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Die Messung der Himmelsqualität

Auf dieser Seite stelle ich den Sky Quality Meter - L, die Messung der Luftschichten mit einem Infrarotthermometer und die Bortle Skala vor.

Der Sky Quality Meter - L

Der Sky Quality Meter L (SQM–L) ist ein Messgerät zur Bestimmung der Himmelshelligkeit. Mit dem Sky Quality Meter ist eine objektive Messung der Himmelshelligkeit möglich.
 
 

Der Sky Quality Meter misst die Helligkeit des Nachthimmels in Magnituden pro Quadratbogensekunde (arcsec² oder □").

Im Gegensatz zum "normalen" SQM ohne Linse ist bei diesem Gerät vor dem Sensor eine Linse eingebaut.
Der Empfindlichkeitsbereich (FWHM) wird dadurch auf einem Kegel von ~ 20° einschränkt. Durch den engeren Erfassungswinkel im Gegensatz zum SQM ohne Linse, das einen Kegel von ~ 42°, hat wird eine Messung von horizontnahen Aufhellungen vermieden.
~ 19° außerhalb der optischen Achse ist die Empfindlichkeit gemessen an einer Punktlichtquelle um den Faktor 10 geringer als auf der Messachse.
Punktquellen die sich ~ 20° und ~ 40° außerhalb der optischen Achse befinden werden 3.0 oder 5.0 Magnituten schwächer gemessen.
Üblich ist es, im Zenit zu messen.

Die Eigenschaften vom SQM-L:

• Die Messung erfolgt im visuellen Bereich, ein Filter, der das nahe Infrarot blockt ist vor dem Sensor eingebaut.
• Die Temperatureinflüsse vom Sensor (Dunkelstrom) und von der Elektronik werden bei der Messung berücksichtigt.
• Ein Verpolungsschutz für die Batterie ist eingebaut, Betrieb mit einer 9 Volt Blockbatterie.
• Die Helligkeit der LED passt sich in zwei Stufen der Himmelshelligkeit an. Unter dunklem Himmel wird sie dunkler geschaltet, damit die Adaption der Augen an die Dunkelheit erhalten bleibt.
• Anzeige der Temperatur in °Celsius oder °Fahrenheit.
• Eine Messung dauert bis zu 80 Sekunden, ist aber in der Regel in wenigen Sekunden erledigt.
• Nach der Messung schaltet sich das Gerät von selbst ab.
• Abmessungen: LxBxH: 92x67x28mm.

Die Optik vom SQM–L

Wie wird gemessen:

• Das Gerät sollte an die Umgebungstemperatur angepasst sein.
• Darauf achten, das die Linse nicht durch Feuchtigkeit beschlagen ist.
• In Richtung Zenit messen.
• Darauf achten, das sich keine hellen Lichtquellen oder Abschattungen höher als 30° über den Horizont befinden.
  Diese können eine Messung beeinflussen.
• Mindestens drei Messungen vornehmen. Die ersten beiden Messwerte verwerfen.
• Auf "Start" drücken und warten bis der SQM den gemessenen Wert anzeigt.

Meine Erfahrungen mit dem SQM zeigen, das Gerät muss an die Umgebungstemperatur angepasst sein!
Bei einer Messung mit nicht an die Temperatur angepassten Gerät wird steht ein zu hoher Wert angezeigt und somit ein zu dunkler Himmel suggeriert. Das Gerät möglichst schon vorm Teleskopaufbau herauslegen, damit es sich anpassen kann.
 
 
Mit dem Sky Quality Meter (SQM) alleine ist aber noch keine Aussage über die Himmelsqualität möglich. Der SQM misst nur die Helligkeit des Himmels, es ist aber keine Messung der Durchsicht möglich, die für die Beobachtung schwacher Objekte ebenfalls sehr wichtig ist.

Als Beispiel folgende Situationen:
An einem dunklen Standort, ohne künstliche Lichtverschmutzung, ohne Mondlicht aber bei einer geschlossenen Wolkendecke erhält man mit dem SQM sehr gute Werte.
Auch wenn der Himmel wolkenfrei und ohne störendes Mondlicht ist, dafür aber dunstig ist, erhält man ebenfalls gute Messwerte.

In beiden Situationen wird man dennoch nicht beobachten können, bzw. es wird keine brauchbare Nacht geben, da die Durchsicht fehlt.

Um die Himmelsqualität annähernd beurteilen zu können, sollte man den SQM Messwert mit einer Bestimmung vom "Faintest Star" (fst) kombinieren.
Bei der fst Methode bestimmt man den mit den freien Augen am schwächsten zu erkennenten Stern. Das kann ein Stern in der Polsektion oder auch im Zenit sein.
Dazu fertig man entsprechende Karten an, in dieser die Sternhelligkeiten eingetragen sind. Diese Karten findet man auch im Internet.

Aber auch bei dieser kombinierten Methode gibt es dann immer noch inviduelle Unterschiede zu den einzelnen Beobachtern. Abweichungen in der Beurteilung der Himmelsqualität werden sich nicht vermeiden lassen.

Messung der Luftschichten mit einem Infrarotthermometer

Eine weitere Methode um die Transparenz zu bestimmen, könnte die Messung der Luftschichten mit einem Infrarotthermometer sein.
Gemessen wird aber nicht die Temperatur des Nachthimmels, sondern die darin enthaltene Feuchtigkeit (Wasserdampf) der sich in der Atmosphäre befindet.
Niedrige Werte sollten auf wenig Feuchtigkeit und Dunst in der Atmosphäre hindeuten, da das Messgerät dann in höhere und damit kältere Luftschichten vordringen kann.

Für diese Messungen benutze ich ein Infrarot- Thermometer "IR-230" von der Conrad Eigenmarke "Voltcraft ®" und ein Infrarot- Thermometer "5090" von der Firma "PeakTech ®".
Ich verwende zwei verschiedene Geräte, um einen Vergleich zu haben.

"Das Infrarotthermometer "VOLTCRAFT IR-230"

 
Herstellerangaben zum Strahlungsthermometer "VOLTCRAFT IR-230":

• Optik:
• Emissionsgrad:
• Genauigkeit:
   
• Messbereich:
• Betriebstemperatur:
• Ansprechzeit:
• Stromversorgung:

• 1:1
• 0,95 fix
• ± 2,5°C oder 2,5% (der jeweils höhere Wert)
  +⁄- 5°C (-10 bis -35°C)
• -35°C bis +250°C
• 0°C bis +50°C
• ca. 1 Sekunde
• 1 Knopfzelle CR 2032

Das Infrarotthermometer "PeakTech 5090"

 
Herstellerangaben zum Strahlungsthermometer "PeakTech 5090":

• Optik:
• Emissionsgrad:
• Spektrale Empfindlichkeit:
• Genauigkeit:
   
   
• Messbereich:
• Betriebstemperatur:
• Messfolge:
• Stromversorgung:

• 8:1
• 0,95 fix
• 6 - 14 µm
• -50°C ~ -20°C: ± 5,0°C
  -20°C ~ +200°C: ± 2,0°C oder ± 2% vom Messwert.
  
  
• -50°C bis +500°C
• 0°C bis +50°C
• 2,5x pro Sekunde
• 9 Volt Batterie

Das PeakTech Gerät hat zusätzlich zum Infrarot- Strahlungsthermometer noch ein Luftfeuchtigkeits- und Lufttemperatur Messgerät eingebaut.
Der Temperaturbereich geht von -20°C bis ca. +60°C, die relative Feuchte wird von 5 bis 95% gemessen.

So messe ich:

• Die Geräte lasse ich an die Umgebungstemperatur anpassen.
• Ich achte darauf, das die Linse nicht durch Feuchtigkeit beschlagen ist.
• Ich messe in Richtung Zenit.
• Mit dem "IR-230" nehme ich drei Messungen vor, das "PeakTech 5090" misst kontinuierlich.
• Beim "IR-230" auf "MEAS" drücken und warten bis der gemessene Wert anzeigt wird.

Das PeakTech Gerät hat sich für diese Messungen als ungeeignet erwiesen. Es hat zu oft einen Messwertüberlauf von < -50°C.
Sobald der Himmel augenscheinlich transparent ist, liefert es schon keinen Messwert mehr.

Ergebnisse der Messungen:

Eine wirkliche Aussage über die Transparenz des Nachthimmels konnte ich mit der Infrarotmethode bisher nicht treffen.
Meiner Meinung nach ist eine Bestimmung der Transparenz mit der Infrarotmethode nicht möglich.

Die gemessene Infrarottemperatur korreliert mit der Lufttemperatur. Bei hohen Lufttemperaturen messe ich auch hohe Infrarotwerte und umgekehrt.

Transparente und auch Nächte mit geringer Durchsicht können fast gleiche Messwerte ergeben. Keinen Zusammenhang konnte ich mit der Himmelshelligkeit und der Transparenz des Himmels feststellen.

Nachfolgend habe ich Diagramme von verschiedenen Nächten erstellt, die diese Zusammenhänge aufzeigen.
Durch einen Klick ins Diagramm läßt sich dieses größer Darstellen.

 
Die Diagramme:

Die lila Linie zeigt die Infrarottemperatur, die gelbe Linie die Lufttemperatur und die türkise Linie die Luftfeuchtigkeit.
Die blaue Linie steht für die Himmelshelligkeit, dem SQM-L Wert.

An der oberen "X" Achse steht die Uhrzeit in UT.

Die linke "Y" Achse ist auf die Messwerte von Infrarot, Lufttemperatur- und Feuchte skaliert.

Die rechte "Y" Achse ist auf die Himmelshelligkeit (SQM-L) skaliert.

 
Die Beobachtungsnacht vom 4. September 2013:

Der Himmel war in dieser Nacht wolkenlos, aber auch aufgehellt.
Es ging ein lebhafter Wind mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 8,1 km/h.
Das Seeing war in dieser Nacht nicht so überragend, die Sterne blieben bei hoher Vergrößerung im Okular etwas aufgebläht.

Beobachtungsbericht vom 4. September 2013.

 
Die Beobachtungsnacht vom 11. November 2013:

An meinem Standort bei Langenzenn, westlich von Nürnberg klarte der Himmel zum Abend hin immer weiter auf. Doch rechtzeitig nach Einbruch der Dunkelheit zog dichter Nebel auf.
Da es aber bis zum Monduntergang in der zweiten Nachthälfte um 1:30 Uhr noch dauerte, fuhr ich auf die Nord- Ostseite von Nürnberg zum Segelflugplatz Lauf- Lillinghof, in der Hoffnung, dort bessere Bedingungen vorzufinden.

Die Nacht oben am Flugplatz war zwar bisweilen sehr windig, mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 9,5 km/h und einem Maximum von 20 km/h. Die Nacht war klar und wolkenfrei.
Über den Städten weiter unten gelegen konnte ich eine Nebeldecke ausmachen, die die künstliche Beleuchtung abschirmte.

Beobachtungsbericht vom 11. November 2013.

 
Beobachtungsnacht vom 24. Mai 2014:

Schon im Laufe des Tages zogen sich die Wolken immer mehr zurück, bis gegen Abend der Himmel völlig frei von Wolken wurde.
Die Nacht wurde sehr klar, keine einzige Wolke zog umher.
Auch die Durchsicht war sehr gut. Selten gibt es an meinem Standort in Mittelfranken einen solch transparenten Himmel wie in dieser Nacht.

Meteoblue meldete zudem noch gute Seeingwerte. Im Okular waren selbst bei sehr hoher Vergrößerung die Objekte sehr ruhig.

Anfangs der Nacht ging noch ein leichter Wind, der sich aber schnell wieder legte. Er hatte eine Durchschnittsgeschwindigkeit von 2 km/h und eine maximale Geschwindigkeit von 11 km/h.
Beim Einbruch der Dunkelheit setzte sich auch noch viel Feuchtigkeit ab. Ich hielt mein Teleskop solange geschlossen, bis ich das beobachten anfing, so konnte sich die Luftfeuchtigkeit nicht auf den Spiegeln absetzen.

Beobachtungsbericht vom 24. Mai 2014.

 
Die Beobachtungsnacht vom 27. September 2014:

Ab dem Nachmittag zogen sich die Wolken immer weiter zurück, so das der Himmel bis zum Einbruch der Dunkelheit völlig frei von Wolken wurde.

Leider war die Nacht sehr feucht, es setzte sich sehr viel Feuchtigkeit auf den Teleskopen und den Spiegeln und Linsen ab.
Bis ca. 23:30 UT konnte ich beobachten, dann machte es keinen Sinn mehr, die Luftfeuchtigkeit war einfach zu hoch.

In dieser Nacht hatte ich einen sehr aufgehellten Landhimmel, die Transparenz des Himmels war in dieser Nacht nicht gerade überwältigend.

Es herrsche in dieser Nacht praktisch Windstille. Nur für kurze Zeit lebte der Wind etwas auf.
Die Durchschnittsgeschwindigkeit vom Wind war 0,9 km/h die maximale Geschwindigkeit 10,5 km/h.

Beobachtungsbericht vom 27. September 2014.

Die Bortle Skala

Die Bortle Skala wurde im Februar 2001 von John E. Bortle veröffentlicht. Mit dieser Skala kann man die Lichtverschmutzung ohne optische Hilfsmittel beurteilen.
Die Einteilung dieser Skala erfolgt in neun Klassen.
Die Skala wurde bei SKY & TELESKOPE veröffentlicht.

Bortle 1 Ort mit außergewöhnlich dunklem Himmel	Bortle 2 Ort mit sehr dunklem Himmel
Das Zodiakallicht, der Gegenschein und das Band vom Zodiakallicht sind sichtbar. Das Band vom Zodiakallicht geht über dem gesamten Himmel und ist sehr auffällig. Der Airglow ist ohne weiteres sichtbar. Die Milchstraße in der Schütze/Skorpionregion wirft deutliche Schatten auf dem Boden. Die Galaxie Messier 33 ist mit dem freien Augen im direkten Sehen ein auffälliges Objekt. Jupiter und Venus scheinen die Dunkeladaption zu stören. Teleskope und Mitbeobachter kann man vor dunklen Hintergrund (Gras oder Wald) fast nicht mehr sehen. Die Grenzgröße der Sterne in einem 50cm Teleskop liegt bei 19mag, mit einem 32cm Teleskop bei 17m5. Die Grenzgröße liegt mit dem freien Augen bei 7m6 bis 8m0.	Das Zodiakallicht ist noch hell genug, um nach Einbruch der Dunkelheit schwache Schatten zu werfen. Die Farbe ist im Vergleich zur blau– weißen Milchstraße deutlich gelblich. Der Airglow kann noch schwach am Horizont gesehen werden. Die Sommermilchstraße ist sehr strukturiert. Die Galaxie Messier 33 ist mit dem freien Augen relativ leicht im direkten Sehen sichtbar. Viele Messier Kugelsternhaufen kann man mit dem freien Augen sehen. Wolken am Himmel sind nur als dunkle Löcher oder Lücken vorm Sternenhimmel zu sehen. Das Teleskop und die Umgebung kann nur vage erkannt werden. Die Grenzgröße der Sterne in einem 32cm Teleskop liegt bei 16 oder 17mag. Die Grenzgröße liegt mit dem freien Augen bei 7m1 bis 7m5.
Bortle 3 Landhimmel	Bortle 4 Übergang von ländlichen zu vorstädtischen Regionen
Das Zodiakallicht ist im Frühling und Herbst noch deutlich zu sehen, die Farbe ist schwach angedeutet. Die Milchstraße ist noch deutlich strukturiert. Die Galaxie Messier 33 ist indirekt mit den freien Augen noch leicht zu sehen. Die Kugelsternhaufen Messier 4, 5, 15 und 22 sind auffällige Objekte für das freie Auge. Anzeichen von Lichtverschmutzung kann man entlang vom Horizont erkennen. Wolken über den hellsten Horizontaufhellungen sind schwach angeleuchtet. Teleskope sind aus einem Abstand von sechs bis neun Metern vage zu sehen. Die Grenzgröße der Sterne in einem 32cm Teleskop liegt bei 16mag. Die Grenzgröße liegt mit dem freien Augen bei 6m6 bis 7m0.	Das Zodiakallicht erstreckt sich zu Beginn der Dämmerung nicht mehr ganz über die halbe Distanz zum Zenit. Die Milchstraße ist immer noch deutlich zu sehen, es fehlt aber schon die Struktur. Messier 33 ist nur noch schwierig im indirekten Sehen zu erkennen und sollte bei der Suche ca. 50° über den Horizont stehen. Die Lichtverschmutzung über den Städten und Ansiedlungen ist deutlicher. Aus mehreren Richtungen sind deutlich sichtbare Aufhellungen aus Licht und Lichtglocken zu sehen. Wolken über den Aufhellungen sind angeleuchtet. Teleskope kann man deutlich erkennen. Die Grenzgröße der Sterne in einem 32cm Teleskop liegt bei 15m5. Die Grenzgröße liegt mit dem freien Augen bei 6m1 bis 6m5.
Bortle 5 Vorstadthimmel	Bortle 6 Heller Vorstadthimmel
Das Zodiakallicht kann man eventuell noch in den besten Nächten im Frühjahr oder Herbst sehen. Die Milchstraße ist in Horizontnähe sehr schwach und die Strukturen machen im Zenit einen verwaschenen Eindruck. Lichtquellen sind deutlich aus mehreren Richtungen zu sehen. Wolken sind deutlich aufgehellt oder heller als der Himmel selbst. Die Grenzgröße der Sterne in einem 32cm Teleskop liegt bei 14m5 bis 15mag. Die Grenzgröße liegt mit dem freien Augen bei 5m6 bis 6m0.	Das Zodiakallicht bleibt auch in den besten Nächten unsichtbar. Die Milchstraße kann man erst im Zenit erkennen. Messier 31 kann man mit den freien Augen gerade noch erkennen. Der Himmel hat bis zu 35° über den Horizont einen gräulich - weißen Hintergrund. Wolken sind von der Lichtverschmutzung aufgehellt. Okulare und das Zubehör kann mühelos gesehen werden. Die Grenzgröße der Sterne in einem 32cm Teleskop liegt bei 14mag bis 14m5. Die Grenzgröße liegt mit dem freien Augen bei etwa 5m5.
Bortle 7 Vorstädtischer/städtischer Übergang	Bortle 8 Stadthimmel
Die Milchstraße ist fast völlig unsichtbar. Messier 44 oder Messier 31 kann man eventuell mit den freien Augen noch erkennen. Der gesamte Himmelshintergrund hat einen gräulichen - weißen Farbton. Helle Lichtquellen kann man in jeder Richtung sehen. Wolken sind hell beleuchtet. Die Grenzgröße der Sterne in einem 32cm Teleskop liegt bei 14mag. Die Grenzgröße liegt mit dem freien Augen bei etwa 5m0.	Einige Sterne in den Sternbildern sind sehr schwach oder fehlen gänzlich. Messier 44 oder Messier 31 können erfahrene Beobachter in guten Nächten mit den freien Augen gerade noch erkennen. Der Himmel ist weißlich grau oder orangefarben. Schlagzeilen in der Zeitung kann man mühelos lesen. Die Grenzgröße der Sterne in einem 32cm Teleskop ist etwas besser als 13mag. Die Grenzgröße liegt mit dem freien Augen bei etwa 4m5.
Bortle 9 Innerstädtischer Himmel
Viele Sterne in den Sternbildern sind unsichtbar, unscheinbare Sternbilder fehlen gänzlich. Außer den Pleijaden sind keine Messier Objekte mit freien Augen sichtbar. Der gesamte Himmel ist bis den Zenit hell erleuchtet. Die Grenzgröße liegt mit dem freien Augen bei etwa 4m0 oder weniger.

Schwierig ist die Beurteilung der Wintermilchstraße, da sie nur sehr schwach ist. Unerfahrene Beobachter könnten sie durchaus nicht erkennen.
Den Verlauf der Wintermilchstraße kann man am unten stehenden Bild erkennen.