NGC 2359 Thor’s Helmet Nebula
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Schlagwort: FWHM

  • 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.

  • Spektrale Vermessung von Schmalband-Filter Ha, OIII, SII und NII

    Insgesamt 18 Schmalband-Filter der Marken Altair, Antlia, Omegon, Optolong, Svbony und Chroma wurden mit einem hochauflösenden Spektrometer vermessen.

    • SHO Filter von Omegon 3nm, Optolong 6,5 / 7 nm und Svbony 5 nm
    • Dualschmalbandfilter von Altair 6 nm, Antlia 3 / 3,5 nm und Optolong Ultimate 3 nm
    • NII-Filter von Chroma 3 nm

    Zur Vermessung kam das Spektrometer Star’Ex in High Resolution Konfiguration (Gitter 2400 Linien/mm, 125 mm Objektiv, 10 µm Spalt) Auflösung 0,015 nm/Pixel

    Kalibriert wurde mit Neon-Glimmlampe an 3 – 6 Emissionslinien möglichst über das gesamte Spektrum verteilt.

    OIII bei 495,9 nm ca. 1/3 und 500,7 nm

    Optolong 6,5 nm: versucht die deutlich schwächere (etwa 1/3) Linie bei 495,9 nm und die dominante Linie bei 500,7 nm zu erfassen, was dazu führt, dass beide Linien randlich und nicht zentral erfasst werden. Bereits bei moderat schnellem Öffnungsverhältnis wird aufgrund der Bauverschiebung des Durchlassfensters die dominate Wellenlänge von 500,7 nm ausgesperrt werden. Auch der schmalbandigere Dualband-Filter Ultimate liegt nicht zentral auf der OIII-Emissionslinie von 500,7 nm, sondern blauverschoben bei 499.8 nm.

    Die Filter von Altair, Antlia, Omegon und Svbony sind dagegen gut zentriert.

    SII bei 671,6 nm

    Hier sind die Streubreite der Zentralwellenlänge (ZWL) am größten. Die relativ breitbandigen Filter von Optolong und der Altair Dualbandfilter sind blauverschoben, der Nutzen wird bereits bei moderat „schnellen“ Optiken beschnitten. Der schmalbandigere Antlia Dualbandfilter ist deutlich rotverschoben, die SII-Linie 671,6 nm wird bei ca. 88 % der maximalen Transmission geschnitten, was Vorteile an „schnellen“ Teleskopen bietet. Die Filter von Omegon und Svbony ist perfekt zentriert.

    Ha bei 656,3 nm und NII bei 658,4 nm

    Auch hier ist die ZWL des Optolong Ultimate blauverschoben, die ZWL des Antlias Dualbandfilter ist rotverschoben. Omegon und Svbony sind gut zentriert. Das Durchlassfenster des Omegon 3 nm schneidet die NII-Linie bei etwa 40 % Transmission.

    Die Wellenlänge von NII liegt bei 658,4 nm nur 2,1 nm neben der Ha-Linie. Trotzdem liegt die Transmission des Chroma-Filters bei NII im Maximum, während die Ha-Linie vollständig geblockt wird. Hier zeigt sich die überragende Qualität des Filters von Chroma, denn die Flanken sind signifikant steiler mit breitem Maximum als bei allen anderen getesteten Filtern.

    Fazit:

    Die relative Transmission ist bei allen getesteten Filtern ähnlich hoch.

    Die angegebene Halbwertsbreite (FWHM „Full Width at Half Maximum) wird fast nie erreicht, die FWHM ist bis 1 nm breiter, was je nach Bandbreite bis 20% ausmachen kann. Die Transmissionskurven gleichen eher einer Gauss’schen Normalverteilung, lediglich der Filter von Chroma zeigt steile Flanken.

    Optolong: Die Filter sind durchwegs schlecht zentriert und stets blauverschoben, was den Einsatz an moderat schnellen Optiken einschränkt. FWHM ist bis 1 nm breiter als spezifiziert.

    Omegon 3 nm: stets gut zentriert, die tatsächliche FWHM liegt zwischen 3,4 – 3,6 nm. Preis-Leistungs-Sieger!

    Svbony 5 nm: gut zentriert, die tatsächliche FWHM liegt zwischen 5,6 – 5,9 nm. Preistipp!

    Altair Dualbandfilter 6 nm: bis auf den SII-Filter gut zentriert, die tatsächliche FWHM liegt zwischen 6,2 – 6,8 nm, die FWHM von OIII des SII-OIII-Filters liegt sogar bei nur 5,2 nm und übertrifft die Spezifikation.

    Antila Dualbandfilter 3 / 3,5 nm: Die engbandigen Filter treffen die Zielemissionslinie häufig nicht zentral und eher rotverschoben, was den Filter toleranter für schnelle Optiken macht. FWHM liegt bei 3,6 und 4,1 nm.

    Chroma: eindeutiger Qualitäts-Sieger: steile Flanken, breites Maxiumum, NII-Linie wird perfekt von der nur 2,1 nm entfernten Ha-Linie getrennt. Allerdings mit Abstand der hochpreisigste Filter.

    Blue-Shift des maximalen Durchlasses bei schnellen Optiken

    Bei kleinen Öffnungsverhältnissen (hohen f-Zahlen, z. B. f/2) durchquert das einfallende Licht die Filter mit einem zunehmenden Einfallswinkel, der bis zu maximal 14° bei kurzbrennweitigen f/2-Teleskopoptiken betragen. Dies führt zu einer winkelabhängigen Verschiebung der zentralen Wellenlänge des Durchlasses. Bei schrägem Lichteinfall verschiebt sich der maximale Durchlass eines Schmalbandfilters systematisch zu kürzeren Wellenlängen (Blauverschiebung). Für einen H-alpha-Filter mit einer zentralen Wellenlänge von 656,3 nm kann diese Verschiebung bei einem Einfallswinkel von 14° bis zu 10 nm betragen. Dies bedeutet, dass das Licht am Rand der Öffnung effektiv um bis zu 10 nm in Richtung kürzerer Wellenlängen verschoben wird, während es auf der optischen Achse unbeeinflusst bleibt.

    Diese Blauverschiebung führt dazu, dass der Durchlassbereich des Filters nicht mehr optimal auf die gewünschte Wellenlänge abgestimmt ist, was zu einem signifikanten Rückgang der Transmission führen kann, besonders bei sehr schmalbandigen Filtern (z. B. 3,5 nm oder 4 nm Halbwertsbreite). Bei einem Filter ohne Preshift kann ein 95%-Peak-Transmissionsfilter bei schnellen Optiken aufgrund dieser Verschiebung auf nur noch 30% der Transmission abfallen. Um diesen Effekt zu kompensieren, werden sogenannte Highspeed-Filter mit Preshift hergestellt, bei denen der Bandpass um 1 bis 2,5 nm rotverschoben (red-shift) ist, um die unvermeidliche Blauverschiebung durch den Einfallswinkel auszugleichen. Dies ermöglicht eine maximale Filtertransmission für den weiten Bereich von Teleskopen mit unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen.