Dienstag, 27. März 2012

Beurteilen der Beobachtungsqualität bei Sonnenbeobachtungen

Da wir ja auf der Erde in einer Lufthülle sitzen, die uns das Leben auf diesem Planeten erst ermöglicht, müssen wir bekanntermaßen durch diese tellurische Schicht hindurch schauen, um Objekte im Weltraum zu beobachten. Das gilt in der Regel nicht nur für Deep-Sky-Objekte, sondern insbesondere auch für die flächenhaft wahrgenommene Sonne. Die Bewegungen der Luft führen oft zu Verschlechterungen der Beobachtungsbedingungen, die sich durch einen heftig wallenden Sonnenrand und scheinbar starken Oberflächenbewegungen – die nur durch die Unruhe der Erdatmosphäre verursacht wird – bemerkbar macht.

Die Ursache solcher Luftbewegungen sind in höchstem Maße unterschiedlich: Aufsteigende Wärmeblasen in der Luft (auch Seeing-Blasen genannt) entstehen, wenn die wärmenden Sonnenstrahlen auf kalten Boden treffen und aufsteigen. Geöffnete Fenster – wenn von drinnen nach draußen beobachtet wird -, das Wettergeschehen (z.B. im Vorfeld einer Schlechtwetterfront), die Bedingungen am Beobachtungsplatz usw. sind alles Gründe, die trotz tiefblauem Himmel dazu führen können, dass man kaum Einzelheiten auf der Sonnenoberfläche wahrnimmt.

Um die traditionell von Amateursonnenbeobachtern wahrgenommene Relativzahlbestimmung unter den Bedingungen örtlicher Gegebenheiten besser beurteilen zu können, wird, beispielsweise von der VdS-Fachgruppe Sonnedie modifizierte Kiepenheuer-Skala zur Bewertung der Luftqualität verwendet. Hinzu kommt noch ein Extrawert für die Qualität, der vor ein paar Jahren sinnvollerweise eingeführt wurde.

Im Einzelnen sind das die folgenden Skalen:

Ruhe
1  Keine Bildbewegung erkennbar, weder am Rand noch auf der Scheibe.
 Bildbewegung kleiner gleich 2 Bogensekunden (”), nur am Rand nachweisbar, auf der
    Scheibe meistens unbemerkt.
 Bildbewegung kleiner gleich 4”, gut am Rand und auf der Scheibe sichtbar, oder
    wallender, pulsierender Rand.
 Bildbewegung kleiner gleich 8”, verhindert nahezu die Unterscheidung zwischen
    Umbra und Penumbra (und damit die Schärfebeurteilung), stark wallender oder
    pulsierender Rand.
5  Bildbewegungsamplitude größer 8”, erreicht Durchmesser von Flecken,
    heftig pulsierender Rand.

Schärfe
 Granulation sehr gut sichtbar, Feinstrukturen in der Penumbra erkennbar.
 Granulation gut erkennbar, Penumbra gut sichtbar, aber nahezu ohne Feinstrukturen,
    Umbra-Penumbra-Grenze und Übergang zur Photosphäre scharf.
 Granulation nur andeutungsweise erkennbar, aber Strukturen der Oberfläche bei
    Bewegung des Sonnenbildes leicht nachweisbar, Umbra und Penumbra noch gut 
    trennbar, aber ohne Feinstruktur, Übergang zur Photosphäre schwer zu begrenzen.
 Granulation nicht sichtbar, Umbra und Penumbra nur noch bei großen Flecken
    trennbar. Übergang zur Photosphäre verwaschen.
Granulation nicht sichtbar, selbst bei großen Flecken kann zwischen Umbra und
    Penumbra kaum mehr unterschieden werden.

Qualität
 excellent/sehr gut – reserviert für Tage, an denen außergewöhnlich deutliche Details
    sichtbar sind.
G good/gut – durchschnittliche Sichtbarkeit von Oberflächendetails der Sonne,
    entsprechend den individuellen Erfahrungen und Gegebenheiten des
    Einzelbeobachters.
 fair/befriedigend – unterdurchschnittliche Bedingungen, aber noch keine wesentlichen
    Beeinträchtigungen.
 poor/schlecht – erhebliche Bildstörungen, die den Wert der Beobachtung stark
    einschränken.
W worthless/wertlos – Sichtbedingungen so schlecht, dass eine Auswertung der
    Beobachtung nicht sinnvoll ist.

Hierzu sind einige Worte notwendig, denn die Erfahrung lehrt, dass Beobachter sehr unterschiedlich mit den Werte für Ruhe und Schärfe umgehen. Da wäre zunächst mal das Kriterium der Sichtbarkeit der Granulation. In mittleren bis größeren Teleskopen kein Thema, in kleineren aber nicht zu erahnen. Beispielsweise sehe ich Ansätze der Granulation (eher der Supergranulation) in meinem kleinen 80/400er Refraktor nur an wirklich guten Tagen. Wenn man aber einen mittleren Tag erwischt, wo der Sonnenrand fast bewegungslos ist, man aber die Granulation instrumentell bedingt nicht sieht, kann die Kombination Ruhe = 2, Schärfe = 5, Qualität = P nicht hinkommen. Das muss miteinander korrespondieren. Gerade Besitzer kleinerer Instrumente haben zwar einerseits den Vorteil, dass sich hier schlechtes Seeing nicht ganz so bemerkbar macht, dafür sehen sie aber die Granulen nur sehr selten.

Daher bewerte ich hier ausschließlich die Sichtbarkeit der Flecken und lasse die Granulation gleich ganz außen vor. Einzelne Granulen haben einen Durchmesser von 1 bis 2 Bogensekunden, mein kleiner Refraktor löst aber nur 2 bis 3 Bogensekunden auf. Von daher kann man schon rechnerisch die Granulation nicht beobachten, höchsten an Tagen mit sehr gutem Seeing als feines Gekrissel.

Wie stark der Sonnenrand wirklich in Bewegung ist, müsste man penibel genau messen. Das übersteigt aber zumeist die Möglichkeiten der Amateure, weswegen die Beurteilung der Beobachtungsbedingungen eher eine Frage der Erfahrung und der richtigen Einschätzung ist. Die kann man im Laufe der Zeit und durch regelmäßiges Beobachten lernen. Allerdings sollte man bedenken, dass Unterschiede über 2 oder 3 Stufen zwischen Ruhe und Schärfe eher die ganz seltene Ausnahme und nicht die Regel sind.

Wesentliche Faktoren für die Bewertung einer Beobachtung sind neben den örtlichen Gegebenheiten die gesundheitliche Verfassung des Beobachters. Stress und Eile führen zu ungenauen Beobachtungen und einer verkehrten Einschätzung der Beobachtungsbedingungen. So übersieht ein von Eile getriebener Beobachter eher kleinere A- und B-Gruppen, als ein ausgeruhter, der sich Zeit für die Beobachtung genommen hat. Auch ist es – zumindest bei mir – so, dass ich nur u ganz bestimmten Zeiten beobachten kann, etwa, wenn die Sonne links oder rechts vom gegenüber liegenden Hochhaus steht. Abgehetzte Beobachtungen, wo ein Teil der Sonne schon hinter der Hausmauer verschwindet, sind eigentlich wertlos. Oder schnell noch eine Beobachtung, bevor es zur Arbeit geht, führt auch zu schlechten Ergebnissen.

Die Beobachtung ist naturgemäß vom Seeing abhängig. Dieses hat einen Tagesgang und je nach Beobachtungsplatz kann der sehr unterschiedlich sein. Das hängt davon ab, ob man auf dem flachen Land oder mitten in der Stadt beobachtet, wo man überdies noch mit im Weg stehenden Bäumen oder Häusern zu kämpfen hat. Die besten Bedingungen erhält man jedoch meistens 1 bis zwei Stunden nach Sonnenauf- und vor Sonnenuntergang. Um die Mittagszeit – für viele die einzige Möglichkeit, überhaupt das Tagesgestirn zu erwischen – ist das Seeing in der Regel am schlechtesten.

Es ist wie im richtigen Leben, man wird immer irgendwelche Kompromisse aus Beobachtungsplatz, zur Verfügung stehender Beobachtungszeit und Wetter finden müssen. Und wer nicht gerade neben einem Fabrikschlot beobachten muss, kann in der Regel gute und schlechte Beobachtungstage ausgleichen. Hier zählt dann aber mehr die Erfahrung.

Im digitalen Zeitalter besteht die Möglichkeit, sich aus dem Internet das jeweils aktuelle Sonnenbild herunterzuladen. Damit könnte man zum Fernrohr gehen und versuchen, nicht erkannte Sonnenflecken „nachzuzählen“. Das aber führt zu einer Verfälschung der eigenen Ergebnisse, denn wer will behaupten, mit einem kleinen 80/400er Refraktor das gleiche zu sehen, wie die Satelliten SOHO oder SDO? Allerdings kann bei etwas schlechteren Beobachtungsbedingungen ein Bild sehr hilfreich sein, um kleine Gruppen zu lokalisieren. Ein heikles Thema, denn eigentlich sollte man genau das nicht tun, andererseits mache ich es auch oft so, dass ich meine Beobachtung mit Satellitenaufnahmen oder den Zeichnungen der Kanzelhöhe vergleiche. Auch während der Beobachtung. Aber erst dann, wenn ich die Gruppe wirklich mit dem Auge halten kann, zähle ich sie mit. Gelingt das nicht, bleibt sie außen vor. Das könnte man auch als Verfälschung auslegen und ist eine Gewissensfrage, denn wenn ich vorher weiß, wo eine Gruppe zu finden ist, sehe ich sie eher, als wenn ich ihren Ort nicht kenne. Andererseits, wenn ich sie finde, kann sie mit meinem Fernrohr aufgelöst werden. Ein ganz schwieriges Thema, weil unterschiedliches Beobachtungsverhalten, mal Satellitenbild zu Rate ziehen, mal nicht, natürlich auch die Ergebnisse verfälscht. Und man muss sich fragen, inwieweit so ein Vorgehen noch wissenschaftlich ist. Das kann nur jeder für sich selbst beantworten.

Nur eines darf man auf gar keinen Fall: Beobachtungslücken durch die Auswertung von Satellitenbildern auffüllen. Die bessere Qualität der Bilder gegenüber den eigenen Beobachtungen führt zu stark schwankenden Auswertungsergebnissen, schlechten Korrelationskoeffizienten und dazu, dass man als Beobachter weniger ernst genommen wird. Hier sollte man sein eigenes Handeln überprüfen und überdenken, denn niemandem ist damit gedient, wenn auf diese Art wissenschaftliches Grundlagenmaterial verfälscht wird, auch wenn Satellitenbilder nicht für die Bestimmung von Relativzahlen herangezogen werden, sondern für andere Forschungsaufgaben verwendet werden.

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