Künstliche Sterne

von Herbert Zellhuber

Wie funktioniert eigentlich ein künstlicher Stern? Als erstes braucht man eine genügend helle Lichtquelle. Diese wird dann abgedeckt, so dass nur noch ein sehr kleines Löchlein frei ist, durch welches das Licht durchscheinen kann. Nun muss der künstliche Stern nur noch so weit vom Teleskop aufgestellt werden, dass der Durchmesser des "Sterns" auf alle Fälle kleiner ist als das im Okular erkennbare Beugungsscheibchen bei sehr hoher Vergrößerung.
Und wie kann man sich einen solchen künstlichen Stern herstellen? Als Lichtquelle empfehle ich eine weiße Leuchtdiode. Bei niedrigem Stromverbrauch leuchten diese schon recht hell. Leuchtdioden vertragen bekanntlich maximal 20 mA. Bei einer Spannung von 5 Volt ist dann ein Vorwiderstand mit 180 Ohm zu verwenden. Wird ein Trimmpotentiometer mit 4,7 Kiloohm dazwischen geschaltet, kann zusätzlich die Helligkeit reguliert werden. Vor die LED wird eine Aluminiumfolie (Grillfolie) befestigt, in die ein kleines Loch gestochen wurde. Dazu legt man die Alufolie auf eine ebene Metallplatte und drückt mit einer Stecknadel darauf. So ist es möglich, ein winziges Loch mit ca. 0,05 bis 0,1 mm herzustellen. Man kann ja mehrere Versuche machen, wobei das schönste Löchlein mit Hilfe eines Mikroskops herausgesucht wird. Je nach bastlerischen Möglichkeiten kann man es so machen wie hier, dass die Leuchtdiode an einer Aluplatte befestigt ist (Bild 1). Mit zwei Abstandhülsen wird die Leiterplatte mit den aufgelöteten Widerständen usw. angeschraubt, wobei die Alufolie mit dem kleinen Löchlein mittig vor die Leuchtdiode auf die Aluplatte geklebt wird. Wenn der künstliche Stern am Tage benutzt wird, sollte der Kontrast möglichst groß sein. Dazu wird der künstliche Stern in eine abgedunkelte Dose eingebaut. Die Dose sollte ungefähr einen Durchmesser von 8 cm und ein Höhe von 12 cm haben und innen mit schwarzem Tonpapier ausgekleidet sein. In den abnehmbaren Deckel der Vorderseite wird zentrisch ein Loch mit 10 mm geschnitten. Als Stromquelle dienen Batterien, die mit einem Gummiband an die Dose befestigt sind. Das Ganze kann dann auf ein Fotostativ gestellt werden (Bild 2).

Prüfung des Auflösungsvermögen einer astronomischen Optik an künstlichen Doppelsternen

Zu diesem Test kann man sich ein Doppelsternsystem - oder wie hier beschrieben - ein Dreifach-Sternssystem basteln, in dem man einfach die Löchlein knapp nebeneinander in die Aluminiumfolie sticht. Die Lochabstände werden dann mit Hilfe eines Taschenmikroskops und einer Präzisions-Messplatte (diese werden hauptsächlich zur Prüfung von Werkstücken verwendet) so präzise wie möglich ausgemessen. In diesem Fall betragen die Lochabstände 0,28 und 0,54 mm bei einem Durchmesser von knapp 0,1 mm, wobei ein Löchlein um 8° versetzt ist (siehe Grafik). Somit entspricht eine Entfernung von 57,78 m exakt dem Abstand einer Bogensekunde bzw. 1,93".
Ein Kreis hat 360° - was wiederum 21.600' oder 1.296.000" entspricht.
Ein Abstand von 0,28 mm entspricht einem Umfang von 362.880 mm = 362,88 m
            Rechenbeispiel:    0,28 mm × 1.296.000" = 362.880 mm

Da man den Doppelstern vom Radius aus betrachtet, ergeben sich 57.783 mm = 57,78 m
            Rechenbeispiel:     362.880mm : 3,14 : 2 = 57.783 mm

Wird der Doppelstern aus einem Abstand von 32,5 m betrachtet, so ergeben sich 1,77"
            Rechenbeispiel:     57,78 m : 32,5 m = 1,77"
Mit einem 50-m-Maßband in cm-Einteilung konnte ich die Abstände des Fernrohres zu den künstlichen Sternen genau abmessen und den Sternabstand bestimmen.

Die Tests machte ich mit meinem Zeiss-Refraktor 80/500. Die Messungen wurden in einer leerstehenden Montagehalle durchgeführt, um möglichst wenig Beeinträchtigungen des Seeings durch Wind und Sonneneinstrahlung zu haben.
Zum Beobachten von engen Doppelsternen empfiehlt sich eine Austrittspupille von 0,5 mm und wenn es die Qualität der Optik erlaubt, kann die AP sogar noch kleiner sein. In diesem Fall benutzte ich ein 5 mm Okular und eine 2fach-Barlowlise und erreichte somit 0,4 mm AP bei einer Vergrößerung von 200fach. Bei einem Abstand von 25 m konnte ich mit meinem Instrument die Beugungsscheibchen wie auf Abb.1 sehen. Der weite Abstand hat 5,2" und der engere einen solchen von 2,3", wobei auch der 8°-Versatz zu erkennen ist. Es waren - je nach Helligkeit der "Sterne" - noch ein oder mehrere Beugungsringe zu beobachten, diese wurden hier aber nicht extra eingezeichnet. Auch die Scheibchen erkennt man hier vergrößert, sind aber maßstabsgetreu dargestellt.
Nun erhöhte ich den Abstand der künstlichen Sterne schrittweise auf 32,5 m. Der kurze "Sternabstand" hat dann 1,77" und die Scheibchen berührten sich gerade (Abb.2). Dieser Abstand entspricht ungefähr dem Rayleigh-Kriterium, was in diversen Fachbüchern beschrieben wird. Ein Abstand von 40m zeigt schon eine deutliche 8-Form (Abb.3), das dem Dawes-Kriterium entspricht. Eine Erhöhung des Abstandes auf 45 m ergibt 1,28", wobei im Fernrohr schon eine engere Acht zu erkennen war (Abb.4). Bei 50 m (1,15") war es schon keine Acht mehr, sondern ein länglich rundes Gebilde (Abb.5). Nun näherte ich mich langsam dem Abstand von einer Bogensekunde. 55 m entspricht 1,05" und ich konnte ein kleines Oval erkennen (Abb.6). Mit 58 m (0,99") war ich überrascht, dass der sehr enge Doppelstern noch als solcher enttarnt werden konnte. Er war im Vergleich zum anderen Stern immer noch ganz leicht gestreckt (Abb.7). Die Erweiterung des Abstandes um einen weiteren Meter (0,975") ergab folgendes Bild: Der Doppelstern hatte immer noch eine kleine Beule. Allerdings war es hier praktisch, direkt mit dem Einzelstern zu vergleichen, welcher ja exakt rund ist. Aber auch bedingt durch die Luftunruhe wurde die Beobachtung zunehmend erschwert. Bei einem weiterer Versatz um 1m (0,96") wurde es noch schwieriger, eine leichte "Unrundheit" konnte ich höchstens nur noch vermuten. Erst bei 0,945" war vom Doppelstern nichts mehr zu sehen, beide Komponenten hatten gleich runde Beugungsscheibchen (Abb.8).
Es erstaunte mich schon einigermaßen, dass ich mit dieser kleinen 80-mm-Optik 0,03 Bogensekunden feststellen konnte. Schließlich war beim Abstand von 0,975" noch eine kleine Beule zu erkennen und erst bei 0,945" war der "Stern" absolut rund. Ich wiederholte deshalb meine Messungen und die Berechnungen am nächsten Tag und kam wieder auf das selbe Ergebnis.
Mein nächster Gedanke war folgender: Da ich in der Literatur über jenes Phänomen - also die Differenz vom äußerst schwach angedeuteten Doppelstern zum winzig kleinen Betrag eines exakt runden Beugungsscheibchen - bislang keine exakte Bezeichnung fand, könnte man diese Erscheinung ja als das "Zellhuber-Kriterium" benennen. Spaß beiseite, aber welcher Astronom - egal ob Profi oder Amateur - würde es sich nicht wünschen, dass sein Name für alle Zeiten für einen bestimmten Begriff in der Astronomie verwendet wird. Ich glaube aber, dass schon die ersten ernsthaften Doppelsternbeobachter dieses Phänomen erkannten und meine Hoffnungen eher als gering einzustufen sind, dass sich deswegen mein Name in der Astronomie verewigen könnte. Egal - die Messungen an den selbstgebastelten künstlichen Doppelsternen haben trotzdem großen Spaß gemacht.
Ganz interessant ist es auch, mit farbigen künstlichen Sternen bzw. Doppelsternen zu experimentieren. Dazu braucht man nur ein Farbfilter vor den künstlichen Stern setzen. Ich drehte mir ein Teil, das an die Öffnung der Dose befestigt wird und daran die entsprechenden Filter angeschraubt werden können. So wird man z.B. sehen, dass ein blauer "Stern" ein kleineres Beugungsscheibchen hat als ein roter.
Man kann auch an einem Refraktor überprüfen, ob ein blauer Stern in der selben Fokusebene ist wie ein roter. In der Regel sind Refraktoren so korrigiert, dass Rot und Blau im selben Fokus steht. Das überprüfte ich an meinen beiden 80/500-Objektiven. Ein Objektiv passte perfekt, auch die Farben Grün und Gelb lagen sehr eng beieinander. Beim anderen Objektiv lag Blau 0,3 mm von Rot entfernt, diesen Wert konnte ich mit der Messuhr feststellen, die an das Auszugsrohr geschraubt war. Allerdings muss das Objektiv in solchen Fällen nicht von minderer Qualität sein. Das Objektiv kann für einen bestimmten Glasweg korrigiert sein, z.B. für Umkehrprismen. Probeweise setzte ich ein Dachkantprisma mit 28 mm Breite ein und der Wert sank auf 0,2 mm. Bei einem Dachkantprisma mit 35 mm Breite waren es dann nur noch 0,15 mm.

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