2009 habe ich mir von AstroMedia einen Bausatz für ein kleines Handspektroskop gekauft. Hierbei handelt es sich um einen relativ einfach aufgebauten Kartonbausatz, der ein Liniengitter mit einer Auflösung von 1.000 Linien pro Millimeter enthält, welches das einfallende Licht in seine Spektralfarben zerlegt und diese auf einer Wellenlängenskala ablesbar macht.
Vorneweg: Das kleine Handspektroskop kann in der Preisklasse natürlich kein richtiges, geeichtes Mess- und Prüfwerkzeug ersetzen. Nichtdestotrotz kann man damit bereits interessante und sehr aufschlussreiche Einblicke in die Thematik bekommen, wie ich nachfolgend anhand der spektroskopischen Untersuchungen diverser astronomischer Nebelfilter beschreibe.
Spektroskopische Untersuchung diverser astronomischer Nebelfilter mit dem kleinen AstroMedia-Handspektroskop
Da es zum Thema Qualität und Bevorzugung von bestimmten astronomischen Nebelfilter oft lebhafte Diskussion über die Vorlieben diverser Filter gibt, kam ich auf die Idee, mir den Durchlassbereich meiner Filter, die ich damals besaß, mal mit dem kleinen Handspektroskop zu betrachten. Ein weiterer Hintergrund war auch der, dass mein erster Baader OIII-Filter, den ich mir 2008 angeschafft hatte, nicht korrekt funktionierte. Er traf offensichtlich die beiden OIII-Emissionslinien nicht sauber. Dazu aber später mehr.
Der Versuchsaufbau:
Wichtig für den Vergleich und die Untersuchung ist es, dass die Filter absolut parallel zur Lichteintrittsöffnung des Handspektroskops montiert werden. Ändert sich der Winkel, mit dem das Licht durch den Filter fällt, ändert sich auch die Filtercharakteristik. Um genau das zu verhindern, habe ich das Handspektroskop auf einer Holzplatte befestigt und vor die Lichteintrittsöffnung einen 2″-Filteradapter fest montiert, in den die zu untersuchenden Filter eingeschraubt werden können.
Von links nach rechts sind auf dem nachfolgenden Foto folgende Hilfsmittel zu sehen:
– Eine Tischleuchte, bestückt mit einer handelsüblichen Glühlampe, die das Licht im vollen sichtbaren Spektrum ausgibt.
– Das auf der Holzplatte montierte Handspektroskop mit 2″-Filteraufnahme
– Meine EOS 1000D Spiegelreflexkamera mit Standard 18-55mm Objektiv
Die richtige Ausrichtung der Kamera ist tatsächlich ziemlich tricky. Um die komplette Skala des Handspektroskops gut zu erfassen ist auch etwas Geduld beim Herumprobieren von Einstellungen wie Aufnahmebrennweite, Fokus, Blende und Belichtungszeit erforderlich. Das Handspektroskop wurde eigentlich auch für die rein visuelle Nutzung ohne Kamera konstruiert.
Das abfotografierte Spektrum (hier das Vollspektrum einer Glühlampe) des Handspektroskops sieht dann wie folgt aus:
Auffällig ist, dass das Spektrum unterhalb von ca. 405 nm und oberhalb von ca. 660 nm recht plötzlich abreißt. Das hängt damit zusammen, dass vor den Bildsensoren von Digitalkameras i.d.R. Ultraviolett(UV)- und Infrarot(IR)-Cutfilter verbaut sind. Die damit geblockten Wellenlängenbereiche sind für das menschliche Auge zwar nicht sichtbar, verschlechtern aber die Bildqualität.
Genauigkeit der Wellenlängeskala des AstroMedia-Handspektroskops
Für eine Beurteilung der Durchlassbereiche der astronomischen Nebelfilter wollte ich noch herausfinden, wie genau die Skala des kleinen Handspektroskops anzeigt. Hierfür habe ich anstatt der Glühlampe eine 10W Energiesparlampe mit einer Farbtemperatur von 2.700 Kelvin (warmweiß) in die Tischleuchte eingesetzt. Im Internet habe ich die labortechnisch ermittelten Messwerte der Emissionslinien dieses Leuchtmittels gefunden und diese zum Vergleich in das erstellte Foto eingetragen. Wie man sieht, zeigt die Skala die tatsächlichen Wellenlängen mit einer Abweichung von ca. 10 Nanometern verfälscht an. D.h. die Anzeigeskala ist im Aufbau des Handspektroskops um etwa diesen Betrag zu weit nach rechts verschoben montiert.
Berücksichtigt man diesen Anzeigefehler, kann man die Durchlassbereiche der Astrofilter aber trotzdem gut beurteilen. Aus dem Grund habe ich das Spektrum der Energiesparlampe mit den realen Messwerten immer mit in die Fotomontagen der überprüften Filter mit aufgenommen.
Bevor ich aber das Ergebnis meiner ersten spektroskopischen Untersuchung meiner Filter zeige, hier erst nochmal ein Hinweis auf die Emissionslinien, die für uns Sternegucker bei der Beobachtung von interstellaren Nebeln von Bedeutung sind.
Die wichtigen Emissionslinien bei der Beobachtung und Fotografie von astronomischen Emissionslinien:
– Hβ (Wasserstoff): 486,1 nm – blaugrün leuchtend. Energieniveau im Vergleich zur Hα-Emission sehr gering, daher visuell schwer zu beobachten. Hier helfen gute, sehr engbandige Hβ-Filter mit hoher Transmission.
– OIII (Zweifach ionisierter Sauerstoff): 495,9 nm und 500,7 nm – grün leuchten. Planetarische Nebel und Supernovaüberreste profitieren meist sehr gut vom Einsatz eines OIII-Filters
– Hα (Wasserstoff): 656,3 nm – tiefrot leuchtend, visuell kaum/nicht mehr wahrnehmbar, da die Empfindlichkeit des Auges in diesem Wellenlängenbereich nicht ausreicht. Daher eher fotografisch von Interesse.
– SII (Schwefel): 671,6 nm und 673,1 nm – noch tiefer im roten Spektrum, visuell unsichtbar, nur noch fotografisch erreichbar
Die Durchlass-Spektren meiner Baader OIII- und UHC-S-Nebelfilter, die ich zum Zeitpunkt meiner ersten spektroskopischen Untersuchung 2009 besaß:
2010 – Filterspektren verschiedener Hersteller im Vergleich
Von meinen Ergebnissen der spektroskopischen Untersuchung meiner Filter berichtete ich später in einem Astronomieforum. Hierauf aufmerksam geworden, meldete sich ein Forenteilnehmer bei mir und bot an, mit einer Handvoll seiner Filter und denen von Bekannten bei mir vorbeizukommen, damit wir mal einen Vergleich der Durchlassbereiche von Nebelfiltern verschiedener Hersteller machen können. Das fand ich natürlich spannend und an einem Abend im April 2010 haben wir uns dann bei mir getroffen und einige Filter „durchgemessen“. Für den direkten Vergleich habe ich auch meine beiden Nebelfilter nochmal bei gleichen Einstellungen mit erfasst. Als Referenz wurde auch die Energiesparlampe mit den bekannten Emissionsspektren wieder mit vermessen, um den Anzeigefehler des Handspektroskops bei der Beurteilung der Filterwirkungen berücksichtigen zu können.
Dieser Vergleich ist dahingehend sehr interessant, dass er nicht nur die unterschiedliche Filterwirkung der Typen verschiedener Hersteller anzeigt, sondern gerade am Beispiel des Baader OIII-Filters auch leider eine Serienstreuung der Filterqualität anzeigt.
Vergleicht man die Filterspektren der fünf Baader OIII-Filter untereinander, die uns an dem Abend zur Verfügung standen, dann sieht man deutlich, dass die Durchlassbereiche auf der Wellenlängenskala nicht identisch sind. Ich musste 2008 auch schon die Erfahrung machen, dass mein neu erworbener Baader OIII-Filter nicht richtig funktioniert hatte. Dies äußerte sich darin, dass zwar der Himmelshintergrund deutlich dunkler wurde, die anvisierten Objekte (Cirrus-Supernovaüberrest, Nordamerikanebel, Ringnebel M57) aber nicht deutlicher erkennbar wurden. Mein UHC-S Filter zeigte die Testobjekte wesentlich deutlicher, was eigentlich nicht hätte sein können. Im Vergleich bei visuellen Beobachtungen mit den gleichen Filtern von zwei Astrofreunden bestätigte sich damals meine Vermutung, dass mein Filter wohl die beiden OIII-Emissionslinien nicht richtig trifft, woraufhin ich von Baader einen Austauschfilter geschickt bekam, der endlich die erwartete Leistung erbrachte. Nun zwei Jahre später zeigte unsere spektroskopische Untersuchung dann auch deutlich, dass es zumindest damals eine Serienstreuung bei den Baader OIII-Filtern gab, die sich in einer Verschiebung der Durchlassbereiche auf der Wellenlängenskala zeigten.
2013 – Hβ-Filterspektren
Die visuelle Beobachtung von Nebeln im Bereich der Hβ-Emissionen ist recht anspruchsvoll. Zwar liegt die Emissionslinie bei 486,1 nm noch gut in dem Bereich, den das Auge erfassen kann, aber der Energiegehalt dieser Emissionslinie ist deutlich geringer, als die der OIII- und der Hα-Linien. Somit ist es hier besonders wichtig, dass ein Filter diese Emissionslinie gut trifft, dort eine hohe Transmission besitzt und möglichst alles andere unterhalb und oberhalb dieser Emissionslinie gut ausblendet, um den nötigen Kontrast für eine gute und erfolgreiche Beobachtung zu schaffen. Genau in diesen Punkten unterscheiden sich die Filter am Markt sehr deutlich und meine visuellen Beobachtungen mit diversen Hβ-Filtern verschiedener Hersteller und meine parallel durchgeführten spektroskopischen Untersuchungen zeigten mir deutlich, warum ein günstiger Filter im Bereich der Hβ-Linie kein Kompromiss darstellt und nicht mal sein Geld wert ist.
Auslöser meiner Untersuchung war, dass Explore Scientific einen Hβ-Filter für ca. 100,-€ auf den Markt gebracht hatte. Da die Produkte dieses Herstellers in der Hobby-Astroszene allgemein positiv bewertet werden, wollte ich den Filter gern mal ausprobieren, da ich bis dahin noch keinen Hβ-Filter besaß und dieser nur etwa die Hälfte der Filter kostete, die von visuellen Beobachtern sonst empfohlen wurden. Dank eines persönlichen Kontakts mit einer mir gut bekannten Mitarbeiterin der Firma Bresser, bekam ich neben zwei (angeblich) handselektierten Serienmodellen des neuen ES Hβ-Filters sogar das Vorserienmodell zugeschickt. Nach meinen ersten Beobachtungen mit diesen Filtern bekam ich von zwei weiteren Bekannten noch je einen Hβ-Filter von Thousand Oaks und von ICS.
Bei der visuellen Beobachtung bemerkte ich nicht nur, dass sich die beiden Serienfilter schon von der Qualität der Filterwirkung her unterschieden, sondern auch, dass das Vorserienmodell deutlich besser funktionierte, als die beiden Serienmodelle. Die Filter von Thousand Oaks und von ICS zeigten die Testobjekte (California- und Pferdekopfnebel) nochmal einen kleinen Tacken besser als, der ES Vorserienfilter.
Meine anschließende spektroskopische Untersuchung brachte dann auch (fast) keine Überraschungen, sondern bestätigte ganz klar, was ich zuvor visuell bereits feststellen konnte. Der ES Serienfilter mit der Seriennummer #0694 traf die Linie nur im unteren Randbereich. Dies lässt vermuten, dass hier die Transmission nicht so gut ist, wie im mittleren Bereich. Der Serienfilter mit der Nummer #0669 traf die Hβ-Linie etwas besser – die Transmission dürfte hier entsprechend etwas höher sein, als bei dem vorgenannten Filter. Noch besser trifft aber der Vorserienfilter die Hβ-Linie. Was mich hier dann aber doch überraschte war, dass der Durchlassbereich dieses Filters deutlich enger als der der Serienfilter war. Somit schneidet der Vorserienfilter die unerwünschten Wellenlängenbereiche besser ab, was sich in einer deutlichen Kontraststeigerung bemerkbar macht. Das die Filter von Thousand Oaks und ICS die Testobjekte nochmals etwas besser zeigten liegt klar der Tatsache geschuldet, dass sie nicht nur die Hβ-Emissionslinie gut treffen, sondern durch den noch engeren Transmissionsbereich auch einen noch höheren Kontrast herstellen können.
Fazit: Gerade im Hβ-Wellenlängenbereich ist es aufgrund der geringen Flächenhelligkeit der Objekte äußerst wichtig, einen sehr steilflankigen, engbandigen Filter zu nutzen, der die Emissionslinie genau trifft und dabei noch eine hohe Transmission besitzt. Und genau das scheint das Aufwändige bei der Herstellung zu sein, weshalb ein solcher Filter vergleichsweise teuer ist. Mit der Erkenntnis gingen die beiden Hβ-Filter von Explore Scientific wieder zurück, da die Filterwirkung bei einem der Serienfilter fast gar nicht, beim Zweiten nur minimal vorhanden war. Den Vorserienfilter hätte ich zum gleichen Preis behalten, musste den aber leider wieder abgeben.
2022 – Hβ-Filterspektren die 2.te
Nachdem Baader 2020 oder 2021 einen neuen hochgelobten Hβ-Filter auf den Markt brachte, der noch engbandiger (5,5nm) als der alte Baader CCD-Hβ-Filter (8,5nm) war und noch dazu eine deutlich höhere Transmission als dieser hatte, bin ich nach dem Lesen eines Beobachtungsberichts eines anderen Hobbyastronomen, der beide Filter visuell im Einsatz hatte, zu dem Entschluss gekommen, dass ich es mal mit dem alten Baader CCD-Hβ-Filter visuell versuchen wollte – 300,- € für den neuen Filter sind mir definitiv too much für ein Teil, das nur selten zum Einsatz kommen würde. Bis dahin hatte mich die geringe Transmission von < 70% auf der Hβ-Emissionslinie immer vom Kauf abgehalten, aber der bereits erwähnte Beobachtungsbericht machte mich dann doch neugierig und so kaufte ich mir einen solchen gebrauchten Filter zu einem günstigen Preis.
Interessanter Weise bekam ich nach einem Telefonat mit meiner Bekannten bei Bresser auch nochmal zwei aktuelle Hβ-Filter von Explore Scientific geschickt, die ich dann gleich mittesten konnte.
Schaut man sich nun nachfolgendes Bild meiner Spektroskopieversuche an (auch hier wieder mit einer Energiesparlampe als Referenz bezüglich der Skalenabweichung des Handspektroskops), dann sieht man gut, worin sich die hier getesteten Filter unterscheiden. Die Transmission und der Durchlassbereich der beiden Filter von ES sind fast identisch und treffen die Hβ-Emissionslinie auch besser als die beiden Filter, die ich 2013 zum testen bekam. Auch visuell hatte ich den Eindruck, dass die neuen Filter etwas besser funktionierten. Was aber leider blieb ist der breitbandige Durchlassbereich, wodurch die Kontrastwirkung doch eher schwach ist.
Der Baader Hβ-Filter ist deutlich engbandiger und er scheint die Hβ-Filter auch sehr gut zu treffen. Was man aber auch im Vergleich zu den beiden Filtern von ES sieht, ist die deutlich geringere Transmission auf der Hβ-Linie – der blaue Balken im Spektrum ist schwächer als in den Spektren der beiden ES-Filter im Bereich der Hβ-Linie. Visuell macht sich der Unterschied darin bemerkbar, dass man etwas mehr Geduld bei der Beobachtung mit dem älteren Baader Hβ-Filter benötigt, um die Nebelstrukturen zu sehen, trotz der deutlich geringeren Trasparenz lassen sich aber Strukturen deutlich besser wahrnehmen und abgrenzen. Dies zeigt, wie wichtig bei der Hβ-Beobachtung der Kontrast ist. Wichtiger nämlich als die Transmission des Filters.
Fazit: Auch diesmal habe ich die beiden ES-Filter wieder zurückgeschickt und bleibe dabei, dass sich die Anschaffung zum Neupreis von mittlerweile (10/2026) deutlich über 100,- € nicht lohnt. Zu gering ist der Gewinn bei der Beobachtung der lichtschwachen Hβ-Objekte. Ich habe den alten Baader CCD-Hβ-Filter mit der schlechten Transmission aber dem förderlichen hohen Kontrast behalten. Aber ich denke, langfristig wird er irgendwann durch einen Filter mit ähnlicher Kontrastwirkung aber höherer Transmission ersetzt werden.