Wohin zeigt die Stundenachse einer parallaktischen Montierung, wenn der Polarstern fehlt? Auf den Himmelspol, und der ist ein Punkt im leeren Himmel, der sich in drei Schritten finden lässt: Breitengrad und Kompass für die Grobeinstellung, Sternfiguren für die Annäherung und die Driftmethode für ein Ergebnis, das Belichtungen von mehreren Minuten trägt.
Der Polarstern war ohnehin nur ein Wegweiser. Er steht rund 0,7 Grad vom Himmelsnordpol entfernt, das entspricht etwa anderthalb Vollmonddurchmessern, und umkreist den Pol in 23 Stunden und 56 Minuten einmal. Polsucher mit Skala rechnen diese Abweichung aus Datum und Uhrzeit heraus. Auf der Südhalbkugel entfällt auch dieser Umweg, denn dort markiert kein heller Stern den Pol: Sigma Octantis leuchtet mit 5,4 mag, steht etwa 1 Grad daneben und verschwindet in jedem aufgehellten Vorstadthimmel. Nördlich des Äquators scheitert die Ausrichtung am Polarstern an Dachfirsten, Baumkronen und Wolkenlücken, und zwar meist in der einen Nacht, in der sonst alles stimmt. Ein Beobachtungsplatz mit Nordhorizont, der hinter einem Hang verschwindet, ist ebenso betroffen. Das Verfahren ohne Polarstern gehört deshalb zur Grundausstattung jedes Astrofotografen. Es liefert je nach Sorgfalt einen Fehler von etwa 1 Grad bis herunter zu 2 Bogenminuten, und der Unterschied zwischen beiden Werten entscheidet, ob Sternpunkte rund bleiben oder zu Strichen werden.
Was vor dem Aufbau bereitliegen muss
Die Höhe des Himmelspols über dem Horizont entspricht der geografischen Breite des Standorts. München liegt bei 48,1 Grad, Hamburg bei 53,6 Grad, und auf der Südhalbkugel zeigt die Achse in Sydney bei 33,9 Grad Südbreite genauso viele Grad über den Südhorizont. Dieser Wert muss auf etwa 0,1 Grad bekannt sein, was jede Karten-App oder ein GPS Empfänger liefert, und er wird an der Höhenskala der Montierung eingestellt, bei Montierungen ohne Skala mit einem Neigungsmesser auf der Stundenachse.
Für die Himmelsrichtung dient ein Kompass, dessen Nadel nicht nach Geografisch Nord zeigt. In Deutschland liegt Magnetisch Nord je nach Ort und Jahr etwa 3 bis 6 Grad östlich davon, die Nadel muss also um diesen Betrag nach links verdreht werden, bis sie auf den Wert der Missweisung zeigt. Stahlstative, Gegengewichte und Handys neben dem Kompass lenken die Nadel um mehrere Grad ab, deshalb wird zwei Meter abseits der Montierung gepeilt. Ein Handy mit Kompass App zeigt im Feld häufig Fehler von 10 Grad und mehr und taugt höchstens als Plausibilitätsprüfung. Rotes Licht hält die Dunkeladaption der Augen, die beim Beobachten schwacher Lichtquellen wie Polarlicht entscheidend ist, auch während der Einstellarbeit aufrecht.
- Kompass mit bekanntem Wert der Missweisung für den Standort
- Breitengrad des Platzes auf 0,1 Grad genau
- Wasserwaage oder Neigungsmesser für das Stativ
- Fadenkreuzokular, möglichst beleuchtet, mit rund 12 mm Brennweite
- zwei helle Sterne, einer nahe Meridian und Himmelsäquator, einer im Osten
- Rotlicht Taschenlampe für Notizen und Skalen
Der Ablauf bis zur nachführfesten Achse
Das Stativ steht zuerst waagerecht, denn jede Schieflage verschiebt Höhe und Himmelsrichtung gleichzeitig. Danach folgt die Grobausrichtung nach Kompass und Breitenskala, die den Pol auf etwa 1 bis 2 Grad trifft. Für die Feineinstellung dient die Driftmethode nach Scheiner, die ohne Polarstern auskommt, weil das Fernrohr selbst als Messgerät arbeitet: Läuft die Nachführung bei richtig ausgerichteter Achse exakt mit, bleibt ein Stern im Fadenkreuz stehen. Jede Abweichung zeigt sich als langsames Wandern. Ein Fadenkreuzokular macht diese Bewegung messbar, weil der Stern an den Linien entlangläuft und nach einem Rest von wenigen Minuten schon die Hälfte eines Linienabstands zurückgelegt hat. Als Stern eignet sich alles, was hell genug für ein Okular mit starker Vergrößerung ist und dessen Deklination zwischen minus 10 und plus 10 Grad liegt. Die Ausrichtung nach Kompass genügt als Start, weil die Driftmethode bei großen Fehlern schneller wandernde Sterne liefert und die Korrektur dadurch rascher gelingt. Das Zeitfenster für den ersten Durchgang beträgt bei einem Anfänger meist eine halbe Stunde, bei Routine zehn Minuten.
- Stativ mit der Wasserwaage ausrichten und eines der Beine ungefähr nach Norden stellen, auf der Südhalbkugel nach Süden.
- Höhenskala auf die geografische Breite setzen.
- Montierung nach Kompass auf Nord drehen, mit Abzug der örtlichen Missweisung.
- Einen hellen Stern nahe Meridian und Himmelsäquator einstellen, Nachführung einschalten und das Fadenkreuz parallel zur Rektaszensionsrichtung drehen.
- Fünf Minuten beobachten und die Richtung der Wanderung in Nord oder Süd notieren.
- Wandert der Stern nach Süden, zeigt die Achse zu weit nach Osten, bei Wanderung nach Norden zu weit nach Westen. Die Azimutschrauben werden um etwa die Hälfte des vermuteten Fehlers korrigiert.
- Einen Stern im Osten, etwa 20 Grad über dem Horizont und nahe dem Äquator, einstellen. Wandert er nach Norden, steht die Achse zu hoch, bei Wanderung nach Süden zu niedrig.
- Beide Prüfungen wiederholen, bis in fünf Minuten kaum mehr als 3 Bogensekunden Wanderung bleiben.
Auf der Südhalbkugel kehren sich beide Zuordnungen um. Bei der Wanderung ist die Himmelsrichtung im Bild gemeint, nicht die Richtung am Okular, die durch Spiegel oder Zenitprisma gedreht sein kann. Zur Kontrolle genügt ein kurzes Antippen der Nachführung in Deklination, denn der Stern läuft dann in Richtung Norden oder Süden aus dem Fadenkreuz und zeigt, welche Seite im Okular welcher Himmelsrichtung entspricht.
Welcher Fehler wie weit wandern lässt
Die Wanderung eines Sterns wächst linear mit dem Fehler der Achse. Im ungünstigsten Fall, bei einem Stern nahe dem Himmelsäquator, beträgt sie pro Minute etwa das 0,0044fache des Fehlers, denn die Erde dreht sich in 86164 Sekunden einmal um sich selbst, und der Winkel pro Minute im Bogenmaß ist 2π durch diese Zahl mal 60. Bei einem Fehler von 10 Bogenminuten, also 600 Bogensekunden, ergeben sich so 2,6 Bogensekunden pro Minute und 13 Bogensekunden in fünf Minuten.
Mit einem Fernrohr von 1000 mm Brennweite und einer Kamera mit 3,76 Mikrometer Pixelgröße liegt der Bildmaßstab bei 0,78 Bogensekunden je Pixel. Dieser Fehler von 10 Bogenminuten verschiebt den Stern in einer fünfminütigen Belichtung um 17 Pixel, das ist ein deutlicher Strich. Die Tabelle zeigt die Werte für andere Fehlergrößen, wobei die ungünstigste Sternlage angenommen wurde. Bei Sternen weiter nördlich oder südlich vom Äquator schrumpft der Wert um den Kosinus der Deklination, ein Stern bei 60 Grad wandert also nur halb so weit. Das erklärt, warum Aufnahmen in der Nähe des Pols viel verzeihender sind als solche am Äquator, und warum bei Weitwinkelobjektiven von 24 mm Brennweite selbst 30 Bogenminuten Fehler in 30 Sekunden Belichtung kaum auffallen.
| Fehler der Polachse | Wanderung pro Minute | Wanderung in 5 Minuten | Wanderung im Bild in Pixeln |
|---|---|---|---|
| 60 Bogenminuten | 15,8 Bogensekunden | 78,8 Bogensekunden | 101 |
| 30 Bogenminuten | 7,9 Bogensekunden | 39,4 Bogensekunden | 51 |
| 10 Bogenminuten | 2,6 Bogensekunden | 13,1 Bogensekunden | 17 |
| 5 Bogenminuten | 1,3 Bogensekunden | 6,6 Bogensekunden | 8 |
| 2 Bogenminuten | 0,5 Bogensekunden | 2,6 Bogensekunden | 3 |
Der häufigste Fehler beim Driften
Die meisten Fehlschläge entstehen nicht an der Montierung, sondern bei der Deutung der Wanderung, und sie lassen sich mit etwas Disziplin vermeiden. Ein Stern, der nach fünf Minuten leicht nach Süden gewandert ist, wird gern auf die Schrauben des falschen Rades geschoben: Azimut und Höhe beeinflussen sich, und wer zuerst die Höhe verstellt, obwohl der Azimut falsch ist, bekommt nach der Korrektur keine Verbesserung. Die Reihenfolge lautet deshalb: zuerst Azimut mit dem Stern am Meridian, dann Höhe mit dem Stern im Osten, danach beides noch einmal kurz prüfen.
Ein zweiter Stolperstein ist das Getriebespiel. Wird bei der Prüfung die Deklination mit der Handsteuerung nachkorrigiert, bleibt das Spiel in einer Richtung gefangen, und die Wanderung wird verfälscht. Die Korrektur gehört immer in dieselbe Richtung, am besten ohne die Handsteuerung zu berühren. Auch Biegungen im Leitrohr oder Wind verfälschen die Beobachtung, sodass bei Böen die Messung wiederholt werden sollte. Nach einem Stoß gegen das Stativ genügt es meist, nur den Azimut nachzustellen, denn die Höhe hält die Klemmung der Skala zuverlässig fest. Die Prüfung beider Achsen bringt Sicherheit, kostet aber eine Viertelstunde Beobachtungszeit.
