Visuelle Deep Sky Beobachtung ist ein Teil der Amateur-Astronomie, der nur von relativ wenigen Beobachtern richtig betrieben wird. Man beobachtet wie in alten Tagen mit Teleskopen, meistens ohne Goto und sucht mit ausgesuchtem Kartenmaterial,  schwächere und auch hellere Objekte des Nachthimmels auf. Mit den Jahren macht man so seine Erfahrungen am Teleskop und lernt die Beobachtungsbedingungen besser einzuschätzen. Meine zunehmende Erfahrung zeigte mir, wie unterschiedlich die verschiedenen Beobachtungsplätze von den Bedingungen her waren. Dem wollte ich mal eingehend nachgehen. Es gibt viele Seiten im "Netz", das sich dem Thema nur theoretisch, mathematisch nähert. Ganz ohne den theoretischen Hintergrund, gerade beim Seeing, geht es nicht. Nicht desto trotz hab ich versucht, die Problematik von der praktischen Seite aufzuzeigen. Diese Seite soll dynamisch bleiben und wird von mir somit auch ständig mit News und neuen Fakten aktualisiert.

Die wichtigsten Basisvoraussetzungen

  • Dunkler Himmel
  • Sehr gute Transparenz
  • Gutes Seeing

Für mich gibt es eine 4. Voraussetzung, die die Basisvoraussetzungen deutlich und sichtbar beeinflusst:

  • Die Höhenlage und Topografie des Standorts

Meine Ausgangsfrage ist: Kann man mit der Standortwahl die Transparenz und das Seeing positiv beeinflussen?  

1.Dunkler Standort

Ein absoluter dunkler Himmel ist eine Voraussetzung, um visuelle Deep Sky Beobachtung durchführen zu können. Der dunkle Standort garantiert aber nicht für einen transparenten Himmel. Es sollte kein nahes Streulicht sichtbar sein, sowie keine Straße, von der man von Licht oder gar Fernlicht geblendet werden kann. Die nächste Stadt sollte mindestens 15 km entfernt sein. Vor allem nach Süden sollte keine Lichtverschmutung auftreten. Eine Mindestgrenzgröße von 6mag sollte der Platz schon hergeben.

Mit Hilfe von Lichtverschmutzungskarten kann ein Platz jenseits der Lichter von Stadt und Industrie gefunden werden. Diesen Ort sollte tagsüber genau inspiziert werden um ihn dann nachts testen.

Lichtverschmutzungskarten unter:
Lichtverschmutzung.de 
Blue-Marble Navigsator 
La pollution

Aktuellste KLV KArte von 2016 von Cinzano

cinzano 2016 de kl

Um die KArte adequat anwenden zu können, solltest du die Karte bei www.lichtverschmutzung.de runterladen. Und Google Earth auf dem Rechner ist natürlich esentliell!

2.Durchsicht oder Transparenz

Transparenz ist die Art der Durchsicht oder die Klarheit des Himmels.
Je mehr Sterne wir nachts sehen können, desto besser die Durchsicht. Die Helligkeit der visuell sichtbaren Sterne sollte mindestens 6mag betragen. Auf unseren besten Alpenstandorten sind  bis 7m3 immer wieder möglich.

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Was beeinträchtigt die Durchsicht?

  • Ungünstige warme feuchte Wetterlagen
  • Lichtverschmutzung
  • Dunst, Staub
  • Hohe Luftfeuchtigkeit
  • Hohe Bewölkung
  • Bodeninversion
  • Hochnebel

Was begünstigt die Transparenz?

  • Wetter: Nach Durchzug  einer Kaltfront mit  anschließendenem trockenen Hochdruckeinfluß. Nach Durchzug eines  Sturmtiefs  kommen oft trockene Luftmassen
  • Höhe: Je höher man beobachtet, desto weniger Aerosole und Dunst sind sichtbar und stören die Sicht
  • Kuppen, Berggipfellagen: Luftfeuchtigkeit kann nach unten sinken
  • Trockene hohe Regionen mit niederer Luftfeuchtigkeit
  • Inversionswetterlagen oberhallb der Dunstgrenzschicht

Link zu einer All Sky Aufnahme der ESO auf dem Paranal mit sichtbarem Gegenschein

Zur hohen Auflösung klicke auf das Bild

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Quelle ESO   Stéphane Guisard     http://www.eso.org/gallery/v/ESOPIA/Paranal/Paranal-Gegenschein.tif.html

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Westsicht von der Kreuzleshöhe; die Dunstgrenze ist sichtbar darunter.. Die Nacht war danach ideal!!!

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Hohe Dunstschicht; Keine idealen Bedingungen sind zu erwarten...

Was ist eigentlich Dunst?

Bei Dunst kann es sich in unserer Atmosphäre entweder um Wassertröpfchen oder um trockene Schwebeteilchen handeln. Im Sommer ist der Dunst oft ein negativer Faktor auch bei klarem Wetter. Hier wirkt sich wieder die geografische Meereshöhe aus. Je höher um so weniger Dunst sieht man am Horizont und Zenit.
Der Unterschied zum Nebel oder zur  Bodeninversion ist die Dichtigkeit. Jedoch können sich z.B. Vulkanausbrüche und großflächige Waldbrände in Übersee, bei bestimmten Wetter- und Strömungsverhältnissen, negativ auf die Transparenz des Himmels auswirken.

Die Dunstschicht nimmt mit zunehmender Meereshöhe ab. Schon auf Mittelgebirgen gewinnt die Atmosphäre bereits sichtbar an Transparenz und Klarheit . Die Schwebeteilchen und Aerosole und Inversionsschichten tümmeln sich konzentriert in unseren Breiten meistens  bei 600- 800m und nehmen dann mit zunehmender Höhe, messbar ab.

  • Der feuchte Dunst entsteht  durch Kondensation, des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes. Die Luftfeuchte beträgt oft über 80%. Die Sichtweite beträgt 1-8 km.
  • Der trockene Dunst kann auch unter 80% Luftfeuchte auftreten. Er besteht meistens aus Staub, Sand und Schmutzteilchen. Das können auch Rauchpartikel nach Vulkanausbrüchen oder Waldbränden in Übersee sein!  Der Dunst ist oberhalb des Horizonts zu sehen und kann bis in den Zenit die Transparenz negativ beeinflussen. Man sieht tagsüber, das der sonst tiefblaue Himmel nur ein helles Blau bietet und der Westen bis zum Zenit eher weiß aussieht.Die Sichtweite beträgt weniger als 8 km.

Was versteht man unter Bodeninversion?

In Bodennähe befindet sich kältere Luft als in den darüberliegenden Luftschichten. Es findet dadurch kein Luftaustausch zwischen den Luftschichten statt.

Durch die nächtliche Abstrahlung kühlt sich die Erdoberfläche ab. Die darüberliegenden Luftschichten kühlen sich dabei ebenfalls ab. Hauptsächlich die bodennahen Luftschichten. Es bildet sich Bodennebel. Wenn im Sommer die höheren Luftschichten wärmer sind und die Sonne aufgeht  löst sich der Bodennebel  rasch auf. Beim Beobachten wird die Bodeninversion oft nicht wahrgenommen. Er wird erst bemerkt, wenn der Nebel durch Autolichter oder Taschenlampen zum Vorschein kommt.

Ich habe im Adelegg auf 700m bei absoluter Dunkelheit 21,75 gemessen. Die Luftfeuchtigkeit maß 96%, Das IR-Thermometer -17°C. Die Grenzgröße lag allerdings bei knapp 5m8mag. 400m höher auf dem Gipfelbereich, maß ich 21,51. Die Luftfeuchtigkeit maß  71%, das IR-Thermometer zeigte satte -32°C. Die Grenzgröße lag bei 6m5. Die sichtbare freiäugige Transparenz war oben trotz niedriger SQM Werte, deutlich besser! Diese Messungen habe ich sehr oft wiederholt und das Ergebnis war immer das gleiche!! Die Feuchtigkeit hatte sich abgesenkt und es bildete sich gegen morgen sogar dichter Nebel.

Was versteht man unter Hochnebel?

Hochnebel ist eine Art Abkühlnebel und ist eine tiefliegende Wolkenschicht. Sie ist eigentlich nichts anderes wie ein Bodennebel, jedoch deutlich mächtiger und geht teilweise bis in höhere Regionen. Er bildet sich aus Kondensation, innerhalb hoher Dunstschichten und durch Abkühlung wasserdampffreier Teilchen (Temperaturumkehrschicht der Atmosphäre). Das bedeutet, dass in der Höhe wärmere Temperaturen vorgefunden werden, als am Boden. Das kann im Herbst/Winter und teilweise bis in das Frühjahr, eine zähe Geschichte werden. Manchmal herschen bei uns, bei eigentlich bester Hochdruckwetterlage, wochenlange Hochnebelwetterlagen, die jede astronomische Beobachtung unmöglich machen. Man muß dann teilweise sehr hoch in die Berge fahren, um diesem Phänomen auszuweichen.

Bodeninversion

Quelle:CD/Stadtklima     Die Bodeninversion

Inversionswetterlage

Kalte Luft  ist schwerer  als warme Luft. Es bildet sich in den langen Herbst- und Winternächten bei Hochdruckwetterlagen in den Tälern und Becken zwischen Alb und Alpen so genannte "Kaltluftseen", während es auf den Berghöhen zur selben Zeit, entgegen der sonst üblichen Temperaturabnahme mit der Höhe, oft spürbar wärmer ist. Es kommt zu einer sogenannten Temperaturumkehr, dieman"Inversionswetterlage" nennt. Bei fehlendem Wind kann sich so einer Wetterlage Tage lang halten. Die warme Luftschicht liegt wie ein "Deckel" über der kalten Luftschicht. Schadstoffe der Industrie und dem Verkehr können nicht mehr nach oben in die Atmosphäre entweichen. Jedoch in den Höhen ist die Luft trotz der wärmeren Luft klar, sauber und oft herscht eine hervoragende Weit- und Durchsicht des Himmels.

Der Höhenvorteil

Mit jedem Meter Höhe gewinnt man bei klaren Nächten an Transparenz. Das zeigen ganz einfach die praktischen Beobachtungen in der Höhe, in den Alpenstandorten. Durch den niedrigeren Luftdruck und der dadurch niedrigeren Luftdichte, wird die Luft mit zunehmender Höher klarer und transparenter.  Die großen Sternwarten liegen heute auf Bergen mit kleinen Gipfelplateus, so das sich die vorher beschriebenen Vorteile der absinkenden Feuchtigkeit , voll auswirken kann. Dann gibt es natürlich Regionen auf unserer Erde, die einfach wetterbedingt bevorteilt sind. Es sind Länder mit über 300 Sonnentagen, trockener Luft und Wüstenklima. Ein typisches Beispiel ist Chile oder Namibia. Oder man weicht in höhere Regionen um die Bedingungen zu erhalten. Hawaii ist bekannt für ein besonders feuchtes Klima und doch sitzt auf dem Mauna Kea, auf über 4000m, einer der größten Teleskopanlagen der Erde. Oben werden oft fast 0% Luftfeuchtigkeit gemessen.

The Keck Subaru and Infrared obervatories
Das Keck und Subaru Teleskop auf dem Mauna Kea in Hawaii auf 4000m
 - Zum Nachtview klicke auf das Bild -

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     La Silla Observatorium in Chile auf 2400m    - Zum Übersichtsbild klicke auf das Bild -

Kann man die Transparenz voraussagen oder  messen?

EdelweißspitzeGroßglockner Hochalpenstrasse (Nähe Wallackhaus)
Bilder von Christian Rausch

Unterschiedliche Transparenz bei alpinen Himmeln

Um eine klare Nacht vorauszusagen, sollte man sich den Sonnenuntergang nicht entgehen lassen. Bei kräftigen Himmelsfarben und Klarheit bis zum Horizont,  sollte die Durchsicht sehr gut werden. Bei gräulichen, verwischten Farben am Sonnenuntergang, wird es dann eher schlechter. Die Transparenz objektiv zu messen ist heute noch nicht möglich. Es sind immer noch die Augen jedes Beobachters, die eine gute Transparenz erkennen. Es gibt zur Zeit zwei gebräuchliche Messungen, die aber nur subjektiv den Nachthimmel beurteilen können. Das ist die Messung der Grenzgröße und die Bortle Einteilung.

  • Die Grenzgröße beschreibt die Durchsicht der Atmosphäre. Hier wird versucht,  bei der Messung ohne technische Hilfsmittel, freiäugig, die schwächsten, sichtbaren Sterne zu emitteln. Für mich ist es immer noch die bestmögliche Beurteilung des Nachthimmels. ( Karten zur Grenzgrößenmessung)
  • Die Bortle Skala ist eine 9 stufige Skala mit der man den Nachthimmel beurteilen kann. Sie ist relativ einfach und zuverlässig anzuwenden. (Link zur Bortle Skala)
  • Das SQM wird ja da schon länger hergenommen, um die sogeannte Himmelsqualität zu beurteilen. Das SQM misst aber nur den Dunkelstrom, ähnlich eines Belichtungsmessers, nicht aber die Transparenz.  Mit SQM Messungen jenseits der 21,5 -21,8,  in den dunklen tiefen Standorten in Deutschland, sind mit Vorsicht zu genießen. In Ittenhausen maß ich immer wieder über 21,6 und die GG war knapp um die 6mag!! Eher schlechter!
    Wenn man mit dem SQM viele Messungen durchführt, gleichzeitig die Transparenz mit der Grenzgröße und Bortle Skala beurteilt, kommt man zu folgendem Schluß:
    Befindet man sich an einem tieferen Standort, ohne jede Lichtverschmutzung und Streulichteinwirkung, dann hat man immer mit viel Feuchtigkeit, Dunst und Aerosolen zu kämpfen. Die hohen SQM Werte an solchen Standorten, erklären sich dann durch das Wegdimmen des Sternenlichts und Störlichts, durch diese negativen Einflüsse! (Link zu "Neue Wege zur Himmelsqualitätsmessung)
  • Die Infrarottemperatur: Professionelle Sternwarten messen regelmäßig die Infrarottemperatur! Man mißt da die Wärmestrahlung  der Erde. Das Weltall hat eine Temperatur von -270°C. Ein klarer Himmel strahlt bekannter maßen nur wenig Wärme ab. Messungen der Außentemperatur von Flugzeugen, während Interkontinenttalflügen liegen in solchen Nächten bei -50°C. Feuchte Luft, Dunst und Nebel und Bewölkung reflektieren die Wärmestrahlung. Dadurch wird der Auskühlungseffekt der Erdeoberfläche verhindert. Das heißt Messungen mit geeigneten Messgeräten,  zeigen in klaren Nächten Messwerte, jenseits von -30°C an. 
  • Die Luftfeuchtigkeitsmesssung: Eine kleine Wetterstation ist für unsere Belange ein adequates Hilfsmittel. Vor allem mit der Messung der Luftfeuchtigkeit, kann man sehr gute Schlüsse ziehen, wie trocken oder feucht die Nacht wird und wann Taupunkttemperatur erreicht ist.
  • Taupunkttemperatur:Ist die Temperatur, die den maximalen Wasserdampfgehalt mißt. Dieser Parameter ist damit eine von der aktuellen Temperatur unabhängige Größe. Man merkt das Erreichen der Taupunkttemperatur, wenn das Teleskop oder vor allem Metall beschlägt. Die Luftfeuchtigkeit ist dann annähernd bei100%. (Siehe Taupunkttemperaturrechner)

3. Das Seeing


Der Mond bei schlechtem Seeing

Als Seeing bezeichnet man das Luftflimmern, das durch Turbulenzen zwischen den dichten Luftschichten entsteht. Das heißt für uns, dass die Objekte, vor allem die Sterne verschwimmen und nicht punktförmig sichtbar sind. Bei der Planeten- und Mondbeobachtung wirkt sich schlechtes Seeing extrem aus. Doppelsterne zu trennen, sind eine beliebte Methode das Seeing zu beurteilen.
Auch wenn der Himmel mit 7mag eine hervorragende Transparenz aufweist, kann der Blick durchs Okuklar die Freude am Objekt deutlich einschränken. Für mich ist da Seeing, die wichtigste Komponente der visuellen Deep Sky Beobachtung! Nur bei bestem Seeing kann man Details in PN`s, Galaxien und Planeten wahrnehmen.

Wann ist mit gutem Seeing zu rechnen?

  • Bei nächtlichen geringen Temperaturveränderungen
  • Stabile Hochdruckwetterlagen
  • Inversionswetterlagen oberhalb der Grenzschicht
  • Bei windstillen Nächten
  • Erhöhter Standort wie Kuppe oder Berg; Feuchtigkeit kann absinken

Wann ist mit schlechtem Seeing zu rechnen?

  • Labile feuchte Wetterlagen
  • Vor Kalt- oder Warmfronten
  • Bei starken Temperaturschwankungen in der Nacht
  • Starke nächtliche Bodenabkühlung
  • Föhnwetterlagen Wärme und Wind in den Höhenlagen
  • Beobachtungen an Gebäuden
  • Standorte in Hanglagen und Kessellagen haben oft störende Fallwinde
  • Wintermonate mit Schnee und starken Abkühlungen

Was ist überhaupt Seeing?

Das Seeing wird, je länger man visuell  ambitioniert beobachten will, immer wichtiger. Visuell sieht man die Sterne und Himmel beim ersten Blick funkeln und flimmern. Dieser Effekt kommt durch die turbulente Atmosphäre zustande. Man nennt dies Szintillation. Dieser Effekt wird duch Luftturbulenzen verursacht. Es kommt durch die Turbulenzen zu Helligkeitschwankungen, die man als Funkeln visuell wahrnehmen kann.
Solche Luftturbulenzen werden von den Luftschichten der Atmosphäre durch Temperaturunterschiede verursacht. Der Grund ist einfach: Warme Luft hat eine geringere Dichte als kalte Luft. Dadurch steigen die warmen Luftmassen nach oben und es kommt zu einer ständigen Durchmischung der Luftschichten. Der Brechungsindex verändert sich mit der Dichte der einzelnen Luftzellen ständig. Somit verändert sich die Richtung von Lichtstrahlen, durch die "Ortsschwankungen" durch die Turbulenzen. Je mehr der Brechungsindex durch Luftturbulenzen steigt, umso schlechter wird das Bild, das da unten im Okular ankommt.                                            

Das folgende Cartoon zeigt nochmal eine Zusammenfassung der atmosphärischen Seeingproblematik

800px-Cartoon Optische Turbulenz
Quelle: Max Planck Inst. für Astronomie   Urheber: Stefan Hippler

Sind größere Öffnungen Seeing-anfälliger?

Bei großen Öffnungen werden immer höhere Einstiegsvergrößerungen und Maximalvergrößerungen verwendet. Außerdem sind bei großen Teleskopen die Objekte wie z.B. Planeten deutlich heller, so dass der Kontrast durch die Vergrößerung, der störenden Seeingwellen, deutlicher und daher negativ im Okular zu sehen ist. Daraus folgert man: Je kleiner die Öffnung de Teleskops, desto weniger anfällig ist das Teleskop auf schlechtes Seeing.

Es gibt eine vielzahl von Messungen und Skalen, mit denen man da Seeing beurteilen kann. Die Pickering und die Anoniadi-Skala sind am bekanntesten. Jedoch sind diese Skalen immer an bestimmte Öffnungen gebunden. Ein bestimmtes Seeing sieht daher in jeder Öffnung anders aus. Praktisch könnte man folgende Formel anwenden.  DIes hat sich zumindest bei mir in der Praxis so etwa bestätigt.

                0,5 AP    oder       50 x Zoll des Teleskops

Maximale wäre dann bei:

  • 8"   maximal    400x
  • 10" maximal    500x
  • 12" maximal    600x
  • 14" maximal    700x
  • 16"  maximal   800x
  • 20" maximal  1000x
  • 22" maximal   1100x
  • 27" maximal   1450x
  • 33" maximal   1650x

Theoretisch kann man das Seeing mit dieser Formel nicht festmachen. Einmal weil mit 0,5 AP die Beugung dominant ist. Desweiteren weil unser Auflösungungsvermögen unserer Augen in der Dunklheit 10-30x schlechter ist.  Das führt dazu, dass man mit den großen Kisten trotzdem einen Gewinn von hohen Vergrößerungen hat, solange die Objekte *dunkel* sind. Dummerweise sind die allgegenwärtigen Sterne immer aufgebläht. Ist nur eine Frage wie weit das sein weird. Die Antwort: Spätestens wenn sie so groß werden wie kleine Gx. Dann ist der Spaß vorbei. Ein Blick auf einen hellen Planeten zeigt auch sofort was Sache ist. In der Praxis sieht man, dass Jupiter bei 0,4" Seeing und 850mm Öffnung bis 600x leidlich scharf erscheint. Das sind 1,4mm AP und entspricht im Schärfeeindruck etwa einem 85mm APO bei 60x unter grottigem Seeing von 4" !  Da kommt man in den Bereich, in dem das Bild nur für Augenblicke zu gebrauchen ist.

Die folgende Tabelle wird von vielen professionellen und Amateur-Astronomen hergenommen, um das Seeing und die Transparenz zu messen. Dies wird in den Sternwarten meistens fotografisch gemessen. Mit Hilfe des Beugemusters, kann man dann auch als visueller Beobachter in etwa das Seeing mit ein bischen Erfahrung einteilen.

seeing

Sterne im Okular bei verschiedenen Seeingsstufen

Kategorie        Seeing/Bogensekunden     

           V                        <0,4 arcsec                  ruhiges Beugungsmuster
          IV 0,4 - 0,9arcsec leichte  wellige Beugeringe
         III 1,0 - 2,0arcsec zentrale Verformung, Beugeringe unterbrochen
          II 3,0 - 4,0arcsec komplette Verwirbelungen; fehlende Beugeringe
           I >4arcsek Kein Beugungsmuster erkennbar

Arcsec ist die Maßeinheit in Bogensekunden. Sie gibt den gemessenen Scheibendurchmesser an. Auf dem Mauna Kea oder auf La Palma können 0,4"  gemessen werden. Bei uns sind Werte von 1-2"  schon ganz gute Werte. Bei unter 1" würde ich die Nacht auf jedenfall nicht verpassen wollen.

Folgende Tabelle kommt von Wetterstationen/ESO/Messungen der Observatorien und geben vor allem  das Seeing, sowie die Durchsicht an den jeweiligen Standorten an. Die Tabelle ist jedoch kein Gradmesser, um das Seeing auf den Plätzen zu beurteilen! Im Allgemeinen gilt für unsere Breiten: Wenn die Seeing/arcsec-Werte unter 1,0" sinken, hat man sehr gute Seeingbedingungen zu erwarten. Unter 0,8" ist dann schon für unsere Breiten als ideal zu bezeichnen. Die Werte sind natürlich nicht von der Wetterlage abhängig. Sie verbessern sich proportional mit der Meereshöhe. Dazu vergleiche man das Mauna Kea Observatoium und das Paranal Observatorium. Die Werte auf Hawaiis höchsten Berg, sind durch die Höhe von über 4000m bei 0,44 Seeing/arsec, dementsprechend niederer als auf dem Cerro Paranal.

In der folgenden Tabelle sind die Durchschnittswerte des mittleren Seeing auf den jeweiligen Orten weltweit aufgeführt. Bei den Observatorien kann man davon ausgehen, das die Werte auch ausgenützt werden können. Auf dem Paranal sind diese messbaren Seeingwerte oft stabil bei 0,25 Seeing /arcsec. 

Auf meinen Beobachtungsplätzen habe ich ebenfalls die Durchschnittswerte bei klaren Nächten, aufgeführt. Die DIMM bezeichneten Werte sind vor Ort optisch gemessen worden!

 Standorte                                 Mittleres Seeing/ Bogensekunden

Mauna Kea Observatorium       4200m 0,45  arcsec (DIMM)
Large Binocular Telescope      3267m 0,59 arcsec (DIMM)
Paranal Observatorium             2635m 0,66 arcsec  (DIMM)
La Campanas Observatorium 2500m 0,76 arcsec (DIMM)
La Silla Observatorium              2400m 0,76 arcsec (DIMM)
Roque de la Muchachos           2400m 0,76 arcsec (DIMM)
Edelweißspitze                           2570m 0,78 arcsec (DIMM)
Bielerhöhe                                   2030m 2,12 arcsec (DIMM)
Adelegg, Allgäu                          1078m 0,95 arcsec (DIMM)

 

4.Höhenlage des Standorts

Man sollte sich fragen, was alle großen Observatorien der Erde gemeinsam haben. Sie befinden sind auf einem Berg, abseits von Zivilisation und Vegetation. Schon seit 1876 wurden die ersten Bergstandorte für Observatorien gebaut. Seiner Zeit war es das Lick-Observatorium auf dem Mount Hamilton. Das Lick-Observatorium war das erste Observatorium, das auf dem Gipfel eines Berges errichtet wurde. Ausschlaggebend war der Standort, der mit 330 klaren Nächten im Jahr und einer sehr ruhigen Luft, ohne Lichtverschmutzungen,hervorragende Beobachtungsbedingungen bot. Der Gipfel des Mount Hamilton (Kalifornien) liegt über dem Nebel, der sich oft über der Bucht von San Francisco bildet. Und auch heute werden die größten Teleskope auf immer höheren Bergen in Chile gebaut.

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Das Lick-Observatorium auf dem Mount Hamilton

Das heißt doch ganz klar auch für uns, wir müssen auf ein Berg....

Aber auch nicht jeder Platz in der Höhe ist ideal zur Beobachtung. Das heißt, wenn die Wetterlage ein gutes Seeing hergeben könnte, ist es dann immer noch entscheidend, wo man sich topografisch befindet! Was nützen die besten Seeingvoraussagen, wenn man sich auf 2000m befindet, aber der Platz  in einer Kessellage liegt, wo dann von mehreren Richtungen,  Fallwinde das Seeing deutlich schlechter machen.

Die Bielerhöhe, ein Alpenstandort auf 2000m, der immer wieder wunderschöne klare 7mag Nächte bietet, jedoch durch die Kessellage der umliegenden nahen Berge durch die Fallwinde viel Luftunruhe aufweist.
Die ESO hat sich natürlich mit Hilfe von Sateliten- und Klimamessungen ganz genau überlegt, wo sie ihre Teleskope hinstellt. Die nächsten großen Sternwarten liegen z.B. auf La Palma.

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    Die Sternwarten auf dem Roques de la Muchachos      - Zur besseren Auflösung - klicke auf das Bild -

Chile ist das Land der größten heute gebauten Teleskope. So ist über Chile der Jet-Stream und der darunterliegende Wind oft nahezu laminar oder parallel. Dies mindert die Turbulenz schon mal ganz enorm. Dann kommt der Wind vom Meer, wodurch die Turbulenz der Luftschichten in Bodennähe, ebenfalls geringer ist.  Die feuchte Luft kann rund herum absinken und  auf diesen Plätzen ist es dann messbar trockener als auf großflächigen Hochebenen, wo sich die Feuchtigkeit über dem Boden ansammeln kann. Die Luftfeuchtigkeit in der Atacamawüste ist meistens gleich Null. Die Wolkenauflösung findet da auf dem Weg vom nahen Meer in dei Wüste statt. Somit bleibt die Wetterlage nirgends so stabil wie in der Atacamawüste! Da herscht nahezu 350 Tage im Jahr trockenes klares Wetter.

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   Das VLT auf dem Paranal in Chile          Klicke auf das Bild

Vorteile eines hochgelegenen Standorts?

Eine Stadt wärmt sich zum Beispiel tagsüber, an warmen Tagen deutlich mehr auf, als im Freiland liegende Wiesen und Äcker. Es sind Zentren der Wärme oder "Wärmeinseln"!! Die Luft erwärmt sich über den Städten und steigt mehrere Hundert Meter nach oben. Meistens stellt sich erst in der zweiten Nachthälfte, bei windstillen Nächten, eine sogenannte labile Schichtung ein. In der freien Natur, schichtet sich die Luft nach dem Sonnenuntergang entsprechend der spezifischen Dichte. Dadurch sind in der freien Natur, deutlich weniger Turbulenzen zu sehen.
Auf den Gipfeln der Mittelgebirge und Alpen, ist es dafür tagsüber kälter, als in den Tälern oder im Flachland. In den sogenannten Strahlungsnächten kühlt sich die Temperatur auf den Berggipfeln allerdings nur gering ab. Nach Sonnuntergang erreicht die Temperatur dann relativ schnell das Minimum. Die Täler kühlen in solchen Nächten deutlich ab. Die Ursache hierfür ist wieder in der spezifischen Dichte der Luft zu sehen. Auf den Kuppen oder Gipfeln fließt die Kaltluft Richtung Tal abwärts und wird durch Luft der freien Atmosphäre ersetzt. Dieser Austausch der Luft führt dazu, das die Temperatur der bodennahen Luft auf den Gipfeln,die ganze Nacht über konstant bleibt. In den Tälern kann die Kaltluft nicht abfließen, so entsteht ein Kälteluftsee. Sinkt die Temperatur unter den Taupunkt, so kommt es zur Nebelbildung und Nässe. Wenn man auf einer Kuppe oder ein Berggipfel beobachtet, hat man deutlich weniger Probleme mit Tau und Feuchtigkeit. Die Temperaturdifferenzen im Sommer sind in unseren Breiten oft über 15°C. Auf der Kreuzleshöhe, auf 1100m, maß ich dagegen nur einen Unterschied von im Schnitt 5-8°C.

Auch wenn man kein Mittelgebirge oder Gebirge in der Nähe hat, läßt sich dieses Phänomen schon an kleinen Hügeln beobachten. Der somit geringere Temperaturunterschied zwischen dem Tag und der Nacht, führt auf den Berggipfeln zu einer geringeren konvektiven Erwärmung der Luft. Und das wirkt sich defenitiv positiv auf das Nächtliche Seeing aus. Diese Temperaturkonstanz wirkt sich auch sehr positiv für eine schnellere und bessere Anpassung der Optiken, vor allem der Spiegeloptiken aus.

Aufgewärmte asphaltierte Parkplätze in den Niederungen,  können im Sommer  ein Seeingproblem darstellen. Der Temperaturausgleich geht da länger,  wie z.B. ein Parkplatz auf 2500m in den Alpen, wo tagsüber keine so hohen Temperaturunterschiede stattfinden. Negative Auskühleffekte konnte ich auf den Plätzen wie auf der Edelweißspitze nicht feststellen.

Das heißt, das auf den Beobachtungsplätzen, wie auf der Edelweißspitze öfters ein MIttleres Seeing von 1" und teilweise darunter möglich sind. Das bestätigen auch neueste DIMM-Messungen.

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Der Beobachtungsplatz auf der Edelweißspitze


Seeingmessung und Vorhersage?

Das DIMM-Programm ist ein Programm mit dem das Seeing messen kann. Dieses Programm liefert auch bei den ESO-Standorten für die realen Seeingwerte.

Hier die Vorstellung des Programms von Kai Kretzschmar: DIMM-Programm

Hier zur DIMM Seeing Monitorseite und Downloadmöglichkeit

Dieses Programm wird auch auf dem Cerro Paranal angewendet. Es wurde ein System zum „Astronomical Site Monitoring“ eingerichtet, das die Daten automatisch aufnimmt und archiviert. Es werden außer dem Seeing, umfassend viele Parameter über andere Sensoren gemessen:

  • Seeing
  • Transparenz
  • Luft-Bodentemperatur
  • Luftfeuchtigkeit
  • Windgeschwindigkeit- und Richtung
  • Staubteilchendichte

Das Seeing wird mit einem kleinen 35cm großen speziellen Teleskop gemessen. Das DIMM mißt die ganze Nacht durch alle 2 Minuten die Bildqualität. Die Messung vergleicht die Wellenfront zweier etwa 20cm voneinander entfernter Sub-Aperaturen mit je 4cm Durchmesser. So misst man nicht nur das Seeing sondern kann z.B. auch für die Interferometrie wichtige Eigenschaften über die Bewegungen und Turbulenzen der Luftschichten in der Atmosphäre messen.
Übrigens wird die Transparenz mit dem selben Bild gemessen. Es wird dabei der einfallende Fluss des Sterns gemessen. Dies wird dann mit den Werten einer 100% klaren Atmosphäre verglichen und dokumentiert.

MASCOT oder Mini All Sky Cloud Observation Tool, arbeitet mit einem Fish-eye Objektiv-Aufnahmen des kompletten Himmels. Es kann so eine genaue Abschätzung der Bewölkung vorgenommen werden. Außerdem bearbeitet die ESO die aktuellen Daten der Wettersateliten, um die zu erwartenden Beobachtungsbedingungen besser vorauszusagen.
Durch die adaptive Optik beobachten die heutigen Großteleskope beugungsbegrenzt. Viel besser gehts nicht!!

Können diese Wetterdienste mit der heutigen Technik und Sataliteninformationen verlässliche Daten zur Voraussage liefern?

Da es diese Dienste in Form von Animationen und Modellrechnungen erst seit kurzem gibt, muß ich erstmal noch mit den Voraussagen meine Erfahrungen machen. Vorreiter war und ist das Canadische Wetteramt.
Dort gibt es beispiellos sehr gute Modelle, die sich mit Seeing-und Transparenzvoraussagen beschäftigen. Seit ein paar Monaten ist auch bei uns  meteoblue mit einem "Astronomik Seeing" Link versehen.
Die Voraussagen in Canada haben eine sehr hohe Trefferquote!

File:Clear sky clock sample.gif

So sieht z.B. eine Seeingvoraussage aus!  Sie zeigt die Bewölkungssituation, die Transparenz und das Seeing an. Die kanadische Seeingtabelle gibt auch die Dunkelwerte an.
Weiterhin werden die Windverhältnisse, Luftfeuchtigkeit und die Temperatur angegeben!!

Hier die Variante von 7Timer. Da kann man mit Hilfe der Geokoordinaten sich sie wichtigen astronomischen Wetterdaten in die folgende Tabelle rechnen lassen.

Kreuzleshohe

metastrogramme Kreuzleshohe

Meine aktuell beste Voraussagen mache ich mit SkippySky. Klicke auf das Bild und dann auf  Total Cloud oder High Cloud.... Du kannst dann speziell auf Transparenz oder Seeing oder Wind ect. klicken.  Due Trefferquote ist sehr hoch!!

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Animationskarten  von Seeing und Tranparenz  des Canadischen Wetteramtes

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Quelle weather.gc.ca

  • Grau: Schlechtes Seeing
  • Türkis: Eingeschräntes Seeing
  • Hellblau: mittleres Seeing
  • Blau: gutes Seeing
  • Dunkelblau: sehr gutes Seeing
  • Weiß:  bewölkt

 Die Transparenz

Transparency

Quelle: weather.gc.ca

Legende:

  • Weißer Himmel bewölkter Himmel
  • Grau; schlechte Transparenz
  • Hellblau; durchschnittliche Transparenz
  • Mediumblau; überdurchschnitlliche Transparenz
  • Dunkelblau; ausgezeichnete Transparenz

Bei meteoblue sind die Bewölkungswerte in 3 Zonen aufgeteilt. Die hohe, mittlere und untere Bewölkung. Eine 0 steht für klar! Ebenso werden die Jetstreamwinde, sowie die Seeing/arcsec-Werte angezeigt. Es sind natürlich immer nur Modellberechnungen, basierend auf die meteorlogischen Daten und stimmen daher mit der Realität nicht immer überein. Aber ein Anhalt sind sie allemal!!

Hier der Link zu den "Astronomischen Seeing Voraussagen" von meteoblue!!

Ebenso gibt es bei Calsky.com eine astronomische Wettervoraussage:

Calskyseeing

Legende:

Der hellblaue bis dunkelblaue obere Bildrand zeigt die Transparenz an. Je kleiner die blauen Bällchen, desto besser das Seeing. Bewölkung ist grau!, Dunkels Blau unten, zeigen die zu erwartenden Niederschläge an, die aktuelle Mondphase, die Windrichtung-und Stärke wird ebenfalls angezeigt.

Welche Kriterien sollte ein guter Beobachtungsplatz erfüllen?

  1. Panoramablick zu allen Seiten
  2. Dunkle Region; mindestens 20km keine größere Stadt, keine Industrieanlage ind der Nähe
  3. Kein Streulicht naher Ortschaften oder Fernlicht von Autos
  4. Maximale Grenzgröße im Zenit  und Horizont (mind. 6mag)
  5. Häufig gutes Seeing durch ausgsuchte Standortwahl
  6. Kein Überfluggebiet über den Platz
  7. Bergkuppe, Gipfel, Hügel; geringere Luftfeuchtigkeit, weniger Nebelanfällig
  8. Ebenheit des Platzes; idealere Stellmöglichkeit mit EQ-Plattform oder mit Leiter
  9. Bodenfest; der Platz sollte auch mal ein paar Tage  Regen aushalten und dann noch erreichbar sein
  10. Erreichbarkeit; da kommen wir zum Problem. Die besten Beobachtungsplätze sind in den Alpen und im

          Winter nicht zugänglich. Ein perfekter Beobachtungsplatz ist natürlich ein Platz, den man das ganze Jahr
          erreichen kann. Das entspricht allerdings nicht der Realität!

 Fuschertorl und EWS 700p

     Blick aud die Edelweißspitze                   

 

Schlußfazit:

Die Transparenz verbessert sich messbar mit der Zunahme der Höhe! Das Seeing ist nicht so abhängig von der Höhe wie die Transparenz, jedoch bedeutet jeder Höhenmeter weniger Atmosphäre und Luftschichten, die das Seeing negativ beeinflussen können. Beim Seeing ist vor allem die Topografie des Platzes wichtig. Das können Hügel, Kuppen in den Niederungen, oder kleine Gipfelplateaus in den Bergen sein. Jedoch muß man sich klaren sein, das das Seeing nie ein stabiler Wert ist. Es ändert sich quasi jede Sekunde im Okular. Auch auf dem Paranal hat man nicht immer 0,5", sondern auch mal über 1" Der sogenannte Mittelwert wird bei den meisten bekannten Plätzen, über 1" liegen. Wichtig wäre vor allem unsere bekannten Beobachtungsplätze dahingehend zu vermessen! Die DIMM-Methode ist ein adequates Mittel das Seeing zu messen. So könnten wir viel mehr über das Seeing und die Einflüsse über die Höhenlagen und Topografie erfahren. 
Praktisch ist ein scharfes Okularbild mit annähernd maximaler Vergrßerung, ein Indiz für ein gutes bis sehr gutes mittleres Seeing!!  Und das sollte man trotz aller wichtiger Theorie und Physik nicht vergessen.....                             


Quellen und Links:

  • Dank an Uwe Glahn und Kai Kretzschmar    für die wertvollen Infos zu diesem Thema
  • Dank an Udo Klein, der mich maßgeblich zu diesem Bericht inspirierte und mich in den meteorlogischen Fachfragen unterstützte.
  • Seeing Wikepedia
  • http://www.epsilon-lyrae.de von J.S. Schlimmer  
    Hat sich in seiner empfehlenswerten Homepage auch über diese Thematik eingehend beschäftigt. Sein Hauptgebiet ist die Beobachtuing von Doppelsternen und daher ist das Seeing für sein Spezialgebiet ein Basisthema!
  • http://www.wissenschaft-online.de/artikel/834028 von Dr. Stefan Hippler und Markus Kasper
    Hervorgande Analyse über das Seeing!! Ist zwar ziemlich theoretisch aber es lohnt sich für jeden der sich für das Thema interessiert!

Links der ESO: