Flächenhelligkeit

Eine häufig gehörte Frage lautet etwa wie folgt: "Der Planetarische Nebel ist doch 8 mag hell, warum muß ich hier so lange belichten?" Nun, das Licht des Planetarischen Nebels kommt nicht punktförmig daher, sondern verteilt sich auf eine mehr oder weniger große Fläche.

• Visuelle Beobachtung:

Bei der visuellen Beobachtung durch das Okular ist für einen Beobachtungserfolg die Öffnung nur von nachrangiger Bedeutung, entscheidend ist vielmehr die Austrittspupille. Eine große Austrittspupille bewirkt stets eine hellere Fläche, und somit erscheint ein flächiges Objekt auch heller, leider aber auch das in unserem Lande allgegenwärtige Streulicht, so daß eine maximale Austrittspupille nur bei optimal dunklem Himmel oder bei Verwendung spezieller Filter sinnvoll ist. Eine größere Öffnung steigert dagegen die Vergrößerung bei gleicher Austrittspupille, wobei wir ein größeres Objekt mit gleicher Flächenhelligkeit als etwas heller empfinden. Somit ist man mit größeren Öffnungen dann doch im Vorteil.

• Kontrastreserve:

Nun sollte man nicht auf die Idee kommen, zu denken, daß eine Austrittspupille von 7mm immer das Optimale ist. Nun - bei völlig dunklem Himmel fernab jeder Zivilisation und bei Neumond mag dies zutreffen, doch beileibe nicht in unserer völlig lichtverseuchten Gegend. Hier ist durch Verkleinern der Austrittspupille - mit oder ohne Verwendung geeigneter Filter - ein so dunkler Himmelshintergrund anzustreben, daß die runde Begrenzung des Okulars, die Gesichtsfeldblende praktisch nicht mehr wahrgenommen werden kann. Demgegenüber hat das zu beobachtende Objekt eine geringfügig höhere Flächenhelligkeit und fällt gegen den Hintergrund mit der Helligkeit "0" wesentlich besser auf. Das gleiche Objekt wäre bei größerer Austrittspupille zwar absolut gesehen heller, aber gegen den ebenfalls deutlich helleren Hintergrund eben subjektiv nicht mehr so deutlich auszumachen.

• Aufnahmen:

Verwendet man eine digitale Kamera, dann muß man hier etwas umdenken. In der Welt der Bytes und Pixel gibt es keine Austrittspupille, sondern vielmehr die Projektion einer winzigen Himmelsfläche auf einen einzelnen Pixel des CCD-Chips. Die Helligkeit einer Fläche auf dem Chip wird direkt durch das Öffnungsverhältnis vorgegeben, und damit auch die Helligkeit des lichtverschmutzten Himmels, welche die maximale Belichtungszeit einer Einzelaufnahme begrenzt. Zur näheren Erläuterung nehmen wir einmal (den etwas unwahrscheinlichen) Fall an, ein Stern mit der Helligkeit von 8 mag trifft genau einen Pixel auf dem CCD-Chip einer Kamera. Daneben liegt ein kleiner, ebenfalls 8 mag heller Planetarischer Nebel, dessen Licht sich aufgrund seiner Fläche gleichmäßig (ebenfalls sehr unwahrscheinlich) auf 256 (16×16) Pixel verteilt. Dann bleibt für jeden Pixel nur 1/256-stel vom Gesamtlicht übrig, und die resultierende Helligkeit würde in diesem Beispiel 256 Sternchen der 14. Größe entsprechen, die genau auf 256 verschiedene, benachbarte Pixel treffen. Stellt man die Belichtungszeit so ein, daß der 8 mag helle Stern auf der Aufnahme gerade eben voll ausbelichtet ist, dann würde man bei einer Farbtiefe von 8 Bit den Planetarischen Nebel praktisch nicht mehr sehen. Dieses kleine Beispiel liefert auch die direkte Überleitung zum Thema Flächenhelligkeit im folgenden Absatz, denn wenn wir mal annehmen, daß ein einzelner Pixel genau 1 QuadratBogensekunde Himmelsfläche ablichtet (z.B. eine ToUcam bei 1.155mm Brennweite), dann hätte dieser 8 mag helle Planetarische Nebel eine Ausdehnung von 16" und damit eine Flächenhelligkeit von 14 mag / "².

• Der Rechner:

Der nachfolgende Rechner soll eine grobe Abschätzung geben, wie hell ein flächiges Objekt auf einer Aufnahme erscheinen würde und erleichtert damit die Wahl der passenden Belichtungszeit. Aus der angegebenen Gesamthelligkeit wird für ein Objekt mit einer bestimmbaren Ausdehnung die Flächenhelligkeit in mag / Bogensekunde² (mag / "²) berechnet, wobei hier noch eine (annähernd) quadratische "eckige", eine runde oder eine elliptische Form vorgegeben werden kann. Bei Wahl einer Ellipse wird automatisch auf eine Eingabemöglichkeit der beiden Halbachsen ("Durchmesser!") umgeschaltet. Die allgemein nicht-homogene Helligkeitsverteilung realer Himmelsobjekte kann bei diesem einfachen Rechner nicht berücksichtigt werden. Das Resultat ist also stets die mittlere Flächenhelligkeit.