Ein Erfahrungsbericht

Hilfe für die Polausrichtung

Eine schöne Vorstellung: Eine kleine Sternwarte ziert meinen Garten auf einem Hügel fernab hell erleuchteter Städte. Teleskop und Montierung sind fest aufgestellt und einmal genau ausgerichtet worden. Die Kamera ist fest am Teleskop installiert und vollständig verkabelt. Alles ist ausbalanciert und steht einsatzbereit mit einem Fingerschnipp auf den Elektroschalter zur Verfügung.

Leider ist es nicht so. Abgesehen davon, dass auch eine Sternwarte Pflege und hin und wieder einen Schraubendreher benötigt, habe ich nicht einmal eine. Und schon gar keinen Garten auf einem Hügel fernab hell erleuchteter Städte. Ich wohne in einer solchen Stadt. Also muss ich und die gesamte Fotoausrüstung mobil sein. Die Fotoausrüstung besteht aus einem Stativ, einer mittelschweren Montierung, dem Astrographen, der Kamera, einem Leitrohr und einer Nachführkamera sowie vielem anderen notwendigen Zubehör. Dies alles muss verpackt an einen wunderschönen Ort mit dunklem klarem Himmel auf das Land gefahren werden, dort ausgeladen, aufgebaut und schließlich möglichst genau ausgerichtet und ausbalanciert werden.

Kurzgefasst ist die Astrofotografie mit beweglichem Inventar aufwendig. Die nutzbare Netto-Zeit verkürzt sich um gut zweieinhalb Stunden. Mindestens! Jede Erleichterung, die Zeitersparnis ohne Qualitätseinbuße bringt, ist willkommen.

Die genaue Ausrichtung der Montierung parallel zur Erdachse ist ein zentraler Bestandteil des Aufbaus und trägt maßgeblich zur Qualität der Aufnahme bei. Eine schlechte Aufstellung führt zu Bildfeldrotation und erschwerter Nachführung. 
Das übliche Vorgehen mittels der „Scheiner-Methode“ liefert anständige Resultate, ist aber zeitaufwendig. Eine Beschleunigung der Methode lässt sich mit Hilfe einer Kamera und passender Software erreichen. Doch ein Minimum von einer halben Stunde muss auch hiermit eingerechnet werden.

Einige Jahre lang begeisterte mich die Lösung von René Görlich in dessen Gemini-Steuerung, die hervorragend mit Losmandy-Montierungen zusammenarbeitet. Ähnlich wie TPoint von Software Bisque wird durch Anfahren verschiedener Stelle durch die Software ein Modell erstellt. Dieses Modell parametrisiert die Aufstellung, Montierung, Zeit und Ort und gibt schließlich genaue Angaben zur Ausrichtung vor. Innerhalb von zwanzig Minuten erreicht man eine recht genaue Aufstellung (meist kleiner als drei Bogenminuten, bestenfalls weniger als eine Bogenminute). Allerdings mit der Gefahr, auch total daneben zu greifen – welcher der beiden Sterne war doch noch gleich Castor? Und welcher Pollux?

Etwas fehlerbehafteter, aber noch ausreichend (~10′) genau ist die Justage mit Hilfe des Takahashi-Polsuchers der EM-Montierungen. Der Vorgang ist in wenigen Minuten abgeschlossen, bedarf aber einiger akrobatischer Körperübungen.

Letztendlich scheint es immer auf einen Kompromiss zwischen Zeit und Qualität herauszulaufen. 

In stillen Stunden denke ich über eine Automatierung der Polausrichtung nach. Eine an der Montierung angebrachte Kamera nimmt ein Himmelsareal auf und steuert Stellmotoren zur Einstellung von Azimuth- und Polhöhe. Während dieser Prozess läuft, kann ich mich anderen Aufgaben widmen. Schön wär’s.

ALccd-QHY PoleMaster

2015 hat QHYCCD  mit dem PoleMaster ein Produkt vorgestellt, das in die Richtung der Automatisierung weist. Eine Kombination aus Kamera und Software, die die Polausrichtung vereinfacht und dabei zu sehr guten Ergebnissen führt.

In Deutschland kann der PoleMaster über die Firma astrolumina unter dem Namen ALccd-QHY PoleMaster bezogen werden. Ich habe mich sehr über die gute Beratung und das Engagement gefreut. Auf meine Nachfrage zur Adaption des PoleMasters bot man mir an, eine passende Lösung für meine EM400 zu drehen und zur Verfügung zu stellen. Kurz darauf gab es von QHYCCD selbst einen für die EM400 passenden Adapter, über den mich astrolumina informierte und mir diesen schließlich nach Vereinbarung unmittelbar im Paket mit dem PoleMaster zusandte.

Unboxing

Sicher verpackt erhielt ich ein Paket mit zwei Teilen, jeweils noch einmal in Zipp-Beuteln verschlossen. Ein Teil enthielt die metallene Schachtel mit dem PoleMaster, der andere den Adapter für die Montage an der Montierung.

 

Hardware

Basis der 70 Gramm leichten Kamera ist der CMOS-Sensor mit 728 x 560 quadratischen Pixeln mit der Kantenlänge 5,6 µm. Der Aptina ASX340 ist vor allem in der Sicherheitstechnik als Überwachungskamera bekannt. Er eignet sich nach meiner Erfahrung ebenso hervorragend für den Einsatz als Polsucher.

Der Verbrauch hält sich mit einem Aufnahmestrom von 70 mA bei 5 V in Grenzen und kann daher seinen Strom problemlos über den USB-Port beziehen.

Die der Kamera vorgeschaltete Optik ist praktisch ein kleines Teleskop mit 25 mm Brennweite. Damit deckt das System ein Feld von rund 11° x 8° ab und ermöglicht ein leichtes Auffinden des Polarsterns. Die Auflösung beträgt dabei etwa 30″. Mit der mathematischen Berechnung der Zentroiden der aufgenommen Sterne ermöglicht dies eine mehr als ausreichende Genauigkeit bei der Polausrichtung.

 

Installation

Eine überraschend einfache und schnelle Angelegenheit war die Installation an der EM400: Schutzdeckel des Polsuchers abschrauben, Montierungs-spezifischen Adapter einschrauben, Kamera mittels dreier Schrauben auf den Kamerasockel aufschrauben, Kamerasockel in den Flansch des Montierungsadapters einsetzen und über Feststellschraube sichern. Fertig.

Die Kamera ist mit einem Schraubdeckel vor Staubeintritt geschützt. Dem Deckel ist eine Sicherungsschnur beigelegt, damit er nicht in der Dunkelheit abhanden kommt. Soll die Kamera verstaut werden, kann sie leicht aus der Kupplung herausgenommen werden und durch den ebenfalls im Adapterpaket enthaltenen Staubschutzdeckel ersetzt werden. Während der Montierungsadapter also nun seinen festen Bestimmungsort an der Montierung gefunden hat, kann selbst der original Polsucher weiterhin verwendet werden. Eine durchdachte Lösung.

Software

Der Kamera beigefügt ist eine kleine CD mit den erforderlichen Dateien (für Windows). Der Systemtreiber, die PoleMaster-Anwendung und schließlich die zugehörige (englischsprachige) Anleitung als PDF-Datei. Als Freund aktueller Software habe ich das Internet in Anspruch genommen und mir alle Dateien direkt beim Hersteller heruntergeladen. Dort steht ebenfalls eine Version für Apple Macintosh zur Verfügung. Ebenfalls kann die Software über die Seiten von astrolumina heruntergeladen werden. (Übrigens habe ich beim Versionsvergleich festgestellt, dass die auf der CD enthaltende Software aktuell war.)

Die Installation erfolgt in zwei Schritten. Zunächst muss der Systemtreiber aufgespielt werden. (Bei mir erscheint im ersten Dialog ein Popup mit Ötzelzeichen. In der Dropdown-Box auf diesem Dialog kann „English“ ausgewählt werden, um anschließend besser informiert fortfahren zu können.) Wenn ich die Kamera über den USB-Port mit dem Computer verbinde, werde ich zu einem Neustart aufgefordert. Nach dem erneuten Start kann das eigentliche PoleMaster-Programm installiert werden. 

Die Software habe ich auf zwei Notebooks installiert. Das eine ist ein Lenovo T25 und läuft auf Basis Windows 8 64bit. Das andere ist ein Mini-Notebook U100 von MSI aus dem Jahr 2008, das noch Windows XP als Betriebssystem nutzt und hinsichtlich der Prozessorleistung alles andere als auf dem aktuellen Stand ist. Auf beiden verlief die Installation unspektakulär und fehlerfrei. Nur bei der Verbindung mit der Kamera aus dem Programm heraus benötigt man bei dem Mini-Notebook etwas Geduld. Es kann eine halbe Minute dauern, bis sich die Kamera erfolgreich rückmeldet. Danach aber läuft alles „rund“.
MSI Wind U100
MSI Wind U100

 

Das Programm macht einen aufgeräumten Eindruck. Allerdings ist die deutsche Übersetzung noch sehr sperrig. Die Sprache kann schnell über das Menü eingestellt werden; so ist bei mir als Programmsprache Englisch eingestellt, da dies manchen Menütext deutlicher erklärt.
Die Benutzerführung ist klar und vor allem sachbearbeiterfreundlich sortiert. Links in der Werkzeugleiste sind die Aktionen in Abfolge der Schritte von oben nach unten angeordnet.
QHY PoleMaster Software DE

Im Einsatz

Für den Transport der Gerätschaften im Auto nehme ich den PoleMaster ab und verstaue ihn sicher in einem Gerätekoffer. Bei Ankunft am Zielort stelle ich die Montierung grob über Kompass (bei Tag) oder in Richtung zum Polarstern nach Norden aus. Anschließend montiere ich die Gegengewichte, das Teleskop und Kamera-Gedöns. Damit kann ich beginnen, die Montierung auszubalancieren. Ist dies erledigt, setze ich den PoleMaster auf und schließe ihn an mein in der Zwischenzeit hochgefahrenes Notebook an. Über einige wenige Einstellknöpfe (Buttons) lässt sich schnell die beste Belichtungszeit und Verstärkung (Gain) auswählen. In meinem Fall ist die in der Regel die Einstellung 100 ms Belichtungszeit und Gain 70x.

Drei Schritte

Der Prozess zur Polausrichtung der Montierung mit dem PoleMaster erfolgt in drei Schritten. Der erste Schritt dient dazu, die Ausrichtung der Kamera sowie ihre Lage zur Montierung festzustellen. Im PoleMaster-Sprech heißt dies „Feststellung des Rotationszentrums“. Dieser Schritt kann ausgelassen werden, wenn die Kamera seit der letzten Sitzung fest und unverrückt an der Montierung verblieb.
Im zweiten Schritt erfolgt eine Grobausrichtung („Rau“ beziehungsweise „Rough“), im dritten Schritt die Feinausrichtung.
Generell ist die Software mit aufgelegten Pfeilen und Markierungen sowie kurzen Hilfetexten recht spendabel und unterstützt den Benutzer bei den anstehenden Aufgaben.

  1. Die Feststellung des Rotationszentrums ist die aufwendigste Prozedur. Zunächst muss festgestellt werden, welcher der abgebildeten Sterne Polaris (P) ist. Dazu muss der Stern P mit der Maus ausgewählt werden. Ein grüner Kreis markiert dann die Auswahl. Eine „Fünf-Sterne-Maske“ muss mit den fünf helleren um Polaris stehenden Sterne in Deckung gebracht werden. Die Maske wird durch fünf entsprechend angeordnete rote halbtransparente Kreise dargestellt. Zur Eingabe dienen einerseits die Pfeiltasten der Tastatur, andererseits auch ein mit der Maus bedienbarer Schieberegler.
    Nachdem die Maske mit den Sternen in Deckung gebracht wurde, ist man aufgefordert, einen Stern A etwas abseits des Bildzentrums auszuwählen und die Montierung um die Rektaszensions-Achse zu drehen. Der Drehwinkel sollte zwischen 30° und 45° liegen. Streng empfohlen ist, die Drehung über die Steuerung bei geklemmter Achse durchzuführen. Andernfalls kann das manuelle Drehen, das Lösen und erneute Klemmen zu Verkippungen der R.A.-Achse führen. Nach Wiederholen des Vorgang ist das Rotationszentrum errechnet; eine grüne Kreislinie über den zuvor verfolgten Stern A zeigt den Erfolg an. Wenn die Montierung nun wieder in die Ausgangsstellung zurückgefahren wird, muss Stern A auf der grünen Kreislinie entlanglaufen. Bei Nichterfolg muss die Auswahl des Sternes P überprüft werden und der Rotationsvorgang wiederholt werden.
  2. Zur groben Polausrichtung wird noch einmal Polaris mit Hilfe der Maus ausgewählt und die Fünf-Sterne-Maske noch einmal in Deckung mit den entsprechenden Sternen gebracht. Nach Bestätigung des Vorgangs wird der kleine grüne Kreis neu gezeichnet. Seine Position markiert die Sollposition für Polaris. Dementsprechend fordet die Software den Benutzer nun auf, Polaris mittels der Höhen- und Azimutverstellung der Montierung inmitten des grünen Kreises zu platzieren. Nach Erfolg sollte die Montierung bereits auf wenige Bogenminuten genau zum Himmelspol ausgerichtet sein.
  3. Der letzte Schritt, die Feinausrichtung, beginnt wie Schritte 1 und 2. Polaris muss ausgewählt und die Fünf-Sterne-Maske genau platziert werden. Danach werden ein roter und ein grüner Kreis, die wieder mittels der Höhen- und Azimutschrauben der Montierung in Deckung gebracht werden müssen. Bei schlechtem Seeing erfordert dieser Vorgang etwas mehr Geduld, da die Positionen der durch die Kamera aufgenommen Sterne leicht schwanken und damit die errechnete Position des grünen Kreises leicht hin- und herwackelt. Mit etwas Fingerspitzengefühl und intuitivem Mitteln kommt man aber doch recht gut zu einem guten Ergebnis.

Fertig

Der gesamte Vorgang sollte keine zehn Minuten in Anspruch genommen haben. Meist sogar nur fünf Minuten. Da meine Temma II-Steuerung der EM400 nur eine maximale Goto-Geschwindigkeit der 250-fachen sideralen Geschwindigkeit zulässt, stellen die Rotationen in Schritt 1 die zeitintensivsten Prozeduren dar (etwa 30-40 Sekunden je Hinfahrt plus 60 bis 80 Sekunden für die Rückfahrt in die Startposition).
Dafür entspricht die Qualität der Ausrichtung mit Hilfe des PoleMasters annähernd der eines gewissenhaften und zeitintensiven Einscheinerns. Meine Nachführungskurven jedenfalls sprechen eine deutliche Sprache. Eine grobe Messung des Fehlers mittels CCDWare PemPro V2 ergab einen Ausrichtungsfehler von rund 0,35″ ± 0,15″. Gar nicht übel!

Runde Sterne bei nahezu perfekter Polausrichtung der Montierung

M1 (Taurus)

Fazit

Der ALccd-QHY PoleMaster hat meine Erwartung erfüllt. Oder kurzgefasst: Ich bin begeistert. 

Die Hardware ist im Handumdrehen installiert und einsatzbereit. Zu beachten ist allerdings, dass zusätzlich zum PoleMaster auch der passende Adapter bestellt (oder gebaut) werden muss. Eine (bebilderte) Liste der verfügbaren Adapter kann auf den Seiten von astrolumina unter PoleMaster Montierungsadapter eingesehen werden.

Die Software ist auf ihren Zweck zugeschnitten und relativ einfach zu bedienen. Sie bietet für zukünftige Versionen noch Potential bei den Automatismen und vor allem bei der deutschen Übersetzung. Sie lässt sich allerdings problemlos auf alten wie auch neuen Systemen installieren und lief bei mir durchweg stabil. Mit der Benutzerführung in englischer Sprache ist die PoleMaster-Anwendung ein gutes und leicht zu beherrschendes Werkzeug, dass nur marginal Wünsche offen lässt. (Nachtrag Dezember 2016: Zwischenzeitlich hat QHY nachgeliefert und errechnet die der Polhöhe zugeordnete Refraktion. Man ruht sich also nicht aus, sondern entwickelt weiter an nützlichen Lösungen.)

Die Qualität der Ausrichtung ist hervorragend, gerade wenn man die zu investierende Zeit betrachtet. Abgesehen von der Notwendigkeit eines Computers (wann gibt es eigentlich eine Lösung für das Apple iPad?) ist die Zeit der Kompromisse vorbei. Endlich!

Nachtrag 

(Februar 2017) Zwischenzeitlich hat the Zeitschrift Sky & Telescope den QHY PoleMaster mit dem Titel „Hot Product 2017“ gekührt. 

Sky & Telescope Hot Product 2017