Monddurchgang, Nachweis im mittleren Infrarot.

Im Forum von "astronomie.de" stieß ich auf einen sehr interessanten Beitrag über die Aufnahme des Mondes mit einer Thermografie-Kamera. Nun liegt eine solche Kamera nicht grade im Astrokoffer eines jeden Amateurastronomen, da es sich bei diesen Geräten um hochprofessionelle Messgeräte mit entsprechend hochprofessionellem Preis handelt. Dieser Artikel ließ aber bei mir die Frage aufkommen, ob nicht wenigstens ein Monddurchgang im langwelligen Infrarot mit Amateurmitteln nachzuweisen wäre. Nach einigem Nachdenken und Recherchieren hielt ich ein solches Projektchen für machbar und legte gleich los. Im Hinterkopf hatte ich dabei ein Ohr-Fieberthermometer, welches ich mal günstg erstanden hatte und das seitdem in einer Schublade seinen gerechten Dornröschen-Schlaf absolvierte.
Nun muss man Eines vorweg schicken: Infrarot ist nicht gleich Infrarot! Die gravierenden Unterschiede liegen in der Wellenlänge der Strahlung. Der nahe Infrarot-Bereich schließt unmittelbar am langwelligen Ende des sichtbaren Spektrums (jenseits von Rot, ca. 780nm) an und hat noch ähnliche Eigenschaften wie sichtbares Licht. Der ferne Infrarot-Bereich reicht bis an den kuzwelligen Radiobereich (Teraherz-Strahlung, ca. 1mm) heran. Je nach Wellenlängenbereich hat die IR-Strahlung deutlich unterschiedliche Eigenschaften.
Wir interessieren uns hier um den Wellenlängenbereich um 10µm, dem mittleren IR, der für eine solche Temperaturmessung günstig ist. Oben erwähntes Ohr-Thermometer arbeitet aus diesem Grunde in diesem Wellenlängenbereich (ca. 14µm). Nun hilft es relativ wenig, das Sensorende des Ohr-Thermometers einfach in Richtung Mond zu halten. Der verbaute Sensor hat keinerlei bündelnde Optik und somit erfasst er einen Raumwinkel von annähernd 180°. Der Mond hat einen Durchmesser von grade mal einem halben Grad und steuert somit einen Anteil von weiger als einem Hundertausendstel zum Messsignal bei, das ist also aussichtslos. Die Lösung dieses Problems sollte jedem Amateurastronom klar sein, man muss den Raumwinkel, unter dem der Sensor den Mond sieht, vergrößern. Sowas machen wir Amateurastronomiker andauernd, indem wir durch ein Fernrohr schauen. Dummerweise ist das mit Linsen aus Glas etwas problematisch, denn bei diesen Wellenlängen ist Glas undurchsichtig und so würde man nur die Temperatur der Linsenoberfläche messen. Glücklicherweise gibt es aber auch Teleskope, deren Primäroptik ohne Linsen auskommt, z. B. das Newton-Teleskop. Nun könnte man auf die Idee kommen, den Sensor einfach in den Fokus eines Newtos zu positionieren, was erst mal keine schlechte Idee ist. Allerdings schaut der Sensor dann immernoch zu einem beträchtlichen Teil die Tubusinnenwand an, was unserem Messignal nicht gut tun würde. Besser wird es bei kleinen Öffnungsverhältnissen, denn dann nimmt der nutzbringende Raumwinkel zu und die störende Umgebungsstrahlung ab. Leider sind auch die schnellen Optiken unter den Teleskopen immernoch "zu langsam" für unseren Zweck, es muss also ein noch kleineres Öffnungverhältnis her. Solche extrem kurzbrennweitigen Parabolspiegel findet man als Reflektor bei Scheinwerfern. Tatsächlich stieß ich bei Recherchen im Internet auf brauchbare Spiegel kurzer Brennweite und ausreichender Öffnung, allerdings hatten diese auch ihren Preis. Da man als Amateurastronom notorisch Ebbe in der Kasse hat, musste eine noch andere Lösung her. Da fiel mir ein, dass ich vor vielen Jahren mal ein optisches Spielzeug vom Astromedia-Versand besessen hatte, den s. g. "Zauberspiegel". Dieser bestand aus zwei "Parabolspiegeln" kurzer Brennweite die aufeinander lagen. Der Oberste hatte im Zentrum eine Öffnung. Eine solche Konstellation hat einen Strahlengang, welcher von einem Objekt, welches in der Mitte des unteren Spiegels liegt, in der Mitte der Öffnung des oberen Siegels ein virtuelles Bild erzeugt. Der Effekt ist verblüffend, man sieht ein schwebendes Objekt welches man aber nicht fassen kann. Das ist zwar eine schöne Spielerei, aber uns interessiert hier etwas Anderes, nämlich die zwei kurzbrennweitigen Parabolspiegel, von denen einer freundlicherweise sogar schon eine zentrale Öffnung besitzt.
Kurz entschlossen wurde so ein Teil, welches sogar noch recht bezahlbar war, im Netz bestellt. Nach der Lieferung wurde ein kleiner Tubus mit Sensorhalter gefertigt und dem Spiegel noch eine Schürze verpasst, die innen mit selbstklebender Alu-Folie beklebt wurde. Diese verhindert zusätzlich, dass der Rand des Sensor-Gesichtsfelds zu viel von der warmen Umgebung sieht, während der Spiegel gen Himmel schaut. Beim nächsten fast-Vollmond erfolgte der erste Test.



IR-Ohrthermometer.


Sensor ausgebaut und mit Kabeln nach Außen gelegt.


Der Sensor im Detail.


Ohrthermometer mit externem Sensor am kurzbrennweitigen Spiegel.

Beim nächsten fast-Vollmond erfolgte der erste Test. Freundlicherweise hatte das Ohrthermometer einen Modus, in dem man deutlich über den doch sehr begrenzten menschlichen Körpertemperaturbereich hinaus messen konnte. Nach dem Verlassen der warmen Wohnung erfolgte ein erster Schnellschuss aus der Hüfte, der schon mal eine minimal höhere Temperatur zeigte als ein Schuss fernab der Mond-Position, sehr schön! Nun aber vernünftig und die Vorrichtung auf die Vixen SP-Montierung gebaut. Das Ausrichten auf den Mond war nicht ganz trivial und nahm deshalb etwas Zeit in Anspruch. Dann war es soweit, die erste "vernünftige" Messung... Anzeige: "ErrE"... hmmm. Wiederholung immer das Gleiche, Schitte! Also Gebrauchsanleitung gesucht und die Liste der Fehlermeldungen aufgeschlagen: "ErrE" = Umgebungstemperatur außerhalb Parameter... Da hatte ich doch was gelesen von "Mindestumgebungstemperatur 10°C" und wir haben Winter. Na muss ich denn jetzt auf den Frühling warten? Da ich bei heißen Projekten ungeduldig bin kam das nicht in Frage, es musste eine andere Lösung her.

Im Internet werden Infrarot-Sensoren des interessanten Wellenlängen-Bereichs mit IIC-Bus für kleines Geld angeboten. Zwei solcher Sensoren habe ich mir dann bestellt und an ein Arduino-Board, dem ich früher schon mal Taster und Display spendiert hatte, angeschlossen. Dann wurde ein kleines Programm geschrieben, welches 128 Messwerte in 5 Sekunden Abstand aufnahm und im Memory abspeicherte. Diese Werte wurden dann nach der Messung übers Display aufgerufen und konnten notiert werden:


IR-Sensor mit IIC-Interface.


Der ganze Aufbau mit Arduino-Board und IR-Sensor am Spiegel.


Erste brauchbare reale Messung.


Notieren der Werte nach der Messung.

Die notierten Werte wurden anschließend in OpenOffice Calk eingetippt und ein Diagramm gefertigt:


Kurve des Monddurchgangs, nachgewiesen im mittleren IR bei etwa 14 µm.

Projektchen erfolgreich! Es hat Spaß gemacht und ich habe wieder einen ganzen Batzen dazu gelernt :-).


reinhard.lauterbach@freenet.de