichten nicht ruhig genug halten.

Methoden:
Grundsätzlich werden zwei optische Wege benötigt, einer für das ´Vollbild´, das aufgenommen werden soll und einer für ein ´Referenzobjekt´, das als Orientierung dient und auf das exakt nachgeführt wird. Dieses Referenzobjekt nennt man Leitstern, also ein möglichst heller Stern in der Nähe des zu fotografierenden DSO.

Leitrohr:
Ein zweites, kleineres Fernrohr wird parallel zur Primäroptik montiert. Eine mögliche Variante ist die rechts gezeigte Doppelbefestigung. So ein Leitrohr ist also kein bestimmter Teleskoptyp, sondern eine möglichst leichte, langbrennweitige Optik. Das kann (und wird in den meisten Fällen) auch ein ´alt-ehrwürdiges´ Einsteigerfernrohr aus den spannenden Tagen nach dem Einstieg in die Amateurastronomie sein. Ideal wäre ein langbrennweitiger Refraktor vom Typ Fraunhofer oder ein kompakter Maksutov.
Warum langbrennweitig?
Dadurch ist die Vergrößerung des Leitsterns bei gegebener Okularbrennweite bzw. Pixelabstand auf dem Chip der Sekundärkamera größer, und die Abweichung des Leitsterns von seiner Sollposition kann dadurch besser gesehen bzw. gemessen werden.

Vorteile eines Leitrohrs:
Generell hat man mit einem Leitrohr eine deutlich größere Auswahl an guten Leitsternen.

Nachteil:
Die Anforderungen an die Stabilität der Leitrohrmontage ist ziemlich extrem. Kleinste Abweichungen während der Belichtungszeit verderben die Aufnahme. Bei Belichtungszeiten oberhalb von 30-60 Minuten (bei Schmalbandaufnahmen häufig) kommt man dann meist an die Systemgrenze. Gleiches gilt für hohe Aufnahmebrennweiten.

Off-Axis-Guider (OAG):
Einen ganz anderen Weg geht diese Methode. Dem Randbereich des Strahlengangs wird mittels Prisma ein kleiner Teil entnommen und seitlich herausgelenkt. Da dieses Licht ohnehin nicht nicht auf den Chip der Aufnahmekamera fallen würde, kann man dieses auf diese elegante Weise nutzen. Meist wird man das Prisma um 360° drehen können, so daß für die Leitsternsuche ein ringförmiger Bereich mit Radien von ganz grob 20' - 30' von der Bildfeldmitte in Frage kommt. Ein gutes, bewährtes Beispiel ist der rechts abgebildete Radial-Guider von Celestron mit ca. 27mm optischer Weglänge und verkippbarem Ablenkprisma.

Für Teleskope mit ausreichendem Backfokus vom Typ Schmidt-Cassegrain, Maksutov und Ritchie-Cretien ist ein solcher stabiler OAG ideal, da sehr komfortabel in der Handhabung.

Vorteil:
Es wird stets durch die Primäroptik nachgeführt, dadurch kann es zu keinerlei geometrischen Abweichungen kommen. Ein Leitrohr kann entfallen.

Nachteile / Varianten:
Der Bereich zur Leitsternsuche ist eingeschränkt. Der seitlich abgelenkte Strahlengang ist sehr dünn (je nach Bauart so um 5-8mm), was meist zu einer starken Vignettierung führt. Das kostet ´Leitsternlicht´, besonders dann, wenn der Leitstern nicht in der Mitte des ausgeleuchteten Bildfelds positioniert werden kann. Dies wird aber meist durch die größere Öffnung der Aufnahmeoptik ausgeglichen.

Die unvermeidliche optische Weglänge erfordert einen entsprechenden Backfokus, der bei Teleskopen der Bauarten Newton und Refraktor kritisch werden kann, so daß hier nur extrem kurzbauende OAG, wie das rechts abgebildete Modell  mit nur 9mm optischer Weglänge in Frage kommen. Das Prisma dieses OAG läßt sich in seiner Tiefe verstellen, was den verfügbaren Bereich zur Leitsternsuche deutlich erhöht.

Leitstern:
Um die Auswirkungen einer eventuell noch vorhandenen Bildfelddrehung möglichst gering zu halten, sollte stets ein Leitstern gewählt werden, der sich in möglichst geringer Entfernung von der Bildmitte der Fotografie  befindet.  Auf diesen nicht zu hektisch nachführen, denn auch ein perfekt scharf gestellter Leitstern ist nicht ganz rund und zappelt auch bei perfekter Nachführung in alle Richtungen hin und her. Besonders dann, wenn die Vergrößerung - wie empfohlen - hoch ist. Ursache ist das Seeing. Bei der Nachführkontrolle sollte man tunlichst vermeiden, diesen schnellen Bewegungen folgen zu wollen. Das Seeing wird die Schärfe der Aufnahme mehr oder weniger stark beeinträchtigen, das ist unvermeidbar, wenn man aus Kostengründen auf eine adaptive Optik verzichten muß ;=}

Manuell nachführen
Mittels Fadenkreuzokular (Abb. rechts) im OAZ des Off-Axis-Guiders oder des Leitrohrs wird ein möglichst heller Leitstern anvisiert. Ein beleuchtetes, doppeltes Fadenkreuz, das in diesem Spezialokular eingeblendet werden kann, ist da sehr hilfreich, denn der Leitstern kann hier schön in die Mitte positioniert werden. Dieser wird aufgrund des unvermeidlichen Schneckenfehlers während der Belichtungszeit immer wieder mal ´ausbüchsen´ wollen. Mit den Richtungstasten auf der Handsteuerbox der Montierung muß dieser Leitstern dann so schnell und genau wie möglich auf seine Sollposition ´zurückgeschubst´ werden. Jetzt wird auch klar, daß eine hohe Vergrößerung vorteilhaft ist, denn so kann der ´Fluchtversuch´ des Leitsterns rechtzeitig erkannt werden.

Man kann sich leicht vorstellen, daß diese manuelle Nachführkontrolle eine anstrengende Angelegenheit werden kann, besonders dann, wenn die Belichtungszeit lang und die Nacht kalt ist. Und ein hohes Maß an Können voraussetzt!

Tipp:
Beim Nachführen sollte eine Achse des Fadenkreuzes genau parallel zur Verstellung in Rektaszension orientiert sein. Dazu mit der Handsteuerbox mit mittlerer Geschwindigkeit die Sterne in Rektaszension hin- und her bewegen. Das Fadenkreuz dann so lange in der Halterung verdrehen, bis die Sterne parallel zu einem der beiden Doppelfäden laufen. Dadurch erkennt man beim Nachführen sofort, ob in der Rektaszension oder Deklination korrigiert werden muß.

Kurz - diese Methode erleichtert den Druck auf die richtigen Knöpfe ungemein. Auch beim weiter unten beschriebenen Autoguiden ist das Ausrichten sehr vorteilhaft.

Autoguiden - die automatisierte Präzisionsnachführung
Hier wird das Fadenkreuzokular durch eine geeignete Nachführkamera ersetzt. Bereits eine mit einem Schwarz/Weiß-Chip ausgerüstete Webcam ist bereits genauso empfindlich wie das Auge. Eine gute, schnelle CCD-Kamera vom Typ DMK (Abb. rechts) ist hier optimal, denn ihre Belichtungszeit läßt sich auf 1-2 Sekunden einstellen, was zum Autoguiden noch schnell genug ist und andererseits die Lichtempfindlichkeit unserer Augen weit übertrifft. Eine spezielle Software, Guide Dog und PHD-Guiding sind da sehr empfehlenswert, vergleicht die Ist-Position des Leitsterns mit der einmal eingestellten Sollposition und errechnet daraus etwa alle 1-2 Sekunden einen präzisen Korrekturimpuls, den es zur Teleskopsteuerung schickt. Es handelt sich also um einen geschlossenen Regelkreis.

Da sich das Licht eines jeden (Leit-)Sterns stets auf mehrere Pixel verteilt, kann man einen Helligkeitsschwerpunkt bestimmen und damit die exakte Position des Leitsterns mit Subpixelgenauigkeit interpolieren. Die Meßgenauigkeit erhöht sich mit dieser Methode erheblich. Ein Positionierungsfehler, der ja für jede Art von aktiver Regelung erforderlich ist, kann damit so klein gehalten werden, daß er für die Aufnahme irrelevant wird.

Bildfelddrehung
Die Polarachse einer Montierung muß sehr genau auf den Himmelspol ausgerichtet werden, da es sonst zu einer mehr oder weniger starken Bildfelddrehung kommt. Eine geringe Bildfelddrehung von nur einigen '/h wäre bei Belichtungszeiten von nur wenigen Minuten noch nicht weiter tragisch, sofern sich der Leitstern in nur geringer Entfernung von der Bildmitte befindet. Bei langen Belichtungszeiten, z.B. bei tiefen Aufnahmen mit Schmalbandfiltern können da mal ganz schnell 30 Minuten zusammenkommen, ist eine solche Bildfelddrehung bereits sehr nachteilig. Verschärft wird das Problem, wenn im Leitrohr ein von der Bildmitte weit entfernter Leitstern zur Nachführkontrolle herangezogen wird. Dieser Effekt wird häufig mit einer unzureichend stabilen Montierung des Leitrohrs verwechselt.