Was ist ein Filter ?

Fotographen nutzen Filter und Sonnenbeobachter auch. Aber wie ist das bei der visuellen "Deepsky"-Beobachtung ? Ist es sinnvoll, da Filter zu verwenden ? ... Die Antwort ist, wie so oft: es hängt davon ab ! Ich bin der Meinung, zumindest ein Filter sollte sich im Okularkoffer eines jeden Hobby-Astronomen befinden. Ein zweiter ist sehr nützlich, aber nicht unbedingt notwendig. Für den Rest: ... nun ja !

Was ist ein Filter ? Wie der Name sagt, "filtert" er, also eliminiert einen Teil der Lichtstrahlen, die durch das Objektiv/den Spiegel über das Okular zum Auge gelenkt werden. Man muβ sich somit ganz klar bewuβt sein, daβ, wenn man einer Filter nutzt, immer weniger Licht am Auge ankommt, als ohne Filter. Wenn der Nutzen eines Filters an der Sonne oder am Mond ganz offensichtlich ist ("Blendung"), erscheint das Ganze viel weniger logisch, wenn man schwache Objekte, wie Galaxien und Gasnebel beobachtet.

Es muβ also einen speziellen Grund dafür geben, daβ man das an sich schon schwache Licht dieser Objekte noch weiter reduziert.

Kontinuierliche und selektive Emittenten

Des Rätsels Lösung liegt darin, daβ es zwei verschiedene Licht-Emittenten am Himmel gibt: "kontinuierliche" Emittenten, die über das ganze sichtbare Spektrum hinweg, d. h. in allen Wellenlängen (oder Farben) mit derselben Intensität Licht aussenden und "selektive" Emittenten, die nur auf bestimmten Wellenlängen (oder Farben des Regenbogens) Licht aussenden.

Die kontinuierlich ("horizontal") emittierenden Quellen sind Sterne (wie unsere Sonne) und Himmelskörper, die das Licht eines Sterns/einer Sonne reflektieren (wie der Mond und die Planeten). Sternhaufen und Galaxien bestehen aus Sternen, senden also auch "kontinuierliches" Licht aus.

Selektive ("vertikale") Emittenten sind vorallem die - aus frei im Weltraum "herumschwirrendem" Gas bestehenden - Gasnebel. Sie können nicht selbständig Licht erzeugen (wie das die Fusionsreaktoren im Inneren eines Stern können), sie brauchen einen "Anreger" (einen Stern), der das Gas aufheizt, um es zum Leuchten und damit zum Aussenden von Licht anzuregen. Gibt es keinen Stern in der Nähe, der das Gas aufheizt, bleibt es dunkel (Dunkelnebel). Die Wellenlänge des selektiv emittierten Lichtes hängt von der "Art" des Gases ab (von dem chemischen Element, aus dem es besteht). Man kann die Natur des Gases mittles der "Fraunhofer-Linien" ermitteln. Es handelt sich dabei um schwarze Linien (weiβ auf meinem Bildnegativ oben), die von einer "Auslöschung" des Lichts durch den Zusammenstoβ von Lichtteilchen (bzw. die Überlagerung von Lichtwellen =Interferenz) an dieser Stelle herrühren.

UHC, OIII et Hβ

Es ist möglich, Filter herzustellen, die nur (fast ausschlieβlich) das selektive Licht dieser Nebel aus dem Weltraum zu uns kommen lassen. Die  gängigsten Emissionslinien im Weltraum (im visuellen Spektrum) sind die des zweifach ionisierten Sauerstoffs [OIII], und - in geringerem Maβe - die einer Linie des Wasserstoffs [Hß]. Diese beiden Linien befinden sich sehr nahe beieinander, die eine liegt bei 500,7 Nanometern und die andere bei 486,0 nm, was es ermöglicht, beide durch einen einzigen Filter "einzufangen", den "UHC" ("ultra high contrast") - Filter.

Wegen seines erheblich besseren Kontrasts (dazu sogleich), ziehe ich jedoch den "OIII" in "solo" vor, der "Hß" ist weniger nützlich (z.B. für den "Pferdekopfnebel" im Orion und den "Kalifornia-Nebel" im Perseus, ... und damit hat es sich schon beinahe). Der Effekt des "engbandigen" OIII dagegen (der nicht nur bei vielen groβflächigen Nebeln, wie dem "Orion-Nebel" und dem "Zirrus-Nebel" im Schwan mit groβem Gewinn eingesetzt werden kann, sondern auch an den allermeisten planetarischen Nebeln), ist dagegen spektakulär.

Untenstehend findet Ihr Transmissionskurven von zwei UHC-Filtern links (zunächst der "breitbandige", auch UHC-S genannt, und dann der "engbandige") und von zwei OIII-Filtern rechts (ebenfalls ein "breitbandiger" und ein "engbandiger"). Da, wo die Kurve am höchsten ist, ist die Transmission nahezu total (rund 90%), da wo sie am unteren Rand der Graphik verläuft, blockiert der Filter das Licht vollkommen. Der Kontrast ist umso gröβer, je enger das "Passband" des Filters ist (siehe die Spitze der Filterkurven). Engbandige Filter sind aber meistens teurer in der Herstellung unad daher auch Anschaffung. Für die UHCs und OIIIs (also jeweils die zwei Filter links und rechts), bitte nur die orange Spitze in der Mitte in Betracht ziehen; unsere Augen können im Bereich der eigentlich auch offenen Passagen auf der rechten Seite der Graphiken (> 650 nm = dunkelrot im Spektrum = der graue Bereich auf der mittleren Graphik) absolut nichts sehen. Dieser Teil der Filter (wie auch der linke) ist für die Fotographie. Ich komme noch auf den Filter in der Mitte zurück.

                Ein UHC-S                          ein enger UHC                   ein Moon&Skyglow                          ein OIII                              ein engerer O III

Die Graphiken dienen ausschlieβlich dazu, aufzuzeigen, daβ es auch unter den Schmalbandfiltern "engbandigere" und "weitbandigere" Filter gibt. Jeder Filter ist wohl ein biβchen anders. Die "engbandigeren" sind natürlich teurer (z.B. Lumicon, Astronomik, etc). Neben der "Engbandigkeit" auch auf die "Transmission" (Höhe der Kurve) achten.  Ich hatte z.B. jahrzehntelang einen Hβ von Thousand Oaks, der sehr engbandig war, aber von der Transmission her knapp unter 90% blieb. Die Filter wurden natürlich über die Jahre auch verändert, aber ich denke sooviel macht das nicht aus; siehe André Knöfel, der vor 15 Jahren sehr viele getestet hat.

Kontrast ist alles !

Aber wie es möglich, daβ man sehr schwache Objekte, wie Gasnebel mit dem Filter besser sieht als ohne ? Da muβ ich noch den Kontrast ansprechen. ... Wenn Ihr im Süden in Urlaub seit, und die Sonne vom Himmel herunterbrennt, könnte es vorkommen, daβ Ihr bei einem Stadtbummel eine (einzelne) Stufe auf einem in der Sonne gebadeten, groβen Platz verpasst. ... Warum ? Das liegt daran, daβ - wegen der starken Sonneneinstrahlung - die Kante zwischen dem horizontalen Teil des Pflasters auf dem Platz und dem vertikalen Teil der Stufe nicht oder kaum sichtbar ist. Hätte man die Kante schwarz abgesetzt, wäre der Kontrast besser gewesen und Ihr hättet die Stufe sicherlich gesehen. Der Kontrast definiert sich also durch den - starken oder schwachen - Leucht-Unterschied zwischen hell und dunkel.

[... Und der ist eng verbunden mit der Gröβe des beobachteten Objekts (der "Auflösung" oder auch "Resolution"). Wenn Ihr einen kleinen Krater auf dem Mond beobachtet, der sehr gut kontrastiert ist, könnte es ein, daβ Ihr ihn nicht mehr seht, wenn Ihr die Vergröβerung reduziert: Unsere Augen sind nicht mehr fähig, den Unterschied zwischen hell und dunkel zu sehen, wenn der Abstand zwischen einer hellen und einer dunklen Linie zu klein wird ("Siemensstern"). ... Aber ich komme vom Thema ab].

Wenn man das Sonnenlicht auf dem Platz jetzt ausschaltete, was würde passieren ? ... Es wäre dunkle Nacht und Ihr würdet ebenfalls über die Stufe stolpern ! Ja richtig, ... aber was, wenn da noch ein anderes Licht auf dem Platz wäre, selektiv und schwächer als das Sonnenlicht ? ... Ihr würdet sehen, daβ es dunkle Ecken auf dem Platz gibt und - gleichzeitig - kämen die von dem selektiven (z.b. grünen) Licht beleuchteten Stellen besser heraus. Das ist genau das, was passiert, wenn man einen Filter einsetzt, der ausschlieβlich das Licht des Nebels passieren läβt, aber dieses komplett und den ganzen Rest des Spektrums ausschaltet (auβer einem kleinen Teil des Sternenlichts, weil Sterne - unter anderem - ja auch in OIII emittieren). Ihr seht also ganz schwache Sterne, weil das Sternenlicht stark gefiltert ist und einen sehr schwarzen Himmelshintergrund, weil der auch gefiltert ist, aber die Lichtstrahlen des Nebels kommen voll durch und sind absolut nicht gefiltert. ... Was für ein Kontrast !

Und schlieβlich: der Moon & Skyglow (Neodymium Filter)

Und wenn Ihr jetzt die mittlere Filterkurve betrachtet (mein "Moon&Skyglow" noch ohne Neodymium, der sehr gut ist für Planeten und den Mond, also für helle Objekte, und nicht für schwache), versteht Ihr, warum Lichtverschmutzungs-Filter nicht funktionnieren können: Da die lichtverschmutzenden Straβenlampen "kontinuierlich" emittieren (LEDs) oder auf einer Vielzahl von Wellenlängen leuchten, die über das gesamte Spektrum verteilt sind (orange Lampen), müβte ein Filter gegen diese Lampen so konstruiert sein, daβ er eine Vielzahl von "filternden Gräben" in das Spektrum hineingräbt. Das kann man zwar technisch machen (durch viele auf dem Glas übereinander aufgedampfte Schichten), aber der Filter würde dann gleichzeitig mit dem Lampenlicht (an den sehr vielen filternden Stellen des Spektrums) auch das Licht der Sterne und Galaxien herausfiltern, die ja ebenfalls (wie die Lampen) "kontinuierliche" Emittenten sind.

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That's it ! ... Und vergeβt nicht, möglichst viel Sternenlicht zu sammeln !

(Beobachtungstipps und Sternkarten gibt's hier; .... die nächste Seite ist für diejenigen unter Euch die ihre Kentnnisse über die Funktionweise einer parallaktischen oder alt-azimutalen Montierung vertiefen wollen, die Lektüre ist aber nicht absolut notwendig, um mit dem Beobachten anzufangen).