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9. Februar 2019, 19:30
Vortrag: "Galaxien - Bausteine des sichtbaren Universums"
von Walter Gröning

 

Die Sternwarte - ein Rotlichtbezirk?

Es soll hier nicht darauf eingegangen werden, was sich in der Schummerbeleuchtung mancher Sternwarte viel­leicht gelegentlich tut. Auch nicht auf die Mutmaßungen mancher Ehefrauen (dies gilt natürlich auch für entspre­chende, nicht astronomisch aktive Ehemänner bzw. alle entsprechenden Arten von eingetragenen und nicht ein­getragenen Partnern), wenn sich der Partner wieder ein­mal mit „Ich bin dann auf der Sternwarte“ für eine Nacht verabschiedet und erst in den Morgenstunden euphorisiert oder frustriert zurückkehrt. Auch möchte ich die tiefere Bedeutung des Spruchs „Astronomers do it at night“ nicht in diesen Zusammenhang hinterfragen.

Es geht hier ausschließlich um Sinn und Unsinn des Rotlichts in der Sternwarte.

 

 

Visuelle Astronomie
Für den visuellen Astronomen ist dies außer Frage. Auf der Sternwarte bzw. bis zu einer Distanz von min­destens einem Kilometer vom momentanen Teleskop­standort gibt es Rotlicht oder gar nichts. Um das zu verstehen müssen wir zunächst die Eigen­schaften des menschlichen Auges bzw. dessen Fähigkeit zur Dunkeladaption etwas näher betrachten. Bekanntlich unterscheidet man bei den Lichtsensoren des Auges zwischen den Stäbchen (nur schwarzweiß) und den Zapfen (für das Farbsehen). Bei den Zapfen wiede­rum unterscheiden wir drei Arten mit der Vorzugsem­p­findlichkeit für Blau, Grün und Rot, was zwar wiederum so nicht ganz stimmt, weswegen man die Bezeichnungen S (=Short Wavelength), M (= Medium Wavelength) und L (= Long Wavelength) oder auch gelegentlich die ent­sprechenden deutschen Äquivalente K, M, L gewählt hat.

Abb. 1 Spektrale Empfindlichkeit der unterschiedlichen Zapfen und der Stäbchen, S=Short, M=Medium, L=Long Wavelength, R= Rods (Stäbchen)      Bild Wikipedia

Neben der spektralen Empfindlichkeit unterscheiden sich Stäbchen und Zapfen noch durch einige andere wichtige Merkmale. Die Zapfen sind am dichtesten im gelben Fleck (Makula), das heißt in dem Teil der Netz­haut, der den Teil unseres Bildfelds abbildet, auf den wir den Blick fixieren. Stäbchen sind in diesem Bereich sehr wenig oder gar keine, dafür reichlich im gesamten Bild­feld außerhalb der Makula, wo die Zapfen wiederum we­niger dicht vertreten sind. Das heißt, wenn wir etwas ge­nau erkennen wollen oder zum Beispiel kleinere Schrift lesen wollen, so geschieht dies fast ausschließlich mit den Zapfen. Die Stäbchen sind mehr für das gesamte Umfeld verantwortlich, natürlich auch für das Erkennen einer Ge­fahr, die nicht aus der direkten Blickrichtung kommt, speziell bei Nacht. Die Signale der Stäbchen werden vom Gehirn als neutrale Grauwerte interpretiert. Aus den Sig­nalen der Zapfen bildet das Gehirn einen Farbein­druck.

Wesentlich unterscheiden sich Stäbchen und Zapfen noch in ihrer Fähigkeit zur Dunkeladaption. Ein relativ kleiner Teil der Dunkeladaption erfolgt für Stäbchen und Zapfen gleichermaßen und auch relativ schnell über die Pupille, die sich je nach Lichteinfall ver­größert oder verkleinert. Ein sehr viel größerer Teil der Dunkeladaption erfolgt auf chemischem Wege, braucht deshalb aber eine gewisse Zeit, bis zur vollkommenen Anpassung. Wir sehen in Abb. 2, dass die Dunkeladap­tion bei den Zapfen nach ca. fünf Minuten den Endzu­stand erreicht hat, bei den Stäbchen erst nach ca. 40 Mi­nuten. Aus dem Bild geht auch hervor, dass die absolute Empfindlichkeit der Zapfen bis zu ihrer Sättigungsgrenze höher ist, als bei den Stäbchen. Erst nach mehr als fünf Minuten werden die Stäbchen empfindlicher, steigern ihre Empfindlichkeit dann allerdings noch weiter um mehrere Zehnerpotenzen. Wie viel davon am Nachthimmel über­haupt nutzbar ist, geht allerdings aus der Grafik nicht hervor. Nach dem Kurvenverlauf steigert sich die Emp­findlichkeit der Stäbchen ja noch um etwa acht Zehner­potenzen, was etwa 20mag entspricht. In der Praxis wird aber irgendwann mit zunehmender Dunkeladaption nur der Himmelshintergrund heller und über 7mag bis 8mag kommt man mit unbewaffnetem Auge wohl nicht hinaus. Die Frage ist daher, ob man nach einer Dunkeladaption von 1h tatsächlich mehr Sterne erkennen kann, als z.B. nach 10 Minuten oder ob dadurch nur noch der Himmels­hintergrund heller wird.

 

 

Abb.2  Dunkeladaption von Zapfen und Stäbchen, Z= Zapfen, S=  Stäbchen Bild Wikipedia 

Leider geht die Helladaption sehr viel schneller als die Dunkeladaption. Meist dauert es nur wenige Sekunden, bis das Auge wieder helladaptiert ist. Das ist der Grund warum (visuelle) Astronomen das helle Licht scheuen, wie der Teufel das Weihwasser und sich bei einer plötz­lich aufleuchtenden Taschenlampe oft zu äußerst unfläti­gen Beschimpfungen hinreißen lassen. In wenigen Se­kunden ist die Dunkeladaption einer halben Stunde wie­der abgebaut und benötigt zur Regenerierung eine neuer­liche halbe Stunde.

    

 

Abb. 3  Spektrale Empfindlichkeit von Zapfen (,Z) und Stäbchen (S)

Was hat das Ganze nun mit dem Rotlicht zu tun?
In Abb. 3 sehen wir die (normierte) spektrale Emp­findlichkeit der Stäbchen (S) und die (Summen-) Emp­findlichkeit der Zapfen (Z). Sie unterscheiden sich deut­lich voneinander. Vor allem ist zu erkennen, dass bei ca. 650 nm (rote LED) die Zapfen (in diesem Fall haupt­sächlich die rotempfindlichen Zapfen) noch eine nen­nenswerte Empfindlichkeit aufweisen, während die Stäb­chen darauf praktisch gar nicht mehr reagieren (irgendwo in ihren acht Zehnerpotenzen tun sie es natürlich trotzdem noch).

 

Wenn wir davon ausgehen dürfen, dass sich die Dun­keladaption nicht pauschal für alle Lichtsensoren oder Sensortypen, sondern für jedes Stäbchen und jeden Zap­fen separat regelt, können wir auch davon ausgehen, dass eine Beleuchtung in rot nur die Dunkeladaption der Zap­fen und nicht die der Stäbchen beeinflusst, was auch die bisher geläufige Begründung für das Rotlicht in der Sternwarte ist. Doch was haben wir davon?

Wenn wir ein Objekt durch das Fernrohr betrachten, dann versuchen wir es, in die Mitte des Gesichtsfelds zu bringen, weil wir nur dort Details erkennen können. Doch in der Mitte des Gesichtsfelds sind nur Zapfen. Die sind durch das vorhergehende Rotlicht aber nicht mehr opti­mal adaptiert, während die Stäbchen noch ihre volle Empfindlichkeit aufweisen aber leider alle außerhalb der Bildmitte liegen.

Die Tatsache, dass die Stäbchen auf das Rotlicht nicht ansprechen bringt uns daher nur eine Verbesserung im sogenannten indirekten Sehen. Dieser Effekt ist jedem vi­suellen Beobachter bekannt. Doch wir wollen ja eigent­lich, dass das direkte Sehen durch das Rotlicht weniger gestört wird, als durch anderes Licht. Wir wollen ja gern weiter Details an unseren Beobachtungsobjekten erken­nen.

Wie wir aus Abb. 1 erkennen können, bringt uns auch hier das Rotlicht eine gewisse Verbesserung gegenüber Weißlicht. Durch das Rotlicht werden nur die rotemp­findlichen Zapfen beeinflusst. Die grün- und blauemp­findlichen bleiben weitgehend unbeeinflusst und bewah­ren die Detailerkennung in der Bildmitte. Wahrscheinlich ist das ein wesentlicher Effekt des Rotlichts in der Astro­nomie.

Wir können daher an dieser Stelle in jedem Fall fest­stellen, dass das Rotlicht für visuelle Astronomen durch­aus Sinn macht.

 

Astrofotografie 

Doch wie sieht es bei der Astrofotografie aus? Selbst­verständlich sind Astrofotografen sehr rücksichtsvolle Menschen, die deshalb bei gleichzeitiger Anwesenheit von visuellen Beobachtern grundsätzlich nur Rotlicht ein­setzen. Wie sieht es aber aus, wenn sie allein auf der Sternwarte sind? Oder wenn sich in weitem Umkreis nur Astrofotografen tummeln? Oder wenn sie aus einem ge­wissen Eigennutz mehr auf ihre eigenen Bedürfnisse als die ihrer visuellen Nachbarn achten?

Natürlich hat der Astrofotograf durch die moderne Technik heute während der Aufnahmen genügend Zeit, sein Auge auch am Himmel schweifen zu lassen und sich darüber zu freuen, dass er nicht nur tiefschwarze Finster­nis sondern auch noch einige Sternkonstellationen erken­nen kann.

Ausschlaggebend sollte aber sein, was für die Astro­fotografie sinnvoll ist. Und hier gibt es leider nichts, was für Rotlicht spricht. Im Gegenteil.

Bei geschlossenem Tubus gibt es relativ wenige Prob­leme. Unsere großen Teleskope sind in der Zwischenzeit aber alle mit offenem Gitterrohrtubus ausgestattet. Hier gibt es ziemlich viele Stellen, an denen Streulicht eintre­ten kann. Der Hauptspiegel ist meist noch relativ gut ge­schützt und auch meist vom Beobachterplatz abgewandt. Mit zunehmender Verstaubung fängt er aber mit der Zeit immer mehr Streulicht ein. Problematisch wird es beim Sekundärspiegel und dann vor allem ebenfalls mit zu­nehmendem Verschmutzungsgrad. Jeder direkt oder indi­rekt einfallende Lichtstrahl beleuchtet die Staubpartikel oder die Oberflächenrauigkeiten und wird damit als Streulicht auf den Bildsensor geleitet.

Insbesondere bei lang belichteten Einzelaufnahmen muss daher jegliches Störlicht vermieden werden. Am besten geht das mit einer vollkommenen Abschirmung durch einen schwarzen Überzug, was nun aber leider die Windempfindlichkeit drastisch erhöht. Oder aber durch Vermeidung jeglichen Lichts in der Umgebung des Tele­skops. Und am allerschlechtesten ist hierbei das Rotlicht.

Wenn wir davon ausgehen, dass wir mit dem Rotlicht etwas beleuchten, was wir mit den Zapfen im gelben Fleck unseres Auges erkennen wollen , so sehen wir aus Abb. 3, dass dafür bei 650nm (rot) etwa die zehnfache Helligkeit benötigt wird, als etwa bei 560nm (grün), da die Zapfen bei 650nm nur noch 10% der Empfindlichkeit gegenüber 560nm aufweisen.

Im Gegensatz zum Auge ist aber die Astrokamera bei grün und rot etwa gleich empfindlich und damit gleich störempfindlich. Bei gleich empfundener Helligkeit des Umgebungslichts ist daher die Störwirkung von rot etwa zehn Mal so groß wie die von grün.

Völlig sinnlos ist es daher, den Computerbildschirm eines Astrofotografen mit einem Rotfilter zu versehen. Das wirkt zwar ziemlich dunkel, nur die Astrokamera merkt davon leider nichts. Insbesondere bei den häufigen und meist am längsten belichteten Halpha-Aufnahmen. Viel besser ist es daher, den Bildschirm mit einem Neu­t­ralfilter (bei DSLR) oder einem Grünfilter (bei CCD) so stark zu dämpfen, dass er gerade noch zu erkennen und zu nutzen ist. Ein Grünfilter hat den Vorteil, dass vom Grünlicht nur die L- und G-Belichtungen der CCD-Ka­mera betroffen sein können, während mit Neutralfilter alle Filterstellungen gleichberechtigt sind. Noch besser ist es natürlich, den Bildschirm und jegliches weitere Licht während der Aufnahme ganz auszuschalten.

Bei der Gelegenheit soll eine weitere Unsitte erwähnt werden, die immer mehr um sich greift und schon unzäh­lige Astrobelichtungen ruiniert hat. Die Kopflampe. Spe­ziell die rote Kopflampe, weil diese immer noch trotz größter Helligkeit als unschädlich angesehen wird. Die Kopflampe ist gut für den Weg zur Sternwarte und wieder zurück, vor allem wenn man die Hände nicht frei hat. Da darf es aber ruhig auch Weißlicht sein, um tatsächlich zu erkennen, wohin man tritt. In der Sternwarte sollte die Kopflampe abgelegt werden und stattdessen eine mög­lichst dimmbare Handlampe verwendet werden. Die Kopflampe hat nämlich unterwegs die gute Eigenschaft, dass sie genau dort hin leuchtet, wo man hinschaut. Die­selbe Eigenschaft ist In der Sternwarte äußerst störend. Ein kurzer Blick zur Kamera oder zum Sekundärspiegel. Kurz mal zum Nachbarn rüber geschaut und Schwupps, schon ist wieder eine Belichtung im Eimer. Dazu genügen Sekundenbruchteile. Ich spreche aus eigener leidvoller Erfahrung. Meist merkt man es erst zu Hause bei der Bildbearbeitung und es ist dann natürlich genau der Farb­auszug betroffen, den man wegen aufziehender Bewöl­kung nur einmal machen konnte.

 

 

Abb. 4 Störwirkung von Rotlicht und Grünlicht bei verschiedenen foto­gra­fischen Filtern

Fazit 
Das Rotlicht hat bei der visuellen Astronomie eine ge­wisse Berechtigung, wenn es nicht zu hell ist. Bei der Astrofotografie macht Rotlicht keinen Sinn. Am besten ist absolute Dunkelheit. Bildschirme dunkelt man besser mit Neutralgrau oder mit Grünfilter ab. Auch die Rotlichtlampe des Astrofotografen wird besser auf eine grüne LED umgerüstet.

Kopflampen sollen in der Sternwarte grundsätzlich ausgeschaltet und abgelegt werden.

 

Werner Roßnagel

 

 

 

 

 

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