Astrofotografie :: Bemerkungen zum Nachführfehler

Bemerkungen zum Nachführfehler

Im Rahmen dieses Beitrags sollen nicht die Eigenschaften professioneller Sternwartenmontierungen mit hochpräzisen, direkt angetriebenen Achsen untersucht werden, sondern diejenigen handelsüblicher und damit bezahlbarer Montierungen für den Amateurastronomen. Als Beispiel dient die Montierung des Teleskops LX 200 GPS von Meade. Der eingesetzte Autoguider bestimmt 1-mal pro Sekunde die Position des Leitsterns und schickt der Montierung den passenden Korrekturimpuls.

• Der Schneckenfehler

Wenn man die Montierung auf einen Stern ausrichtet und die motorisierte Nachführung ohne weitere Kontrolle laufen läßt, dann fällt nach kurzer Zeit einer der Nachführfehler sofort auf. Der Stern wandert langsam in eine Richtung davon, bleibt stehen, um dann wieder zurückzuwandern.

Was wir beobachten, ist der sogenannte Periodische Schneckenfehler, die meisten Astrofotografen werden diesen Effekt kennen. Und periodisch bedeutet, das Muster wiederholt sich fast genau nach jedem vollen Umlauf der Schnecke. Bei dieser Montierung sind das 1.440s (24 min). Die Grafik zeigt den Periodischen Schneckenfehler des LX 200 in Rektaszensionsrichtung, und der sieht mit +/- 10 Bogensekunden gar nicht mal so schlecht aus. Denn die Abweichung liegt je nach Montierung typischerweise bei +/- 10-30 Bogensekunden. Da das ´Abwandern´ des Sterns auf den ersten Blick (schaun wir vorläufig mal nicht allzu genau hin...) relativ langsam vonstatten geht, kann der Autoguider diesen Teil des Fehlers ohne Probleme ausgleichen. Soweit so gut...

• Die erste Ableitung

Und da man langsam auftretende Abweichungen perfekt ´wegguiden´ kann, ist die reine Amplitude des Schneckenfehlers nur von sehr geringer Aussagekraft für den Astrofotografen.

Was passiert aber, wenn der Stern ganz plötzlich - innerhalb einer einzigen Sekunde - seine Position auf dem Bildschirm ändert? Dann bekommt der Autoguider das zwar mit, aber eben erst eine Sekunde später, wenn der Fehler schon längst in voller Höhe aufgetreten ist. Keine Chance, so etwas völlig in den Griff zu bekommen! Zur Beurteilung dieses ´nicht-guidbaren´ Nachführfehlers zeigt die Grafik die erste Ableitung des gesamten Nachführfehlers, also die Positionsänderung des Sterns innerhalb einer bestimmten Zeit (in diesem Beispiel 2,72s) oder anders ausgedrückt - die ´Geschwindigkeit´ des Sterns auf dem Bildschirm. Hier sieht man deutlich, daß die Nachführung mit einer Geschwindigkeit von bis zu +/- 1"/s (= +/-2,72" in 2,7s) ´zappelt´.

• Ergebnis nach dem Guiden

Nun wollen wir das mal guiden. Das Resultat überrascht nicht wirklich:

Mit einer Standardabweichung von 1,232" (von t=240-360s) bleibt ein erheblicher Restfehler nach dem Guiden übrig, was zu einer zusätzlichen Vergrößerung des FWHM der Sternabbildung führt. Die ´Agressivität´ des Guiders wurde absichtlich auf einen zu geringen Wert eingestellt, um das Problem zu verdeutlichen. Bei schnellen Positionsänderungen kommt der Guider einfach nicht mehr mit und benötigt bis zu 5 Korrekturimpulse - und damit 5s um die Position des Leitsterns zu korrigieren. Bis dahin kann der Leitstern unter Umständen bereits bis zu 5´´ abgewandert sein! Doch was bedeutet das in der Praxis?

• Die Praxis

Geguidet wurde der 7,1 mag helle Stern GSC 0356-0252 19' 20´´ nord-nord-westlich ´1 Uhr´ von ω SER (5,23 mag, G8) im Sternbild Schlange. Als Filter wurde ein IR-Passfilter (685 nm) verwendet.

60 × 1s, nicht ausgerichtet - FWHM = 4,5"

Auf den ersten Blick eine ganz ordentliche Sternabbildung bis auf den kleinen ´Zipfel´ rechts. Es wurden 60 Bilder mit 1s Belichtungszeit (+ ca. 1s Downloadzeit) addiert ohne die Bilder vorher zueinander auszurichten. Das entspricht einer Einzelaufnahme mit 60s Belichtungszeit, jedenfalls was das FWHM angeht. Es zeigt sich bei näherem Hinsehen deutlich eine gewisse Unschärfe, wenn man das mit dem folgenden Bild vergleicht oder mit der Maus mal über die Abbildung fährt.

60 × 1s, ausgerichtet - FWHM = 3,45"

Deutlich schärfer wird es dann, wenn man vor dem Addieren ausrichtet. Das entspricht dann der mittleren Schärfe aller 1s-Belichtungen. Diese enthalten als Fehler nicht nur das Seeing, sondern immer noch die schnellen Positionsänderungen aufgrund des ´hochfrequenten´ Nachführfehlers. Das Seeing war mit ca. 3" FWHM im Infraroten recht gut.
 

• Fazit

Die Angabe der Amplitude des Schneckenfehlers einer Montierung hat für die Astrofotografie praktisch keine Aussagekraft, da sie schnell auftretende Nachführungsfehler nicht berücksichtigt, die sich mit Hilfe eines Autoguiders nicht korrigieren lassen. Daher sollte bei der Wahl einer Montierung, die fotografisch eingesetzt werden soll, besser auf eine entsprechende ´Laufruhe´ geachtet werden.