16zollGSOtest

Test eines 16" GSO Spiegels

    Hintergrund

    Seit etwa 4 Jahren beobachte ich nun regelmäßig mit meinem 16"-Selbstbaudobson , der mir etliche schöne Beobachtungserlebnisse beschert hat. Ich wusste zwar immer, dass der eingebaute Spiegel keine Spitzenoptik ist aber immerhin als beugungsbegrenzt, also mit einem Strehlwert von >=0,8, verkauft wurde. Die Spiegel von GSO aus Taiwan haben ja auch den anerkannten Ruf im Mittel recht gut zu sein. So gab es für mich auch nie einen Grund den verbauten Spiegel zu testen oder testen zu lassen. Das Interesse an einem Test des Spiegels wurde jedoch durch den Test eines 16"-Spiegels, der von einem Sternfreund in den 80er Jahren erworben wurde, durch meinen Sternfreund Horia Costache geweckt. Dieser besagte Spiegel liess nie eine wirklich gute und scharfe Abbildung zu, so dass der Besitzer immer glaubte, er hätte das Gerät nie richtig kollimiert. Die Wahrheit war jedoch ein außerordentlich schlechter Strehlwert von 0,1, der mit dem Spiegel keine bessere Auflösung als mit einem 4-Zöller erlaubte, sehr ärgerlich, weil damals über 6000 DM für den Spiegel bezahlt wurden. Irgendwie hat mich dann der Teufel geritten meinen Spiegel auch mal beim besagten Sternfreund testen zu lassen. Die Ergebnisse dieses Tests sollen im Folgenden vorgestellt werden.

    Messdurchführung

    Der Spiegel wurde von Horia Costache mittels eines selbstgebauten Bath-Interferometers sowie mittels Focault-Test, als auch durch einen Ronchi-Test (im Krümmungsradius) charakterisiert. Zur Eliminierung eines möglichen Prüfstandastigmatismus´des senkrecht gelagerten Spiegels wurden jeweils Interferogramme in der Ausgangsposition sowie Interferogramme mit um 90° dazu gedrehten Spiegels aufgenommen. Um den Einfluss der Umgebungsbedingungen und des Lasers zu eliminiern wurden jeweils 8 Interferogramme aufgenommen und deren Auswertungen gemittelt. Die Auswertung der Interferogramme erfolgte mittels der frei erhältlichen Software "Open Fringe".

    Ergebnisdiskussion

    Das nebenstehende Ronchi-Gramm wurde mit einem Gitter mit 8 Linien/mm aus dem Krümmungsradius heraus aufgenommen (Achtung: im Gegensatz zu einem Ronchi-Test aus dem Unendlichen, wie am Stern, sind hier keine geraden Linien zu erwarten!). Das Ronchi-Gramm dient lediglich dazu erste Auffälligkeiten zu detektiern und die Glattheit des Spiegels abzuschätzen. Anhand dieses Ronchi-Gramms lassen sich in diesem Fall noch keine groben Fehler des Spiegels erkennen.
    Anders verhält sich dies aber bereits anhand des nebenstehenden, exemplarischen Focault-Bildes. Hier deutet sich bereits ein Astigmatismus des Spiegels an. Der innere Bereich links (rechts) neben der Mittelsenkrechten zeigt oben und unten Aufhellungen (Verdunkelungen) im Dunklen (Hellen) Bereich, die dort idealerweise nicht hingehören. Der Astigmatismus ist im Focault-Test aber nicht quantifizierbar und muss interferometrisch erfasst werden.

    Links ist exemplarisch ein Interferogramm abgebildet, wie es mittels eines Bath-Interferometers unter Verwendung eines 532 nm Nd:YAG-Lasers aufgenommen wurde. Die Linienmuster können mittels der Software "Open Fringe" digitalisiert werden und mittels einer Fast-Fourier-Transformation (FFT) in ein Oberflächenprofil des Spiegels umgerechnet werden. Neben dem Profil werden auch die Zernike- Koeffizienten für die gängigen Abbildungsfehler von der Software geliefert.
    Nebenstehend ist das 2D-Profil des Wellenfrontfehlers in Einheiten der Referenzwellenlänge von 550 nm dargestellt. Hier ist schon deutlich eine Asymmetrie zu erkennen, die sich letztlich in einem Astigmatismus äußern wird (s. auch künstlicher Stern weiter unten). Der Wellenfrontfehler weißt eine Art Sattelform auf, dessen Überhöhung besonders in den roten Bereichen besonders groß ausfällt (Größenordnung der Referenzwellenlänge).

    Ein Schnitt des Wellenfrontfehlers in Einheiten der Referenzwellenlänge von 550 nm verdeutlicht die Situation der extremen Überhöhung am Rand nochmals. Die rot markierten Bereiche sind diejenigen, wo der Wellenfrontfehler größer als etwa Lambda/10, entsprechend einem Oberflächenfehler von größer als etwa Lambda/5 ist. Dies ist üblicherweise die Grenze, ab der man von einem wirklich guten Spiegel sprechen kann.
    Der künstlich erzeugte Stern bei intrafokalem (links), extrafokalem (rechts) und fokussiertem Bild (Mitte) mit deutlich sichtbarem Astigmatismus und auch sphärischem Fehler.

    Der sphärische Fehler, welcher sich im künstlichen Stern durch eine hohe Intensität im äußeren Beugungsring und durch eine verbreiterte, zentrale Beugungsscheibe manifestiert, wird auch in der nebenstehenden Point-Spread-Function (PSF: radialer Schnitt durch die Beugungsintesnität. Achtung: logarithmische Skala auf der Intensitätsskala!) sofort deutlich. Die Energie wird über eine größere Fläche im Fokus verteilt und reduziert damit die mögliche auflösung der Optik.
    Die vorhandenen Fehler wirken sich auf die Kontrastübertragung des Spiegels aus, dargestellt durch die Modulationstransferfunktion (MTF) in Abhängigkeit der Auflösung (schwarze Kurve: ideal, rote Kurve: gemessen). Theoretisch sollte ein 16"-Spiegel eine Grenzauflösung von etwa 0,3 Bogensekunden haben, entsprechend des Schnittpunktes der MTF mir der Abszisse (Kontrast 0). In Realität wird mit diesem Spiegel aber nur 0,5 Bogensekunden erreicht, entsprechend der Auflösung eines perfekten 8-Zöllers!

    Die folgende Tabelle zeigt nochmals die Zusammenfassung der aus dem Interferogramm bestimmten Parameter sowie den mittleren Wellenfrontfehler RMS=0,169, entsprechend Lambda/6 und den Strehlwert von 0,32.
    Fazit

    Der vorliegende GSO-Spiegel ist sicherlich kein Meisterwerk, dies sollte man auch nicht erwarten, für einen Verkaufspreis von unter 1000 EUR. Der Strehlwert von 0,32 würde bei manch einem Sternfreund zu einem vernichtenden Urteil über den Spiegel führen, doch ist das gerechtfertigt!? Nun, die Spiegel werden im Handel durchweg als beugungsbegrenzt verkauft, die Grenze dafür wäre ein Strehlwert von 0,8 oder größer, insofern wäre dies sicherlich ein Kritikpunkt. Vielleicht ein Ausreisser? Nein, wohl eher nicht, ein baugleicher Spiegel, welcher ebenfalls von Horia getestet wurde, zeigt auch nur einen Strehlwert von 0,4 und weist auch einen Astigmatismus auf. Auch sonst lassen sich Ähnlichkeiten feststellen, die darauf hindeuten, dass diese Spiegel auf derselben Maschine poliert worden sind. Andererseits lässt sich das theoretische Auflösungsvermögen eines solch großen Spiegels bei den mäßigen Seeing-Bedingungen in Mitteleuropa niemals ausreizen, was wohl dazu führen dürfte, dass die wenigsten Besitzer einer solchen Optik, den kleinen Strehlwert am Himmel wahrnehmen dürften. Alles in allem ist die Optik für das wofür sie gemacht wurde, nämlich als "Lichteimer" zur Beobachtung lichtschwacher Deep-Sky Objekte mit Vergrößerungen bis vielleicht 400x. Dabei zeigt die Optik nämlich nach meiner Erfahrung durchaus passable Abbildungseigenschaften und wann kann man schon mal mit Vergrößerungen in dem Bereich in Mitteleuropa beobachten, fast nie?! Oberhalb von 400x Vergrößerung merkt man aber irgendwie, dass die Abbildungsqualität nachlässt. Eine Asti am Stern konnte ich aber noch nie feststellen (Interessant: würde der Asti bei der Auswertung ignoriert, ergäbe sich ein annähernd beugungsbegrenzter Spiegel). Ich persönlich habe immer viel Spaß mit der Optik bei der Deep-Sky Beobachtung gehabt und werde dies auch in Zukunft haben. Strehlfetischisten und Perfektionisten sollten aber lieber auf einen Spiegel von Alluna-Optik oder Zambuto zurückgreifen, dies aber zu einem Preis der ein Vielfaches dessen der GSO Optik beträgt. Der Tester hatte übrigens vor kurzem einen Alluna 16" Spiegel vor dem Interferometer und konnte mit seinen Messungen die Werte im mitgelieferten Protokoll eindrucksvoll bestätigen!

    Clear Skies
    Thomas

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