NGC 2359 Thor’s Helmet Nebula
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IC405_410_17x600s_HaO3_17x600s_S2Hb_20x120s_RGB_680mm
IC434 Pferdekopf_NGC2014_Flammen_LRGB_DBE3
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M51_neu
NGC1499_20x600s_HaO3_16x600s_S2Hb_20x60s_L
NGC2244_Ha60
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Kategorie: Astrofotografie

  • Schmalbandfilter im schnellen Strahlengang — Monobandfilter am Hα-Band

    Wir Astrofotografen jagen immer schmaleren Filtern nach — 3 nm sollen den letzten Rest Lichtverschmutzung aussperren. Zugleich werden die Optiken immer lichtstärker. Beides zusammen führt in eine physikalische Falle: Im schnellen Strahlengang wandert das Durchlassfenster eines Interferenzfilters nach Blau und läuft der Emissionslinie davon. Wie stark, hängt von einer einzigen, selten genannten Kennzahl ab — dem effektiven Brechungsindex neff.

    1 Der Messaufbau

    Die Messeinrichtung bildet einen vollständigen Spektrografen-Messplatz: eine 50-W-Halogen-Kaltlichtquelle liefert das Licht, eine Lochblende im Brennpunkt eines Kollimators erzeugt ein paralleles Strahlenbündel, der Filter sitzt kippbar auf einem Goniometer, und ein Star’Ex-Spektrograf mit nachgeschalteter Kamera nimmt das Spektrum auf (Abb. 1).

    Abb. 1: Strahlengang der Messeinrichtung. Kollimiertes Licht durchläuft den kippbaren Filter; eine Ne-Lampe dient der Wellenlängenkalibrierung.

    1.1 Star’Ex-Spektrometer

    Das Herzstück bildet der Star’Ex-Spektrometer nach Christian Buil in High-Resolution-Konfiguration. Er ist optisch baugleich mit dem verbreiteten Sol’Ex, besitzt jedoch eine zusätzliche Guide-Kamera. Im Internet ist eine ausführliche Anleitung zum Selbstbau verfügbar; die mechanischen Bauteile lassen sich im 3D-Drucker herstellen oder als fertigen Bausatz beziehen, die Optik ist verhältnismäßig günstig zu erwerben. Man erhält ein Spektrometer, das den Vergleich mit professionellen Geräten nicht zu scheuen braucht.

    Die HR-Konfiguration liefert ein Sampling von 0,0075 nm pro Pixel. Das tatsächliche Auflösungsvermögen liegt bei R ≈ 25.000–30.000, entsprechend etwa 0,02–0,03 nm bei Hα. Die gemessenen Halbwertsbreiten von rund 3 nm liegen weit darüber und sind damit sicher in allen Einzelheiten aufgelöst.

    • Optik: ein 80/125-mm-Linsensystem
    • Gitter: Beugungsgitter mit 2400 Linien/mm für hohe Dispersion
    • Eintrittsspalt: 10-µm-Präzisionsspalt als Grundlage des hohen Auflösungsvermögens
    • Kamera: ToupTek Astro (IMX585), 2,9 µm Pixel

    1.2 Kollimation und Lichtquelle

    Um die Filter bei exakt definierten Licht-Einfallswinkeln zu messen, ist ein besonderer Strahlengang erforderlich:

    • Lichtquelle: eine 50-W-Halogen-Kaltlichtquelle (Mikroskopleuchte) mit Kondensor; sie sorgt für eine hohe, gleichmäßige Leuchtdichte auf der Primärblende.
    • Primärblende: eine im Brennpunkt des Kollimators platzierte 0,4-mm-Lochblende simuliert eine punktförmige Lichtquelle.
    • Kollimator: ein 50-mm-Sucherobjektiv überführt das Licht in ein paralleles Strahlenbündel (~0° Divergenz); dies kann einfach überprüft werden, indem das Lichtstrahl auf eine etwa 1m entfernte Fläche projiziert wird: der Durchmesser des Lichtstrahls darf sich nicht ändern. Im Strahlengang steht der Filter auf einem drehbaren Messtisch (Goniometer) mit weit ausladender Winkelskala, was die Kippwinkel auf Bruchteile eines Grades genau ablesbar macht.

    1.3 Kalibrierung und Auswertung

    • Kalibrierlicht: eine Neon-Entladungslampe liefert eine vielzahl an Referenzlinien zur präzisen Wellenlängenkalibrierung in der Software BASS.
    • Flatfield-Korrektur: das Filterspektrum wird durch ein Referenzspektrum der reinen Halogenquelle (ohne Filter) dividiert. Damit lassen sich die instrumentelle Antwort und die Schwarzkörperkurve der Lampe eliminieren und die effektive Transmission in Prozent gewinnen.
    • Winkelmessung: in Schritten von 0°, 3°, 5°, 7°, 10°, 12° und 15°, um die Winkel-abhängigkeit der Blauverschiebung experimentell zu bestimmen.

    Folgende Kenngrößen ziehen sich durch die Auswertung:

    • Die Bandmitte (CBL) bezeichnet die Mitte des Transmissionsfensters und wird über eine Kreuzkorrelation der ganzen Kurve gegen die 0°-Referenz bestimmt. Damit ist der Wert robust gegenüber asymmetrischen Kurven und fällt dann nicht mit der Mitte der FWHM zusammenfallen
    • Peak-Transmisson ist die höchste relative Transmission des Durchlasses, unabhängig von der Lage
    • FWHM ist die Bandbreite bei 50 % der Maximaltransmission und wird an der Flanke links und rechts der CBL einzeln gemessen.
    • FW80 die Bandbreite bei 80 % der Maximaltransmission, als Maß für die Breite des Top-Peaks und wird an der Flanke links und rechts der CBL einzeln gemessen.
    • Formfaktor = FW80/FWHM fasst die Kurvenform in einer Zahl zusammen (1,0 = ideal rechteckig, ~0,6 = reine Gauß-Glocke). Beide Breiten sind relativ zum jeweiligen Peak bestimmt.
    • Super-Gauß-Exponent ist eine weitere Kennzahl zur analytischen Beschreibung der Kurvenform und wird ebenfalls aus den o.g. Kenngrößen berechnet: n = ln(ln2 / ln1,25) / (2·ln(FWHM/FW80)), wobei ein n ~ 1 einer Gauß-Glocke und große n einem Rechteckprofil entsprechen. Er geht in die Transmissionsrechnung ein.

    2 Die Theorie: Blauverschiebung, neff und der Lichtkegel

    Ein Interferenzfilter besteht aus dutzenden hauchdünnen Schichten. Trifft der Strahl schräg in das Schichtpaket, verkürzt sich für die eintreffende Wellenfront der optische Weg pro Schicht — die Resonanz verschiebt sich zu kürzeren Wellenlängen. Vereinfacht rücken die Schichten optisch enger zusammen, und die gesamte Durchlasskurve wandert nach Blau (Blauverschiebung).

    Die durchgelassene Wellenlänge λ folgt in erster Näherung der Formel:

    λ(θ) = λ₀ · √( 1 − sin²θ / neff² )

    (θ = Einfallswinkel, λ₀= Brechungsindex des Umgebungsmediums (Luft) = 1, neff = effektiver Brechungsindex).

    Die Blauverschiebung ist damit proportional zur Wellenlänge und — für kleine Winkel — proportional zum Quadrat des Einfallswinkels sowie umgekehrt proportional zum Brechungsindex. neff ist die Kennzahl der Winkelstabilität: Ein hohes neff hält das Band nahe an der Ziellinie, ein niedriges lässt es rasch davonwandern.

    2.1 Das resultierende Problem bei schnellen Öffnungsverhältnissen

    Am Teleskop durchläuft das Licht den Filter nicht unter einem einzigen Winkel, sondern über den ganzen Bereich, den das Öffnungsverhältnis vorgibt — vom Zentralstrahl (θ = 0°) bis zum Randstrahl θmax mit tan θmax = 1/(2N), N = Öffnungsverhältnis. Je schneller das Öffnungsverhältnis, desto extremer die Einfallswinkel der Randstrahlen; für diese wandert das Durchlassfenster nach Blau und liegt zunehmend außerhalb der Emissionslinie. Bei einem Reflektor entfallen durch die zentrale Obstruktion gerade die günstigen senkrecht auftreffenden Zentralstrahlen; das vergrößert den effektiven Blueshift (der mittlere Blueshift skaliert mit 1 + ε², ε = Obstruktions-/Öffnungsdurchmesser: Eine 30 % Obstruktion vergrößert den Shift um ~10 %, und steigt bei einer Obstruktion von 50 % auf ~25 %).

    Aber Achtung: Ein Filter wird ab einer bestimmten f-Zahl nicht schlagartig „blind”, sondern schirmt die extremen Randstrahlen ab und macht die schnelle Optik effektiv „lichtschwächer”. Die Zentralstrahlen treffen weiterhin auf den Sensor.

    Wie groß der Shift konkret wird, zeigt die Richtwert-Tabelle (neff = 1,7, Randstrahl/Worst Case). Der Blueshift ist wellenlängenabhängig und betrifft die roten Linien (Hα, [SII]) stärker als das blaue [OIII] — der absolute Shift wächst proportional zur Wellenlänge:

    Öffnungθ_maxShift Hα/[SII]Shift [OIII]Bewertung
    f/102,86°~0,3 nm~0,2 nmvernachlässigbar
    f/74,09°~0,6 nm~0,4 nmvernachlässigbar
    f/55,70°~1,1 nm~0,9 nmfür Hα/[SII] langsam kritisch
    f/47,10°~1,8 nm~1,3 nmmerklicher Verlust ohne Pre-Shift
    f/214,0°~6,7 nm~5,1 nmMassiver Einbruch ohne Highspeed-Filter

    2.2 Der effektive Brechungsindex

    Aus dem Klippwinkel θ, dem gemessenen Blueshift und der Wellenlänge λ lässt sich als der effektive Brechungsindex neff berechnen. Um Fehler bei der höchst sensiblen Winkeleinstellung ausschließen bzw. korrigieren zu können, wurden Kontrollmessungen mit symmetrischen Winkel von +θ bis −θ durchgeführt. Der wahre Nullpunkt ist der Winkel, bei dem der Blueshift minimal wird. Ein eventueller Nullpunkt-Versatz des Kippwinkels addiert sich richtungsgleich auf jeden Kippwinkel und würde bei kleinen Winkeln ein zu niedriges neff vortäuschen, bzw, einen scheinbaren Anstieg von neff bei steigenden Kippwinkel. Bei symmetrischer Messung wird er sichtbar und kann herausgerechnet werden (Abb. 2).

    Abb. 2: Symmetrische ±θ-Messung am Baader-Filter. Der Blueshift ist minimal am wahren Nullpunkt θ₀ = −0,40° (nicht bei der Skalen-Null) — die Messung kalibriert den Nullpunkt selbst. Ein einziges konstantes n = 1,90 beschreibt die ganze −15°…+15°-Reihe (Rest-RMS 15 pm): neff hängt nicht vom Winkel ab.

    Im Ergebnis erhält man die filterspezifische Konstante neff, die direkt die Stärke des Blueshifts bei steigenden Lichteinfallswinkeln, entsprechend schnelleren Öffnungsverhältnissen bestimmt.

    2.3 Von der Theorie zur praktischen Bedeutung: Kegelintegration

    Die Messungen des Blueshifts nach dem Auftreffen kollimierter Lichtstrahlen auf einen gekippten Filter simulieren die extrem vom Blueshift betroffenen Randstrahlen. Am realen Teleskop trägt jede Kreiszone der Pupille mit ihrem eigenen, blauverschobenen Bandpass bei; da die Fläche mit dem Radius wächst, fallen die äußeren, stärker verschobenen Zonen schwerer ins Gewicht. Der effektiv wirksame Bandpass ist der flächengewichtete Mittelwert über alle Zonen. Numerisch zerlegt man die Pupille in flächengleiche Ringe und mittelt die Ring-Transmissionen (Abb. 3).

    Abb. 3: Was die Kegelintegration tut. Links der Öffnungskegel — jeder Strahl trifft den Filter unter seinem eigenen Winkel; rechts die Pupille in zwölf flächengleiche Ringe. Teff ist das Mittel der Ring-Transmissionen.

    Eine einzelne Kippmessung zeigt immer nur den Randstrahl einer Öffnung — den ungünstigsten Fall. Sie überzeichnet den Verlust, weil die achsnahen Ringe, die den größten Teil des Lichts tragen, kaum verschoben sind. Erst die Kegelintegration über alle Ringzonen zeigt das ganze Bild — die tatsächlich am Sensor wirksame Transmission. Die folgenden Einzelwinkel-Kurven (Kap. 5) sind deshalb als Worst Case zu lesen, offenbaren aber grundsätzlich unterschiedliches Verhalten und Aufbau der Filter. Die Praxiswerte liefert erst die Mittelung über den Kegel (Kap. 6).

    3 Die Prüflinge

    Fünf Monobandfilter standen auf dem Messtisch — vier für Hα und, als Referenz ein Chroma-Filter für [NII]:

    • Astronomik MaxFR (Hα, 4 nm) — ausdrücklich für lichtstarke Systeme bis f/2,6 beworben
    • Baader (Hα, 3,5 nm) — „precision grade”, laut Hülle für f/10 bis f/3,5.
    • Antlia (Hα, 2,5 nm) — ein besonders schmaler Vertreter der günstigen Preisklasse.
    • Svbony (Hα, 5 nm) — der breite, preiswerte Einstiegsfilter.
    • Chroma (3 nm, [NII]) — Referenz der obersten Güteklasse.

    4 Messergebnisse bei senkrechtem Einfall (0°)

    Bei 0° sind alle fünf Filter optisch tadellos: Peak-Transmission durchweg 93,7–97,2 %. Die Unterschiede stecken in der Lage des Fensters relativ zur Linie (CWL-Versatz Q, positiv = Pre-Shift) und der Form des Peaks.

    FilterQ (CWL-Versatz)FWHMFW80Form-faktorPeak-T
    Astronomik MaxFR Hα 4 nm+0,7 nm3,9 nm2,9 nm0,7596,6 %
    Baader Hα 3,5 nm+1,9 nm3,7 nm3,2 nm0,8693,7 %
    Antlia Hα 2,5 nm+0,4 nm2,5 nm2,0 nm0,8297,2 %
    Svbony Hα 5 nm+0,8 nm5,7 nm4,5 nm0,7996,4 %
    Chroma [NII] 3 nm+1,1 nm3,5 nm3,2 nm0,9195,5 %

    Abb. 4: Durchlasskurven der fünf Prüflinge bei senkrechtem Einfall (0°). Lage, Breite und Form unterscheiden sich deutlich; der Baader liegt bewusst nach Rot vorverschoben (Highspeed-Charge). Rosa: Puffer von der Ziellinie bis zur 10%-Verlust-Flanke des am stärksten pre-shifteten Bandes.

    Bezüglich der Bandbreite FWHM hält der Antlia hält mit 2,5 nm genau sein Versprechen, der Svbony ist mit 5,7 nm der breiteste — ein breiteres Band kostet Kontrast, liefert aber gerade bei Filter ohne Top-Plateau Puffer gegen den Blueshift. Der Chroma ist mit Formfaktor 0,91 der kastigste (nahezu rechteckiges Plateau), der MaxFR mit 0,75 der weichste.

    Der auffälligste Einzelbefund betrifft den Baader: Sein Fenster ist mit +1,9 nm massiv nach Rot verschoben — bei 3,5 nm Bandbreite liegt Hα dadurch schon fast auf der Flanke, die Transmission genau auf der Linie beträgt bei 0° nur 41 % (bei einem Peak von 93,7 %). Das ist kein Defekt, sondern die Signatur einer bewusst vorverschobenen Highspeed-Filters, leider fälschlich als „Normal-Filter“ deklariert.

    5 Das Kippverhalten am Randstrahl (Worst Case)

    Bevor wir zur Praxis kommen, lohnt der Blick auf die reine Messung — die Durchlasskurve bei einzelnen Kippwinkeln. Jede dieser Kurven zeigt nur den Randstrahl einer Öffnung, also den ungünstigsten Fall. Zwei Dinge sind dabei zu betonen: Erstens überzeichnet die Einzelwinkel-Betrachtung den Verlust bewusst — die tatsächliche Transmission über den ganzen Kegel folgt erst in Kapitel 6. Zweitens, und wichtiger: Die Kippreihe wird nicht primär gemessen, um diesen Worst Case zu zeigen, sondern um die Datenbasis für die Kegelintegration zu liefern — jeder gemessene Winkel ist ein Stützpunkt der Shift-Interpolation. Die anschauliche Einzelwinkel-Darstellung hier ist eine Nebenwirkung, nicht der eigentliche Zweck. Gerade in ihrer Übertreibung liegt aber didaktischer Wert: Man sieht unmittelbar, warum sich die Filter unterscheiden. Alle Kurven sind relativ zur Ziellinie aufgetragen (Δλ = 0), sodass Lage und Wanderung des Bandes direkt ablesbar sind.

    Ein physikalischer Merksatz vorab: Der Blueshift schiebt das Band nach Blau; die feste Ziellinie wandert dadurch scheinbar im Bandprofil nach Rot, zur roten Flanke hin. Als Reserve nutzbar ist deshalb genau der Durchlass rechts der Linie — von der Linie bis zur roten Flanke (in Abb. 5–7 rosa hinterlegt). Ein sinnvoll ausgelegter Filter liegt darum leicht nach Rot vorverschoben (pre-shiftet), sodass die Linie bei 0° nahe am blauen Rand sitzt und möglichst viel Band als Reserve für den Blueshift zur Verfügung steht. Ein exakt auf die Linie zentrierter Filter verschenkt dagegen die halbe Breite, denn den Bandteil blau der Linie erreicht die wandernde Linie nie.

    Astronomik MaxFR (Abb. 5) ist pre-shiftet (+0,7 nm) — bei 0° liegt Hα am blauen Rand und wandert bis f/4 an seine rote Flanke. Sein neff ist sehr hoch (≈2,0), das Band wandert also langsam. Die weiche Flanke (Formfaktor 0,75) puffert zusätzlich, kostet aber etwas Kontrast.

    Abb. 5: Astronomik MaxFR beim Kippen (Randstrahl, Worst Case; Winkel nominal, der Reihen-Offset +1,29° ist in der Kegelrechnung berücksichtigt). Pre-shiftet und hohes n_eff → das Band bleibt bis f/2,8 nah an der Linie; erst bei f/1,9 und schneller läuft es weg. Rosa: Puffer bis zur 10%-Verlust-Flanke.

    Chroma (Abb. 6) kann wegen seines besonders breiten Top-Plateaus (Bestnoten für den Formfaktor > 0,9 und Super Gauss > 4) kann besonders stark pre-shiften (+1,1 nm) und besitzt ein besonders hohes neff-Niveau — das Band wandert extrem langsam und selbst der f/2,8-Randstrahl bleibt innerhalb des Durchlassfensters. Genau diese Kombination macht ihn universell einsetzbar.

    Abb. 6: Chroma beim Kippen (Randstrahl, Worst Case). Pre-shiftet UND hohes n_eff → das Band bleibt lange an der Linie. Rosa: Puffer bis zur 10%-Verlust-Flanke.

    Antlia (Abb. 7) ist zwar ebenfalls leicht pre-shiftet (+0,4 nm), aber mit 2,5 nm so schmalbandig, dass die absolute Reserve klein bleibt — der Puffer misst nur rund 1,7 nm gegenüber 2,7–2,9 nm bei MaxFR und Chroma. Zusammen mit dem niedrigen neff ist dieser kleine Puffer beim Randstrahl schnell aufgebraucht. Der einseitige Blueshift macht dabei ein allgemeines Prinzip deutlich: Die rote Bandhälfte ist Reserve, nicht Symmetrie — ein exakt auf die Linie zentrierter Filter würde die Hälfte davon verschenken.

    Abb. 7: Antlia 2,5 beim Kippen (Randstrahl, Worst Case). Günstig pre-shiftet (+0,4 nm), aber eben sehr schmalbandig → nur kleine Reserve, die der Randstrahl früh aufbraucht. Rosa: Puffer bis zur 10%-Verlust-Flanke.

    6 Erst die Kegelintegration zeigt das ganze Bild

    Die Randstrahl-Kurven aus Kapitel 5 sind der Worst Case. Am Teleskop trägt jedoch jeder Ring der Pupille bei, und die achsnahen Ringe sind kaum verschoben. Die modellfreie Kegelintegration (Abschnitt 2.3) mittelt alle Ringzonen und liefert so die tatsächlich am Sensor wirksame Transmission. Die Tabelle gilt obstruktionsfrei — die für die Filter günstigste Annahme; mit Fangspiegel fallen die schnellen Werte weiter.

    FilterT @ 0°f/8f/5f/4f/2,8f/2,6
    Chroma 3 nm95 %95 %94 %94 %95 %95 %
    Astronomik MaxFR 4nm95 %95 %94 %95 %90 %84 %
    Baader 3,5 nm41 %55 %75 %81 %86 %87 %
    Antlia 2,5 nm97 %97 %97 %89 %48 %42 %
    Svbony 5 nm95 %95 %95 %96 %84 %76 %

    Abb. 8: Das ganze Bild — die über den Kegel gemittelte effektive Transmission für alle fünf Filter. Die achsnahen Ringe heben die Bilanz weit über den reinen Randstrahl (vgl. Kap. 5).

    Der Kontrast zu Kapitel 5 ist eindrücklich: Der Antlia-Randstrahl fällt bei f/4 deutlich ab, über den ganzen Kegel bleiben aber noch 89 %. Genau deshalb darf man nie vom Randstrahl allein auf die Praxis schließen.

    Chroma — der Maßstab. Höchstes neff-Niveau (≈2,2) und kastigster Formfaktor in einem: durchgehend rund 95 % von f/10 bis f/2,6, praktisch ohne Abfall. Das ist die volle Schnelltauglichkeit — erreicht vom teuersten Filter, aber, wie sich zeigt, nicht mehr nur von ihm.

    Astronomik MaxFR — hält seine Zusage. Bis f/4 brillant (über 95 %), bleibt er auch im schnellen Kegel stark: 90 % bei f/2,8 und 84 % bei f/2,6. Astronomik empfiehlt ihn unter Seriennummer für f/∞ bis f/2,6 mit der Zusage von höchstens 10 % Rückgang gegenüber 92,9 % — also mindestens 83,6 %. Mit 84 % ist das knapp, aber nachweislich erfüllt. Möglich macht das ein hohes neff-Niveau (≈2,0, das zweithöchste im Feld); die weiche Flanke (Formfaktor 0,75) federt den Rest. Erst jenseits von f/2,6 verliert er zügig — im spezifizierten Bereich trägt der Pre-Shift von +0,7 nm.

    Baader — der absurde 0°-Wert (41 % auf der Linie) und die steigende Transmission zu schnelleren Öffnungen entlarven das Etikett: ein Filter mit 1,9 nm Pre-Shift ist keine „Normalversion für f/10 bis f/3,5”, sondern eine Highspeed-Charge im falschen Gehäuse. An langsamer Optik unbrauchbar (55 % bei f/8), an einem schnellen 200-mm-Newton f/2,8 mit 86 % erste Wahl.

    Antlia — ehrlich in den Kennwerten, optimistisch in der Empfehlung. Peak (97,2 %) und Bandbreite (2,46 nm) halten die Herstellerangaben (Hα ≥ 95 %, FWHM 2,5 nm +0,3/−0,1) sauber ein, und Antlia scannt jedes Exemplar einzeln und legt das gemessene Spektrum bei — vorbildliche Transparenz. Die offizielle Empfehlung „ab f/3,5” ist für die schmalen 2,5 nm allerdings grenzwertig: Dort sind es nur noch 73 %. Sauber wird er erst ab f/4 (89 %), voll ausgereizt ab f/5 (97 %).

    Svbony — breit und günstig. Die große Bandbreite (5,7 nm) greift dabei vermutlich bewusst auch die [NII]-Linie bei 658,4 nm mit ab — zusätzliches Nebelsignal dicht neben Hα — und kompensiert das eher niedrige neff (1,60) mit ihrer Breite bis weit in den schnellen Bereich (96 % bei f/4, noch 84 % bei f/2,8); erst bei f/2,6 (76 %) macht sich das schwache Niveau bemerkbar.

    7 Diskussion

    Das neff-Niveau ist die Königsgröße. Die Filter rangieren Chroma (≈2,2) > Astronomik (≈2,0) > Baader (≈1,9) > Antlia (≈1,7) > Svbony (≈1,6). Pre-Shift, Bandbreite und Formfaktor sind Stellschrauben, die ein mäßiges Niveau teilweise ausgleichen, aber nicht ersetzen.

    Die Kurvenform (hoher Formfaktor) hält die Transmission zusätzlich länger hoch, während das Band wandert. Der Chroma vereint alle drei Vorzüge — hohes neff, Pre-Shift und kastigstes Plateau — und bleibt trotz der engen Bandbreite bis f/2,6 nahezu verlustfrei. Allein ist er damit aber nicht: Auch MaxFR und Svbony halten bis f/2,8 solide Werte, letzterer allerdings nur dank des a priori breiten Durchlassfensters. Der pre-shiftete Baader spielt nur am schnellen Newton auf; nur der schmalbandige Antlia fällt hier früh ab.

    Transparenz der Spezifikation. Astronomik macht eine überprüfbare Zusage (≤ 10 % Rückgang, empfohlen bis f/2,6, unter Seriennummer) — vorbildlich, und in diesem Fall überprüfbar eingehalten (84 % ≥ 83,6 %). Antlia geht einen Mittelweg: eine weiche f-Empfehlung (≥ f/3,5) plus ein individuell gemessenes Spektrum für jedes Exemplar — bei den Kennwerten transparent, bei der Öffnungsempfehlung aber ebenfalls zu optimistisch. Andere sprechen nur von „geringen Einbußen” oder machen gar keine Winkelangabe. Genau diese Lücke schließt eine Messung.

    Zuordnung Filter → Teleskop. Chroma überall, wo es auf jedes Prozent ankommt; der (quasi geschenkte) Baader am schnellen 200er-Newton; der schmale Antlia an einer langsameren Optik ab f/5; der breite Svbony als günstiger Allrounder bis in den schnellen Bereich; der MaxFR als solider Highspeed-Filter, der seine bezifferte Zusage hält. Zu optimistisch fällt nur die Öffnungsempfehlung des schmalbandigen Antlia aus.

    8 Fazit

    Die zentrale Erkenntnis ist methodisch: Die Praxisleistung eines Schmalbandfilters lässt sich messen und vorausberechnen, statt sie am Teleskop erraten zu müssen — und zwar ohne die Annahme eines konstanten neff, indem man den gemessenen Kippverlauf direkt in den Öffnungskegel integriert. Der Einwand, die wahre Leistung zeige sich nur im Bild am Teleskop, verkehrt Ursache und Wirkung: Der Blick durchs Teleskop bestätigt nur, was die Labormessung bereits festlegt.

    Inhaltlich gilt: „schmaler” und „teurer” bedeuten nicht automatisch „besser”. Über die Schnelltauglichkeit entscheidet das neff-Niveau, ergänzt um Pre-Shift und Kurvenform — Eigenschaften, die auf keinem Etikett stehen. Mehrere Filter erreichen die Schnelltauglichkeit bis f/2,8 — der Chroma nahezu verlustfrei, MaxFR und Svbony solide, der pre-shiftete Baader als Normalversion nur am schnellen Newton, am f/5 APO liegt die Transmission bei mageren 75%. Der ultraschmalbandige Antlia (2,5nm) ist der Spezialist für f/5 und langsamer.

    Die Faustregel „langsamer als f/4 vernachlässigbar” gilt aber nur, wenn das Fenster mindestens zentriert, besser leicht rotverschoben (pre-shiftet) liegt, ein breites Plateau hat und neff hoch ist.

    Transmission ist nicht alles, auch die Antireflex-Beschichtung ist ein wesentliches Qualitätsmerkmal.

  • Hochaufgelöste Vermessung von sieben engbandigen (3nm / 3,5nm) Dualschmalbandfiltern von Antlia und Altair

    Der Trend zur immer engeren Bandbreite verspricht ultimativen Kontrast trotz Lichtverschmutzung. Doch bei nur 3nm werden hohe Anforderungen an die exakte Position der Zentralwellenlänge gestellt, um sowohl an langsamen Optiken, als auch wie beworben bis f/4 zu funktionieren.

    Mit einer Rekordauflösung von 0,0075 nm pro Pixel wird die „DNA“ der Filter sichtbar: von massiver Serienstreuung der Zentralwellenlänge bis hin zu fundamentalen Unterschieden im Schichtdesign. Durch Verkippung des Filters wurde das Verhalten bei unterschiedlichen Einfallswinkeln bzw. Öffnungsverhältnissen gemessen und festgestellt, warum manche Filter an f/4 triumphieren, während andere kläglich versagen.

    Getestet wurden folgende Filter:

    • 3 zeitgleich beschaffte Antlia ALP-T Dualband 3nm Narrowbandfilter (SII und OIII)
    • 2 Antlia ALP-T Dualband 3nm Narrowbandfilter (Ha und OIII)
    • jeweils 1 Altair Ultra 3,5nm Ha und OIII, sowie SII und OIII.

    Jedem Antlia-Filter lag ein „Filter Scan Report“ bei. Der Begleittext

    Each product undergoes rigorous testing using advanced spectrometers to ensure accurate and reliable performance data. We are proud to share this comprehensive information directly with every Antlia user….“

    suggeriert einen individuellen Test des erworbenen Filters. Bei mir lagen jedoch identische Kopien eines wertlosen, da viel zu weitem Spektrums von 200nm bis 900nm bei.

    Den Altair-Filtern lag dagegen ein individuelles, aussagekräftiges Messprotokoll bei. Ein charakteristisches Merkmal des Filters auf dem Messprotokoll konnte reproduziert werden.

    Um die physikalischen Eigenschaften der Schmalbandfilter jenseits von Marketing-Angaben zu entschlüsseln, wurde ein hochauflösendes spektroskopisches Messverfahren adaptiert, welches Spektren von 649 bis 678 nm (Ha, SII) bzw. 482 bis 516nm (OIII) mit 3834 Pixel liefert. Zur Einordnung der Messergebnisse erfolgte außer Konkurrenz ein Vergleich zu einem Chroma Monobandfilter.

    1. Methodik

    Die Messeinrichtung besteht aus einem entkernten Diaprojektor als Lichtquelle, einem Kolimator bestehend aus Lochblende 0,4 mm im Brennpunkt eines 50mm Suchers, dem verkippbaren Filterhalter und dem Star’Ex Spektrograf.




    Das Herzstück bildet der Star’Ex-Spektrometer nach Christian Buil in High Resolution Konfiguration. Im Internet ist eine ausführliche Anleitung zum Selbstbau verfügbar. Die mechanischen Bauteile können selbst im 3D-Drucker hergestellt werden, oder man bestellt einen fertigen Bausatz aus hochwertigem Filament und Einsätzen aus Metall. Die optischen Bauteile können verhältnismäßig günstig erworben werden. Man erhält ein Spektrometer, der keinen Vergleich mit professionellen Geräten zu scheuen braucht. Meine Konfiguration erzeugt Spektren mit 0,0075nm Auflösung.

    • Optik: Ein 80/125 mm Linsen-System.
    • Gitter: Ein Beugungsgitter mit 2400 Linien/mm, das für eine enorme Dispersion sorgt.
    • Eintrittsspalt: Ein 10 µm Präzisionsschlitz bildet die Grundlage für das hohe Auflösungsvermögen.
    • Kamera ASI585M mit 2,9 µm Pixel

    Um den Blueshift bei exakt definierten Einfallswinkeln bzw. unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen zu messen, wurde ein „Lichtkraftwerk“ konstruiert:

    • Lichtquelle: Ein entkernter 150W-Diaprojektor. Sein Kondensorsystem sorgt für eine extreme Leuchtdichte auf der Primärblende.
    • Primärblende: Eine im Brennpunkt des Kollimators platzierte 0,4 mm Lochblende simuliert eine punktförmige Lichtquelle.
    • Kollimator: Ein 50 mm Sucher-Objektiv, das das Licht der Blende in ein absolut paralleles Strahlenbündel (0° Divergenz) überführt. In diesem parallelen Strahlengang wurde der Filter auf einem drehbaren Messtisch platziert.

    Für eine absolut verlässliche Wellenlängenachse wurde jede Messreihe referenziert:

    • Kalibrierlicht: Eine Neon-Entladungslampe lieferte eine dichte Matrix an Referenzlinien zur präzisen Kalibrierung in der Software BASS.
    • Flatfield-Korrektur: Das Filterspektrum wurde durch ein Referenzspektrum der reinen Halogen-Lichtquelle (ohne Filter) dividiert. Nur so konnte die instrumentelle Antwort und die Schwarzkörper-Kurve der Lampe eliminiert werden, um die effektive Transmission des Filters in Prozent zu erhalten.
    • Winkelmessung: Die Messungen erfolgten in Schritten von 0°, 3°, 5°, 7°, 10°, 12° und 15°, um die Dispersionskurve (neff) experimentell zu bestimmen. Auf diese Weise konnte das Verhalten der Filter bei schrägem Lichteinfall und die Leistung an schnellen Optiken bestimmt werden.

    2. Die Theorie hinter den Messungen

    Blueshift

    Wer Schmalbandfilter an schnellen Optiken (f/5, f/4 oder gar f/2) nutzt, stolpert unweigerlich über den Begriff Blueshift. Doch was passiert da eigentlich physikalisch?

    Ein Interferenzfilter besteht aus dutzenden hauchdünnen Schichten. Die Filterwirkung beruht darauf, dass Lichtstrahlen zwischen diesen Schichten hin und her reflektiert werden. Die Bedingung für konstruktive Interferenz (da, wo der Filter durchlässig ist) hängt von der Verzögerung zwischen dem direkt reflektierten und dem im Inneren der Schichten hin- und hergeworfenen Strahl ab. Trifft der Lichtstrahl schräg in das Schichtpaket, rücken die Schichten für die eintreffende Wellenfront optisch enger zusammen. Da engere Abstände kürzeren Wellenlängen entsprechen, lässt der Filter plötzlich „blaueres“ (kurzwelligeres) Licht durch. Die gesamte Durchlasskurve wandert nach links, in Richtung blau (blue shift).

    Das Problem bei schnellen Öffnungsverhältnissen

    Ein Teleskop liefert kein paralleles Licht, sondern einen Lichtkegel. Je „schneller“ die Optik (kleine f-Zahl), desto steiler ist dieser Kegel und desto extremer sind die Winkel, unter denen die Randstrahlen auf den Filter treffen.

    Man könnte meinen, nur die Bildränder seien vom Blueshift betroffen, da dort die Lichtstahlen schräg auf den Filter treffen und im Zentrum nicht. Das ist leider ein Irrtum: Über die ganze Fläche der Optik werden die Lichtstahlen gebündelt und auf den Sensor geworfen. Auch ein kleiner Planetarischer Nebel im Zentrum wird von Strahlen getroffen, die vom Rand der Optik kommen und treffen bei f/4 mit über 7° auf den Filter. Der Filter „sieht“ also für das zentrale Objekt nicht eine Wellenlänge, sondern eine Mischung aus verschobenen Durchlasskurven. Ist der Filter zu schmal oder falsch zentriert, schneidet er die Randstrahlen des Kegels einfach ab – die Transmission bricht auch in der Bildmitte ein.

    Richtwerte: Wie stark ist der Shift?

    Der Blueshift ist wellenlängenabhängig und betrifft die roten Linien (Ha, SII) deutlich härter als das blau-grüne OIII. Basierend auf einem typischen Brechungsindex der Filterschichten neff = 1,7 lässt sich der Shift berechnen:

    ÖffnungWinkelShift bei 656 nm (Ha / SII)Shift bei 501 nm (OIII)Konsequenz für 3nm Filter
    f/102,8°~ 0,3 nm~ 0,2 nmVernachlässigbar
    f/74,1°~ 0,6 nm~ 0,4 nmBeides unkritisch.
    f/55,7°~ 1,1 nm~ 0,9 nmHa wird kritisch, OIII hält noch.
    f/47,1°~ 1,8 nm~ 1,3 nmGrenzfall: Ha braucht Pre-Shift
    f/214,0°~ 6,7 nm~ 5,1 nmTotalausfall für beide ohne Highspeed-Filter.

    Aus dieser Berechnung ergibt sich für einen Einsatzbereich an Optiken f/10 bis f/4 ein optimaler Pre-Shift mittig in der Blueshift-Spanne 0,3…1,8 nm = 0,75 nm. Ein 3nm-Filter ohne Pre-Shift fällt an einer f/4-Optik auf eine Transmission von rund 50%.

    3. Messergebnisse bei 0°-Einfallswinkel

    3.1 [OIII]-Band

    Die folgende Abbildung zeigt den Ausschnitt von etwa 493 bis 509 nm Wellenlänge und neben den Filterkurven das Spektrum der Ne-Kalibierlichtquelle und rot beschriftet einige Kalibierlinien.

    Neben der Ziel-Wellenlänge (violette Linie) ist die Auswirkung des Blueshifts dargestellt. Beim Einsatz an schnellen Optiken = größerer Lichteinfallswinkel verschiebt sich die Transmissionskurve zu kürzeren (blauen) Wellenlängen. Anstelle die Kurven nach blau zu verschieben wurde zur Übersichtlichkeit nur die Ziel-Wellenlänge rot verschoben. Die Größe des Blueshifts ist abhängig vom Einfallswinkel (gestrichelt 5,7° entspricht f/5 und punktiert 7,1° entspricht f/4) und vom effektiven Brechungsindex (neff) der Beschichtung. Dieser wurde hier mit einem durchschnittlichen Wert von 1,7 angenommen.

    Die effektive Transmission bei 0°-Einfallswinkel ist bei allen getesteten Filtern erfreulich hoch und liegt zwischen 90 und 96%.

    Die Zentrierung auf die Zentralwellenlänge von 500,7 nm ist bei fast allen Filtern gegeben. Unter Berücksichtigung des Blueshifts wäre zur Kompensation eine Verschiebung des Durchlass-fensters um 0,5 -1 nm nach rot vorteilhaft gewesen. Leider berücksichtigt dies im Test weder Antlia noch Altair, so dass die [OIII]-Linie bei f/5 nahe oder auf der fallenden Flanke zu liegen kommt. Bei f/4 liegt die effektive Transmission für [OIII] zwischen 60 bis 80 %.

    Die Bandbreite bei 50% Transmission (FW50) liegt zwischen 3,3 und 3,6 nm und bei 80% Transmission (FW80) bei 2,1 bis 2,7 nm. Das FW80 wird als Maß für die Breite des Top-Peaks (idealerweise eher ein Top-Plateau) herangezogen. Je breiter das Plateau, desto größer ist der Spielraum gegenüber einer Serienstreuung der Zentralwellenlänge (CWL) und dem Blueshift.

    Bei genauerer Betrachtung sind bereits jetzt Unterschiede im Kurvenverlauf erkennbar: Altair setzt beim Dualbandfilter Ha-OIII (Kurve 10) auf eine reine Gaußschen Normalverteilung (Glockenkurve) mit verhältnismäßig spitzem Peak (schmalstes HW80 im Testfeld). Beim SII-OIII_Filter (Kurve 11) wurde versucht den Peak durch Überlagerung zu einem Plateau zu verbreitern, was beim Testkandidaten allerdings mehr schlecht als recht gelingt (erkennbar an der „hängenden Schulter“).

    Die Filter von Antlia dagegen zeigen alle einen mehr oder weniger stark ausgeprägten „Kamelbuckel“, was den Peak vorteilhaft verbreitert.

    3.2 Ha-Band

    Die effektive Transmission bei 0°-Einfallswinkel liegt weiterhin hoch bei 93 bis 96 %.

    Bei einem Antlia Filter ist die Zentralwellenlänge mit 1,1nm deutlich rotverschoben (Kurve 12). Durch diesen Pre-Shift wird der rechnerische Bluehift einer f/5-Optik komplett ausgeglichen. Der Filter hält eine hohe Transmission über 93 % bis f/4, ein Spitzenwert. Leider ein Zufallstreffer, den der zweite Antlia-Filter (Kurve 13) ist auf die Ha-Linie zentriert und zeigt keinen Pre-Shift. Bei diesem Filter beträgt die Transmission bei f/5 durch ein verhältnismäßig breites Top-Plateau noch 90% und bei f/4 nur noch 67%.

    Der getestete Altair zeigt sich ebenfalls zentriert, jedoch wieder mit spitzen Peak, was ihn grundsätzlich anfälliger für eine Serienstreuung macht und empfindlicher auf schnellere Optiken reagieren lässt. So fällt die Transmission bei f/4 auf etwa 45%.

    3.3 [SII]-Band

    Erfreulich ist wieder die hohe effektive Transmission von 94 bis 97 %.

    Antlia zeigt eine starke Serienstreuung der Zentralwellenlänge: Nur ein Filter von Antlia zeigt einen positiven Pre-Shift von 0,6 nm (Kurve 15), einer war exakt auf die SII-Emission zentriert (Kurve 16) und der dritte Filter wies sogar einen Back-Shift von -0,4nm auf. Das ist eine Serienstreuung zeitgleich gekaufter Filter von 1,0 nm, 1/3 der Sollhalbwertsbreite von 3 nm!

    Auch der getestete Filter von Altair weist einen eklatanten Back-Shift von -0,7 nm auf. Es ist der gleiche Filter, der auch im [OIII]-Band mit einen Back-Shift von -0,7 nm auffiel. Dieser Filter ist ein echtes Montagsmodell und hoffentlich nicht die Regel! Nur die etwas größere Halbwertsbreite von 3,8 nm verhindert den kompletten Ausfall an f/4.

    Bereits an einer f/5-Optik fällt bei zwei Filtern die Transmission auf unter 80%. An f/4 kommt bei drei Filtern weniger als die Hälfte der Photonen auf den Chip! Nur der Filter mit dem Pre-Shift hält eine Transmission von akzeptablen 75%.

    Die gemessene Halbwertsbreite ist mit 3,2 bis 3,3 nm nahe am Sollwert und innerhalb der angegebenen Toleranz. Beim Altair liegt die Halbwertsbreite ebenfalls in der Toleranz. Angesichts der eklatanten Streuung der Zentralellenlänge ein schwacher Trost.

    3.4 Zwischenfazit
    Die effektive Transmission lag bei allen Filtern im Peak über 90%. Der Spitzenwert lag bei beeindruckenden 97,2 %. Das besagt allerdings nicht, dass dieser Wert auch bei der gewünschten Wellenlänge erreicht wird.

    Bandbreite (FWHM): Keiner der „3nm“-Filter ist ein echter 3,0 nm Filter. Sie liegen real zwischen 3,2 nm und 3,7 nm. Ein Filter liegt damit außerhalb der von Antlia angegebenen Toleranz von -0,1 und +0,6nm. Die nominell 3,5nm-Fillter von Altair werden mit 3,5nm FWHM angegeben, liegen aber mit 3,4 und 3,8 nm in dieser Hinsicht praktisch auf einer Höhe mit den Antlia-Filtern. Diese „Großzügigkeit“ kostet zwar minimal Kontrast, liefert aber wertvollen zusätzlichen Puffer für den Blueshift an schnellen Optiken.

    Zentralwellenlänge (CWL): Hier trennt sich die Spreu vom Weizen. Bei senkrechtem Lichteinfall 0° streuten die Zentren (CWL) massiv:

    • Post-Shift: Ein Filter von Altair zeigt sich sowohl im SII- als auch im OIII-Band um -0,7 nm blauverschoben. Der Ha-OIII-Filter war dagegen unauffällig. Ein Antlia-Filter ist im SII-Band um -0,4 nm blauverschoben. Das ist besonders kontraproduktiv, da schräg einfallende Lichtstrahlen eine Blauverschiebung des Durchlassfensters bewirken. Um dem entgegen zu wirken, erhalten Filter idealerweise ab Werk einen leichten Pre-shift nach Rot. Ein Blue-shift ab Werk sorgt dafür, dass selbst bei moderaten Öffnungsverhältnissen (f/5) die Emissionslinie aus dem Fenster rutscht.
    • Pre-Shift: Ein einziger Filter von Antlia glänzt mit +1,1 nm im Ha-Band und +0,6 nm im OIII-Band, was ihn auch an schnelleren Optiken einsetzbar macht. Die effektive Transmission ist selbst bei f/4 noch über 93%. Es ist also technisch möglich, schmalbandige Dualband-Filter mit hoher Transmission und großer Einsatzbreite herzustellen. Zwei weitere Antlia-Filter weisen in einem von beiden Bändern ebenfalls einen Pre-Shift auf, ein Filter +0,6 im SII-Band und ein anderer Filter +0,4 nm im OIII-Band auf.
    • Der Rest: trifft die Zielwellenlänge auf +/- 0,2 nm genau.

    Verantwortlich für die Streuung der CWL sind Fertigungstoleranzen der Schichtdicken und mangelnde Qualitätskontrollen. Insgesamt scheinen sowohl Antlia (-0,4 bis 1,1 nm) als auch Altair (-0,7 bis 0,1 nm) mit einer Serienstreuung zu kämpfen.

    Eignung an f/5

    Während im [OIII]-Band wegen des geringeren Blueshifts bei allen Filtern die Transmission über 80% liegt, nimmt diese in den anfälligeren langwelligeren Ha und SII-Band durchwachsen aus: der schlechteste Filter (Antlia) erreicht nur 73,4%, drei weitere liegen um 80% und die besten drei erreichten über 90%.

    Eignung an f/4

    Es ist festzustellen, dass an f/4 nur ein einziger Filter (Antila) auf beiden Bändern eine Transmission von über 90% aufweist. Im kritischen Ha-Band weist der Spitzenreitereinen Pre-Shift von +1,1 nm, durch den Blueshift an f/4 von -1,75 nm (neff=1,7) landet der Peak nur 0,65 nm neben der Ha-Emissionslinie. Durch ein breites Top-Plateau bleibt die Transmission bei 93,6 %.

    Ein weiterer Antlia-Filter erreicht zwar im [OIII]-Band noch 80%, im [SII]-Band jedoch miserable 38%. Hier addiert sich ein Back-shift von -0,4 nm und ein Blueshift von -1,75 nm (neff=1,7) auf einen Fehler von 2,15 nm. In Kombination mit einer engen Bandbreite von 3,2 nm FWHM, d.h. nur 1,6 nm beidseitg vom Peak, wird die Transmission gnadenlos bei 38,2% abgeschnitten.

    Um den Netto-Lichtverlust von 60% an f/4 auszugleichen, müsste ein Astrofotograf statt 1 Stunde stolze 2,45 Stunden belichten – nur um den Schichtdickenfehler auszugleichen.

    Das zeigt deutlich eine weitere Problematik von Dualbandfiltern: sie sollten auf beiden Bändern eine gute Performance ausweisen.

    Antlia empfiehlt die schmalbandigen Dualbandfilter auf Ihrer Webseite an „Optiken langsamer als f/4 für beste Performance, für Optiken schneller als f/4 seien per-shifted Highspeed-Filter die bessere Wahl.“ Auf der Herstellerseite von Altair fehlt dieser Hinweis [Seitenaufruf am 14.05.2026].

    Fakt ist: Jedes Teleskop bündelt Lichtstrahlen und verursacht einen Blueshift an Interferenzfiltern. Für typische Brechungsindizes neff=1,7 beträgt dieser im besonders anfälligen roten Wellenlängenbereich bereits beim moderaten Öffnungsverhältnis f/5 1,1 nm, was bei einem Filter mit einem FWHM von 3 bzw. 3,5 nm nicht unberücksichtigt bleiben darf.

    Kurvenform: Steigung und Top-Plateau

    Wichtiger als die genaue Lage und Höhe des Peaks ist der Verlauf der Transmissionskurve insgesamt. Idealerweise sind die Flanken steil und zeigen oben ein breites Top-Plateau. Diesem Ideal wird keiner der hier getesten Filter gerecht. Alle Filter folgen mehr oder weniger einer Gaußschen Normalverteilung. Daher kommt der Bandbreite mit einer Transmission > 80% eine große Bedeutung für die „Gutmütigkeit“ eines Filters bei. Liegt eine möglichst hohe Bandbreite idealerweise leicht pre-shiftet vor, erhält man einen ausgezeichneten, vielseitig einsetzbaren Filter. Die gemessene Bandbreite liegt zwischen 1,9 nm und 2,7 nm. Die Mitte der Bandbreite lag bei fast allen Filtern +/- 0,3 nm auf der CWL.

    Im Teil 2 folgen die Messungen bei gekippten Filtern

  • Peculiar Galaxies

    In der extragalaktischen Astronomie bilden die „Peculiar Galaxies“ (engl. peculiar = kurios, eigenartig) eine der aufschlussreichsten Objektklassen. Während die Hubble-Sequenz eine statische Klassifizierung suggeriert, offenbaren pekuläre Systeme die dynamische Evolution des Universums. Der 1966 erschienene Atlas of Peculiar Galaxies von Halton Arp dokumentiert Strukturen, die durch gravitative Wechselwirkungen, Gezeitenkräfte und Verschmelzungsprozesse entstanden sind.

    Bis auf prominente Ausnahmen wie M51 handelt es sich bei den Objekten des Arp-Katalogs überwiegend um kleine Systeme mit scheinbaren Ausdehnungen von oft nur 2 bis 5 Bogenminuten. Sie befinden sich in Distanzen von meist 100 bis über 400 Millionen Lichtjahren, was ihre fotografische Erfassung zu einer Herausforderung für das Auflösungsvermögen und die Tiefe macht.

    In meiner aktuellen Beobachtungsserie habe ich vier Arp-Objekte dokumentiert, die unterschiedliche Stadien der galaktischen Interaktion repräsentieren:

    Arp 85 (M51 / NGC 5194 & NGC 5195)

    M51 Whirlpool Galaxy Arp85 NGC5194 NGC5195

    Die Whirlpool-Galaxie ist das Paradebeispiel für eine Gezeiteninteraktion. Die ausgeprägte Spiralstruktur von NGC 5194 wird durch den Vorbeigang des Begleiters NGC 5195 verstärkt. Physikalisch betrachtet lösen die Gezeitenkräfte Dichtewellen in der Gasscheibe aus, was die Rate der Sternentstehung (Star-Formation-Rate) massiv erhöht.

    Auf der Aufnahme ist die Konzentration massereicher, heißer und somit bläulich leuchtender Sterne in den Spiralarmen deutlich erkennbar. Im Gegensatz zu unserer Sonne, die eine Lebensdauer von mehreren Milliarden Jahren aufweist, brennen diese Giganten ihren Brennstoffvorrat in nur wenigen Millionen Jahren ab. Die daraus resultierende hohe Instabilität zeigt sich in einer außergewöhnlichen Supernova-Rate: Innerhalb von nur 17 Jahren wurden in Arp 85 bereits drei Supernovae (SN 1994I, SN 2005cs und SN 2011dh) registriert.

    Arp 94 (NGC 3226 & NGC 3227)

    Arp94 NGC3227 NGC3226 peculär galaxy

    Bei Arp 94 handelt es sich um ein sehr enges, bereits fast vollständig verschmolzenes Paar. Die Interaktion zwischen der frühen Spiralgalaxie (NGC 3227) und der elliptischen Begleitgalaxie (NGC 3226) hat ein komplexes „Knäuel“ aus Gezeitenschweifen erzeugt. Die gravitative Störung begünstigt den Gastransport in das Zentrum der Spirale, wodurch das supermassereiche Schwarze Loch im aktiven Kern (Seyfert-Kern) von NGC 3227 akkretionstechnisch gespeist wird.

    Arp 104 (Keenan’s System / NGC 5216 & NGC 5218)

    Arp104 Gezeitenschweif

    Dieses System demonstriert die Formation einer klassischen Gezeitenbrücke. Beim engen „Vorbeiflug“ der beiden Galaxien entstand ein etwa 150.000 Lichtjahre langer Gezeitenschweif. Dieser Schweif enthält Populationen heißer, massereicher Sterne, die durch die Kompression des intergalaktischen Gases während der Begegnung entstanden sind. Die Brücke erfordert aufgrund ihrer geringen Flächenhelligkeit eine hohe Integrationstiefe.

    Arp 105 (Die „Gitarre“ / NGC 3561A/B)

    Arp105 Abell1185 NGC3561

    Arp 105, aufgrund seiner charakteristischen Morphologie auch als „Die Gitarre“ bekannt, ist ein komplexes System innerhalb des Galaxienhaufens Abell 1185. Hier interagiert eine elliptische Galaxie mit einer Spiralgalaxie, was zur Bildung eines massiven, rund 100.000 Lichtjahre langen Gezeitenschweifs geführt hat. Besonders bemerkenswert ist die Entstehung einer Zwerggalaxie (Tidal Dwarf Galaxy) an der Spitze dieses Schweifs – ein Prozess, bei dem aus dem intergalaktischen Medium neue, gravitativ gebundene Sternsysteme kondensieren.


    Technische Anmerkungen zu den Aufnahmen

    Die Bilder wurden mit einem 14″ Ritchey-Chrétien-Teleskop bei einer Brennweite von 2.280 mm aufgenommen. Als Detektor diente eine Kamera mit Vollformatsensor, wobei bei den kleineren Arp-Objekten teilweise Ausschnittsvergrößerungen vorgenommen wurden, um die feinen Gezeitenstrukturen hervorzuheben.

    Auf den Einsatz von Filtern wurde bewusst verzichtet, da Sterne als Kontinuumstrahler ihr Licht über das gesamte sichtbare Spektrum emittieren und eine Filterung hier lediglich die Signalstärke reduzieren würde. Um das extrem schwache Leuchten der Gezeitenschweife und Brücken vom Himmelshintergrund zu trennen, waren Belichtungszeiten von bis zu 12 Stunden pro Objekt notwendig.


    Fazit:
    Die Fotografie pekulärer Galaxien visualisiert die Transformation von Materie unter dem Einfluss extremer Gravitationspotenziale. Diese Aufnahmen belegen eindrucksvoll, dass galaktische Morphologie kein statischer Zustand, sondern ein direktes Resultat dynamischer Historie und gewaltiger physikalischer Umwandlungsprozesse ist.

  • Grundlegende Bildbearbeitung Farbaufnahmen

    Alle Aufnahmen werden gedithert, d.h. jedes Einzelframe um wenige Pixel versetzt und im FITS-Format abgespeichert. Die komplette Bildbearbeitung erfolgt in Pixinsight nach folgendem Grundschema:

    • Blink zur Kontrolle der Einzelaufnahmen
    • Weighted Batch Preprocessing Skript (WBPP): Kalibrierung, Registrierung und Integrierung
    • Dynamik Crop: Entfernen der Stackingränder
    • Dynamic Background Extraktion: meiner Meinung das vielseitigste Tool zum Entfernen von Gradienten, alternativ Graxpert.
    • Image Solve Script (Platesolve)
    • Spectrophotometric Colorcalibration (SPCC): wirklichkeitsgetreue Sternfarben
    • Soft Stretch (Script EZ Tools)
    • BlurXterminator zum Schärfen
    • NoiseXterminator zum Entrauschen
    • StarXterminator: Sterne und Nebel werden anschließend getrennt individuell weiterverarbeitet:
      • Curves Transformation
      • Color Saturation
      • HDR Multiscale Transform,
      • SCNR
      • ect. pp.
    • Screen Stars: Skript bringt Sterne und Nebel wieder zusammen
  • Astrofotografie

    Allen Deepsky-Objekten ist gemeinsam, dass es sich um lichtschwache Objekte handelt, darum ist es nachts auch so dunkel ;). Dem kann entgegengewirkt werden, indem die Belichtungszeit verlängert wird. In dieser Hinsicht sind moderne Sensoren dem Auge „himmelweit“ überlegen. Gesamtbelichtungszeiten von mehreren Stunden ist die Regel, die sich auf viele Einzelbilder zusammensetzen. Für Breitbandfilter liegen die Einzelbelichtungszeiten i.d.R. zwischen 1 und 2 Minuten, bei Schmalbandfilter zwischen 5 und 30 Minuten, davon werden mindestens 20 Aufnahmen addiert („gestackt“). Dabei verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis ohne dass helle Sterne ausbrennen oder schwache Nebel im Hintergrundlicht ersaufen. Zwischen den Aufnahmen wird gedithert, d.h. die Bilder um einige Pixel verschoben und Hot-/Cold-Pixel mit der Sigma-Clipping-Stacking-Methode unterdrückt. An keiner Aufnahme wurde eine Darkframekalibrierung durchgeführt.

    Der andere Aspekt ist die scheinbare Größe des Objekts am Himmel, womit die erforderliche Brennweite bestimmt wird. Hier ist die Bandbreite enorm groß und reicht 40-50° für ausgedehnte Molekülwolken (z.B. Barnard’s Loop Sh2-276, Eridanus-Loop oder Gum-Nebel) bis zu weit entfernten Galaxien und Quasaren, die als „quasistellare“ Punktquelle selbst die größten Teleskope nicht auflösen können.

    Der dritte wesentliche Aspekt ist die Art des emitierten Lichtspektrums. Dieses kann grob in kontinuierliche Spektren mit dunklen Absorbtionslinien (v.a. Sterne und damit auch Galaxien, Sternhaufen, Kugelsternhaufen etc) und Emissions(linien)-Spektren eingeteilt werden. Nur bei „Linienstrahlern“ können Schmalbandfilter sehr vorteilhaft eingesetzt werden.

    Bei Emissionsnebeln, aber auch bei Planetarischen Nebeln wird interstellares Gas zum Leuchten angeregt. Dabei wird Licht bestimmter Wellenlänge emittiert, das für bestimmte Elemente und Anregungszustände charachteristisch ist. In der Astrophotographie von Bedeutung sind:

    • Wasserstoff Hα (656,3nm = rot)
    • Sauerstoff O-III (500,7 nm = blaugrün)
    • Schwefel S-II (673,0 nm = tiefrot)
    • Stickstoff N-II (658,3 nm = rot)

    Aufgrund des Linienspektrums können große Teile des Lichtspektrums zum Schutz gegen Lichtverschmutzung herausgefiltert werden, ohne dass Licht dieser Objekte verloren geht. Durch die Schmalbandfilter können selbst lichtschwache Nebel bei entsprechend langer Belichtungszeit kontrastreich fotografiert werden, ein Segen für lichtverschmutzte Standorte.

    Zur Aufnahme von Emissionsnebel, die hauptsächlich im Hα und OIII leuchten, bieten sich Farbkameras mit Dualnarrowband-Filter an. Es entstehen kontrastreiche Aufnahmen, deren Farbeindruck der Realität vermutlich am nächsten kommt. Zum Einsatz kommen Filter von Optolong zum Einsatz: L-extrem und L-ultima mit einer Bandbreite von 7nm bzw. 3nm. Neuerdings auch Filter von Antlia für Ha+OIII und SII+Hb. Die Belichtungszeit betragen je nach Signalstärke 10 – 30 min.

    Tricoloraufnahmen entstehen, wenn das Objekt nacheinander durch Schmalbandfilter mit einer S/W-Kamera fotografiert wird. Zum Einsatz kommen Filter von Optolong für Hα, OIII und SII mit 6,5 nm, sowie der NII-Filter von Chroma mit 3nm Bandbreite.

  • Richtige Farben

    Häufig werde ich gefragt: „Sind die Farben in den Fotos echt?“. Antwort: „Jein“. Die Darstellung von Farben in astronomischen Aufnahmen ist teilweise problematisch.

    Für Sterne gilt: Diverse Satelliten haben bereits etliche Millionen Sterne spektroskopisch vermessen. Die Farben der Sterne in den Aufnahmen werden bei der „spektrofotometischen Farbkalibierung“ mit den Farbinformationen spektroskopischer Sternkataloge abgeglichen. Bei Aufnahmen ausschließlich durch Linienfilter bestehen Einschränkungen in der Farbdarstellung. Um dies zu korrigieren, wurden teilweise zusätzlich RGB-Aufnahmen zur richtigen Farbwiedergabe der Sternfarben gemacht.

    Die Sterne werden je nach Farbe in eine der folgenden Klassen eingeteilt:

    • O-Sterne, blau, Oberflächentemperatur 30.000-50.000 K
    • B-Sterne, blau-weiß, Oberflächentemperatur 10.000-30.000 K
    • A-Sterne, weiß (leicht bläulich), Oberflächentemperatur 7.500-10.000 K
    • F-Sterne, weiß-gelb, Oberflächentemperatur 6.000-7.500 K
    • G-Sterne, gelb, Oberflächentemperatur 5.300-6.000 K, unsere Sonne
    • K-Sterne, orange, Oberflächentemperatur 3.900-5.300 K
    • M-Sterne, rot-orange, Oberflächentemperatur 2.300-3.900 K

    Anders als bei Sternen ist die „richtige“ Farbe von Gasnebel wesentlich schwieriger zu bestimmen. Denn unser Auge ist als objektiver Sensor gänzlich ungeeignet. Der große Orionnebel z.B. erscheint visuell grünlich, weil die Empfindlichkeit des Auges für das eigentlich dominate Rot des Wasserstoffs zu gering ist. Der Farbeindruck des Auges ist also subjektiv. Soll er dennoch als Maßstab für „richtig“ herangezogen werden? Die meisten übrigen Nebel sind zu lichtschwach um visuell einen Farbeindruck wahrnehmen zu können. Wenn man Emissionsnebel realistisch darstellen wollte, würde man nichts sehen. Es geht also darum, das Unsichtbare sichtbar zu machen. Aber wie stellt man das Unsichtbare korrekt dar? Da Wasserstoff im Universum überaus dominat ist, würden die allermeisten Nebel durch die Hα-Linie eintönig rot erscheinen. Daher ist es üblich in den Aufnahmen die Farbkanäle der übrigen Emissionen angehoben, um diese erkennen zu können.

    Da S-II (und N-II) wie Hα in roter Farbe leuchtet, kann es in Echtfarben nicht unterscheidbar vom Hα dargestellt werden. Hinzukommt, dass unser Auge nur einen winzigen Bereich des elektromagnetischen Spektrums wahrnehmen kann. Die bekannten Aufnahmen des Hubble Spacetelescope oder des James Webb Spacetelescope werden ebenfalls als S/W-Aufnahmen verschiedener Wellenlängen gewonnen. Dabei werden auch Bereiche des elektromagnetischen Spektrums genutzt, die durch das menschliche Auge nicht wahrnehmbar sind. Bei der Farbzuordnung wird die Aufnahme mit dem langwelligstem Licht diejenige Farbe des langwelligsten, vom menschlichen Auge wahrnehmbaren Farbe (Rot) zugeordnet. Entsprechend wird dem SII-Kanal die Farbe Rot, dem Hα-Kanal die Farbe Grün und dem O-III-Kanal die Blau zugeordnet („Hubble-Palette“, SHO).

    NGC2244_Ha90S
    NGC2244_Ha87
    NGC2244_Ha60