Liebe Astrofotografen,
wie ich gestern schrieb, stelle ich in zunehmendem Maße Probleme mit dem Flatfielding fest, je mehr ich mich schwachen Sternen nähere. Meine bisherigen Beobachtungen haben folgendes ergeben:
1. Meine alten Aufnahmen von M51, die ich mit einer normalen Canon EOS 40D aufnahm (und die hier im Forum hinterlegt sind) litten unter einem "schiefen" Himmelsuntergrund, der freilich per Software korrigiert wurde. Doch angesichts der weiten Ausläufer der Galaxie (siehe die Aufnahmen von Herrn Gerber hier im Forum) ist es schwierig, diese bei aufgehelltem Himmel herauszuarbeiten.
2. Andere Nächte ergaben gelegentlich Probleme mit dem Flatfield dergestalt, daß es unbrauchbar war und noch schlimmere Probleme hinterließ. So fiel mir am Beispiel M 51 auf, daß ich besser das Flatfield vom Vortag nehmen konnte.
So bin ich der Sache einmal auf den Grund gegangen.
Zum einen stelle ich fest, daß es kritisch ist, für das Flatfield den Fokus zu bestimmen. Dies ist jedoch gerade beim Flatfield eigentlich unmöglich, denn hier ist nichts scharf zu stellen. So habe ich dieses Problem gelöst, indem ich das Teleskop mit der Kamera während der letzten Beobachtung fokussiert abbaue und lagere. Fest aufgebaute Teleskope machen dies natürlich einfacher. Doch ist mein VC200L mitsamt Nachführelektronik immer unterwegs, so daß man im mobilen Brtieb nach anderen Lösungen suchen muss. Eine Fokus-Markierung am Okularauszug mit einem Edding Marker angebracht ist eine große Hilfe beim Wiederaufbau des Teleskop und schnellem Flatfield. Schon kleine Fokusunterschiede können das Flatfield unbrauchbar werden lassen. So ist ein Teleskop auf den fernen Kirchturm fokussiert noch nicht in der Fokuslage für einen Stern im Unendlichen angelangt.
Zum zweiten kam mir eine der wenigen Arbeiten zum Thema Streulicht in die Hände, die mir eine Idee gab, wie es die Profis machten, um ein Teleskop zu optimieren. Die Idee ist simpel: Vor dem Chip in Höhe der üblichen Filter wird einfach eine runde Lochblende, in die nur ein kleines Loch gebohrt wurde, statt oder mitsamt des Filters eingesetzt. So wird die CCD-Kamera zu einer "Camera Obscura", einer Lochkamera also. Diese "Optik" bildet nun den gesamten optischen Weg mitsamt der Linsenfassungen, Blenden und Reflexionen im System des Teleskops auf dem Chip ab.
Mit meiner EOS 40D habe ich dies so gelöst: In die Kamera wurde der obligatorische Astronomik UV/IR Sperrfilter in EOS Clipfassung eingesetzt. Auf diesen legte ich eine passend geschnittene, runde Kunststoffscheibe, in die ich mit einer Nadel in die Mitte ein winziges Loch bohrte. Alufolie für den Haushalt war mir gerade ausgegangen, die täte es freilich auch. Sie hat den Vorteil, das man auch vom Filter oder CCD zurückgeworfenes Licht im Strahlengang suchen kann, welches von der Alufolie natürlich besser reflektiert wird, als von einem vergüteten Filter.
Man kann eine solche Aufnahme vorzugsweise bei hellem Tageslicht wie ein Sky Flatfield erledigen, das Teleskop mit der Lochkamera am Fokalreduktor also einfach in den Himmel richten. Ich erledigte diese Probeaufnahmen vor dem Flatfield für die kommende Nacht gestern. Als Belichtungszeiten wählte ich für meine Aufnahmen zwischen 15 Sekunden, 5 Sekunden und 1 Sekunde, da ich nicht sicher war, wieviel Licht die Lochblende durchläßt und ab wann man die Reflexionen im Inneren des Teleskops sieht. Das Ergebnis der 5-Sekunden-Belichtung habe ich angehängt. Ich habe das Bild verkleinert und die Farbkorrektur sich selbst überlassen, da dies alles für weitere Diskussion keine Rolle spielt.
Im Ergebnisbild erkennt man nun nicht nur Staub auf meinem Fokalreduktor, der die berühmten "Donuts" im Flatfield erzeugt. Im Bild des Fangspiegels ist die helle überbelichtete Teleskop-Pupille zu sehen, während man darumherum die weiteren optischen Glieder des VC200L von der "Baffle" (der Streulichttubus), Korrekturlinse und Fokalreduktor abgebildet findet. Seitlich direkt einfallendes Licht gibt es beim VC200L glücklicherweise nicht. Man kann dies prüfen, indem man Lochkameras bohrt, die das Loch eher am Bildfeldrand haben, so daß sie die schiefen Bündel abbilden, die durch die Baffle am Fangspiegel vorbei schielen könnten. Die Baffle des VC200L ist sehr gut ausgearbeitet, Größe des Fangspiegels und Baffle gut aufeinander abgestimmt. Man findet bei diesem Teleskop kein Streulicht, daß sich an der Baffle vorbei mogeln könnte. Das Streulicht entsteht durch Reflexe an der Innenwand der Baffle sowie an den Linsenfassungen der eingebauten Korrekturlinse des katadioptrischen VC200L sowie am Fokalreduktor. So kann man nun überlegen, ob man hier Blendenringe anbringen kann, die es vermindern. Eine Änderung der Beschichtung der Baffle wäre wahrscheinlich zwecklos, denn dieses Licht entsteht nahezu durch Totalreflexion schiefer Bündel unter flachem Winkel. Hersteller solcher und bauähnlicher Teleskope haben hier stets Optimierungspotential, indem Streulichtblenden in der Baffle ab Werk angearbeitet werden könnten, die solche Reflexe ausschließen. Aber auch die Großteleskope dieser Welt sind selten perfekt gearbeitet, wie man in unten angegebener Arbeit nachlesen kann.
Bei solchem Optimierungspotential sei angemerkt, daß das Streulicht sich in den Aufnahmen nicht nur, aber auch bei aufgehelltem Himmel bemerkbar macht. Sobald man bei tiefen Aufnahmen einen schiefen Rest trotz Flatfield bemerkt, muss man nach additiven Größen, also nach hinzugefügtem Streulicht suchen, welches die Flatfield-Division erschwert. Es ist sicherlich so, daß man nicht einfach einen konstanten Offset suchen muss. Selbst bei idealem nachtschwarzem Himmel können selbst helle Sterne außerhalb des Bildfelds im Teleskop genug Streulicht erzeugen, eine Aufhellung des Himmels in photografischen Aufnahmen zu erzeugen. Dieses Phänomen ist nicht nur bei Cassegrain Teleskopen zu finden, dort aber hinlänglich bekannt.
So hoffe ich, daß man auf zwei Wegen die Reste der Flatfieldkorrektur beseitigen kann: Reduktion des Streulichts + geänderte Bildverarbeitung. Dies sollte ebenfalls helfen, zu tieferen Grenzgrößen vorzudringen. Liegt das Streulicht unter aufgehelltem Himmel doch nach eigenen Abschätzungen bei mindestens 19-18 mag/Pixel. Bei gelegentlich durchziehenden, Licht reflektierenden Schleierwolken wächst der Effekt der Flatfieldrestfehler sogar noch erheblich, was den Kontrast der Aufnahmen natürlich auch hinsichtlich der Grenzgröße nicht nur durch die Photonenstatistik sondern auch durch additiven Himmelsbeitrag verschlechtert, der nicht etwa konstant ist und der Himmelsuntergrund somit selbst nach Flatfieldkorrektur schief bleiben wird, als habe man das Flatfield vergessen zu korrigieren.
Vielleicht könnten andere Astronomen ja auch Ihre Erfahrungen mit eigenen Teleskopen hier dokumentieren.
Viele Grüße
Thilo Bauer
Literatur: Grundahl, F.; Sorensen, A. N., 1996. Detection of scattered light in telescopes. Astronomy and Astrophysics Supplement, v.116, p.367-371.
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adsabs.harvard.edu/abs/1996A%26AS..116..367G
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