Höhere Regenbogenordnungen, 2021-05-25, Hörlitz

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Alexander Haußmann
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Höhere Regenbogenordnungen, 2021-05-25, Hörlitz

Beitrag von Alexander Haußmann » 27. Mai 2021, 20:57

Hallo allerseits,

da die höheren Ordnungen nun doch noch nicht ganz zum Alltagsgeschäft gehören, mache ich hier mal einen Extra-Beitrag auf. Am 25.05.2021 (Dienstag) hatte ich zuhause in Hörlitz mal wieder Glück. Gegen 17:30 MESZ zog schon ein kräftiger Schauer mit Hagel durch, mit einem kurzlebigen Hauptregenbogen dabei. Besser wurde es dann aber nochmal zwei Stunden später. Ein mittelmäßiger Schauer, dafür bei klarem Sonnenschein. Also habe ich wieder ganz schnell die Kamera aus dem Dachfenster hochgerissen, um ein paar Aufnahmen zu machen, bevor die Frontlinse zu viele Tropfen fängt (immer noch keine Schleuderscheibe - dieses Jahr hätte es sich gelohnt...). Die 3. und 4. Ordnung kamen entsprechend ihrer Möglichkeiten recht deutlich heraus (19:34 MESZ):

original:
2021_05_25_1934S_IMGP8329_1000.jpg
2021_05_25_1934S_IMGP8332_1000.jpg
"ästhetisch" bearbeitet:
2021_05_25_1934S_BearbMult2_IMGP8329_1000.jpg
2021_05_25_1934S_BearbMult2_IMGP8332_1000.jpg
Farbkanaldifferenzen unscharf maskiert:
2021_05_25_1934S_0_nurFarbdiff3_IMGP8329_1000.jpg
2021_05_25_1934S_0_nurFarbdiff3_IMGP8332_1000.jpg
Ich habe jeweils 3er-Reihen mit zwei Belichtungsstufen Abstand aufgenommen. Auf den länger belichteten Bildern (wo es schon zur Überbelichtung um die Sonne herum kommt), sind die höheren Ordnungen rauschärmer. Ganze Stacks habe ich nicht aufgenommen, dazu fehlte das Stativ bzw. wäre das wegen der Tropfenproblematik auf der Frontlinse nicht einfach.

Leider wieder keine Interferenzbögen der höheren Ordnungen detektierbar!

Alexander Haußmann
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Re: Höhere Regenbogenordnungen, 2021-05-25, Hörlitz

Beitrag von Alexander Haußmann » 27. Mai 2021, 21:04

Derweil zeigten sich die erste und zweite Ordnung auf der anderen Seite des Himmels sehr prachtvoll (19:35):
2021_05_25_1935S_IMGP8335_b_1000.jpg
Leider waren auch hier die Regenbögen sehr kurzlebig, gegen 19:37 begann die Auflösung und wenige Minuten später war mit den letzten Fragmenten Schluss. Deshalb war es auch nicht möglich, rechtzeitig Polfilter für die Suche nach der 5. Ordnung zum Einsatz zu bringen.

Gibt es vielleicht Spuren davon in den unpolarisierten Bildern?

Hier muss man bei der Bearbeitung anders herangehen als bei der 3. und 4. Ordnung. Dort ist das Problem ein kontinuierlicher "weißer" bzw. "sonnenfarbiger" Untergrund ("Nullte Ordnung"), gegen den man mit Unscharfmaske u.ä. gut ankommt. Bei der 5. Ordnung sind Haupt- und Nebenbogen das Problem, d.h. helle ringförmige und sehr farbige Strukturen in der Nähe des gesuchten Effekts. Mit Unscharfmasken verschleppt man sich dann schnell Artefakte von den ersten zwei Ordnungen ins Dunkelband. Ich habe nun also lediglich das Farbbild durch das Graubild dividiert und das Resultat durch Verschieben von Schwarz- und Weißpunkt stark kontrastgespreizt. Ist da was im Dunkelband? Die Entscheidung überlasse ich den Lesern... Es handelt sich hier übrigens auch um eine länger belichtete Version des Motivs (auch 19:35), das hilft hier ebenfalls gegen das Rauschen.
2021_05_25_1935S_0_Div_IMGP8336_A_Abschnitt_1000.jpg
Mein Eindruck ist, die 5. Ordnung wird viel stärker durch "extrinsischen" (also nicht von den Regentropfen selbst herrührenden) Hintergrund beeinflusst, und deswegen sind höhere Standorte mit "klarerer Luft" hier von Vorteil gegenüber dem Flachland. "Hintergrund" kann dabei auch Vordergrund bedeuten, also Einstreuung in den Lichtweg durch die Luft hindurch, vom Tropfen zum Beobachter.

Viele Grüße,
Alex

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Re: Höhere Regenbogenordnungen, 2021-05-25, Hörlitz

Beitrag von Torsten Serian Kallweit » 28. Mai 2021, 05:56

Tolle Bilder der 3. und 4. Ordnung! :shock:
Glückwunsch!
5. Ordnung... Hm, ja, da könnte was sein...
„Ob Du denkst, Du kannst es, oder Du kannst es nicht :
Du wirst auf jeden Fall recht behalten.“ www.galerie-art21.de

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Elmar Schmidt
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Re: Höhere Regenbogenordnungen, 2021-05-25, Hörlitz

Beitrag von Elmar Schmidt » 28. Mai 2021, 12:04

Hallo Alex,

in Deinem "Technicolor" sehe ich auch eine "Helligkeitsstufe" im radialen Winkelbereich der 5. Ordnung und nahe der Bogenfüße. Daß es dazu aber eher eines leichten Farbkontrasts bedarf, erschließe ich daraus, daß diese Stufe dann (zumindest in der von mir dowloadbaren Auflösung) nicht "überlebt", wenn man das Bild in eine Grauskala umsetzt.

Das erinnert mich an die "Farbrestauszüge" bei unserer umfangreichen Vorstudie mit den 2012er-Fotos einer 5. Ordnung des viel zu früh verstorbenen Frank Killich (1967-2020), welche zusätzlich die vollständige Polarisationsinformation zu liefern vermochten. Diese Technik sollte auch zu seinen Ehren unbedingt wieder aktiviert werden.

Und Du, Alex, bist der einzige (oder einer der wenigen), der die ersten fünf Ordnungen in einem Regenschauer abgelichtet hat, und sogar schon das zweite Mal, oder?

Möchte mich auch zu der Aussage versteigen, daß es das dann mit der Sonne aber auch schon war; denn die 6. Ordnung liegt in der Kaustikscheibe der 1. Ordnung.*

Gruß, Elmar


*es sei aber auf ein Paper und Foto verwiesen, in dem die natürliche 7. Regenbogenordnung jenseits der 2. Ordnung vermutet wurde, was aber bislang unbestätigt geblieben ist:

https://www.osapublishing.org/ao/abstra ... o-54-4-B93

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Re: Höhere Regenbogenordnungen, 2021-05-25, Hörlitz

Beitrag von Timo Kuhmonen » 28. Mai 2021, 16:42

Interesting images :-) Question related to the 5th bow photo attempting... Has there been test(s) whether if green filters would produce any results, for example in the cameras using monocrome sensor ?

Based on Les Cowleys site, some of the green band of 5th bow is located between the primary and secondary. Is it worth of trying?

Normal green filters (example in astroimaging RGB filter set like Baader), the green filter seems to be quite more bandwitdh. Baader variant has approx 500...580 nm pass band.
https://www.baader-planetarium.com/en/f ... erset.html
https://www.baader-planetarium.com/en/d ... hedler.pdf

There is more narrow green filters (like Baader solar continuum) and this has 10nm band centered on the 540nm region. This narrowband filter would pass (at least some part of it?) the green (expected 5th order) and same time block the both red rims at primary and secondary...

I do have this solar continuum filter at 1.25" size. But fitting it to wide angle camera is not so simple. Only camera suitable, I think currently would be my Watec910 (also monocrome sensor). There is not "ready" location for the filter, only option I think, is in C/CS adapter (between camera and Tamron 4...12mm lens). But it would require modifying existing filter cell....
https://www.baader-planetarium.com/en/b ... 40nm).html
Timo K, OH7HMS - KP32EV
http://tiku-astro.blogspot.com/

Alexander Haußmann
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Re: Höhere Regenbogenordnungen, 2021-05-25, Hörlitz

Beitrag von Alexander Haußmann » 28. Mai 2021, 16:55

Hallo Torsten und Elmar,

ja, die Stufe an der Position der 5. sehe ich in dem "bunten Bild" auch, wollte da aber nicht schon vorschnell was suggerieren.

Diese ganzen Bearbeitungen sind in der Tat von Frank inspiriert, und mit Polarisationsauflösung würde man da sicher noch weiter kommen. Leider ist das aus der Hand und unter Zeitdruck recht schwierig (auch der Polfilter bekommt Tropfen ab...). Eigentlich braucht man ein ganzes Regenbogenobservatorium mit fest installierter Technik wie bei den Astronomen.

Die Farbrestbearbeitungen sind allerdings sehr empfindlich auf den initialen Farbabgleich, das macht das alles etwas schwierig. Am besten rechnet man sich ganze Stapel mit variierender Farbbalance aus und greift sich das beste Resultat. Wohlgemerkt, es geht hier um den Nachweis "unsichtbarer" Effekte, aber wirklich nur aus den originalen Bilddaten und ohne Masken oder Zusammenbasteln von Bildbereichen. Natürlich kann sich jeder seine eigene Strategie aufbauen, ich will nicht behaupten, hier das Optimum gefunden zu haben. Das sind alles kleine Python-Skripte bei mir mittlerweile. Aber um 16bit-tiffs zu laden, muss man schon wieder Zusatzpakete installieren, das kann man also alles gar nicht so ohne weiteres auf einem anderen Rechner laufen lassen.

Also wenn wir diese Stufe als 5. zählen wollen, dann habe ich dieses Mal in der Tat alle fünf bei einer Gelegenheit erwischt. Ich weiß nicht mehr genau, ob Micha nicht schonmal vor ca. 5 Jahren so einen Fall hatte. Vielleicht auch noch jemand anders, Andreas oder Laura. Ich hatte jedenfalls Pfingsten 2016 auf dem Zschirnstein alle außer der 4. Wobei das Foto mit der 3. durch Zufall entstanden ist, weil ich vor Ort gar nicht begriffen habe, was das für eine Gelegenheit ist. Die 4. wäre zum optimalen Zeitpunkt sicher auch dabeigewesen.

Jedenfalls war damals der 5. Bogen stärker (aha, wieder vom Berg, wie in New Mexico bei der Erstsichtung), aber natürlich auch nur in der Nachbearbeitung sichtbar (ebenfalls ohne Polfilter aufgenommen):
https://atoptics.wordpress.com/2016/08/ ... m-germany/
Mit diesen Methoden bin ich dieses Mal aber nicht weiter gekommen, bzw. wollte das kümmerliche Resultat hier nicht zeigen.

Die 6. Ordnung bleibt uns wohl wirklich verschlossen, es sei denn, es geht um sehr große Tropfen und dann kann es davon noch hellere Spuren geben. Jedoch nur, wenn die vertikalen Symmetrieachsen nicht zu stark taumeln. Oszillationen in der 2,0-Grundmode wären nicht schädlich, zu anderen Moden kann ich noch gar nichts sagen. Außer, dass ich meinen Simulationscode jetzt auch auf Python übertragen habe und etwas modularer gestalten konnte, ohne dass die Performanz viel schlechter wird als beim Matlab. D.h. damit kann ich auch mal exotischere Moden ohne zu großen Aufwand einbauen. Stoff für die nächsten Jahre...

Tja und die 7te Ordnung... irgendwo gabs doch auch das Originalbild zum Runterladen, da kann ich mal meine "Farbquetsche" drauf ansetzen, wenn mal Zeit ist.

Viele Grüße,
Alex

Alexander Haußmann
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Re: Höhere Regenbogenordnungen, 2021-05-25, Hörlitz

Beitrag von Alexander Haußmann » 29. Mai 2021, 07:47

Hi Timo,

I don't know if anyone has used narrow filters (i.e., spectrally narrower than the usual passband of the green Bayer mask in a consumer DSLR) for the specific purpose of looking for the 5th rainbow.

Back in 2007 I tried old Carls Zeiss interference filters which I had found at the university (546 nm, pass band width around 15 nm), but only to enhance the visibility of the interference arcs of the first two orders. The results were promising but not groundbreaking. The Airy maxima are still broad and there is no help against the 0.5° diameter of the sun.

The (monochromatic) Airy maximum of the 5th order is much wider than the primary or secondary peaks.

The core question is, how can you identify a 5th rainbow in a photograph? My personal opinion is that there must be first a broad green band and next a broad blue band along a section line from the secondary's circumference towards the antisolar point. This color contrast should be visible despite the background after "some sort" of processing avoiding any color leakage into the dark band (i.e. usual settings for unsharp masks cannot be used). In a monochromatic picture, this color contrast is lost, and there might be no way to tell if you actually got the 5th order or some unrelated background structure. It might help to take another picture in the blue range and subtract both images.

Best regards,
Alex

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Elmar Schmidt
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Re: Höhere Regenbogenordnungen, 2021-05-25, Hörlitz

Beitrag von Elmar Schmidt » 29. Mai 2021, 12:11

Hi,

I would be sceptical too about using narrow band filters to enhance higher order rainbows, as there is only a miniscule intensity contrast in all colors, which will therefore not likely get enhanced in narrow band images, cf. (paywall :( )

https://www.osapublishing.org/ao/abstra ... 30-24-3401

I found some false-color ultraviolet (and IR) rainbow images, here, in which the second order already does not show (well) in the UV

https://www.ultravioletphotography.com/ ... uv-and-ir/

Also, Robert Greenler, in an unpublished study, failed in using a UV filter to identify the third order rainbow.

Polarization and hyperspectral imaging with adequate post-processing would be more promising, IMO. The following links point to some studies in this direction (also behind paywalls :( , but sometimes one can find some of the figures as thumbnails):

https://www.researchgate.net/publicatio ... he_Rainbow
https://www.osapublishing.org/ao/abstra ... -59-21-f63

Kind regards

Elmar

Timo Kuhmonen
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Re: Höhere Regenbogenordnungen, 2021-05-25, Hörlitz

Beitrag von Timo Kuhmonen » 29. Mai 2021, 15:28

Thanks for reply, good points there... I would also be interested to see linked articles / papers, cannot see those currently due to "payment wall".

If I do any test with that narrowband filter (related to rainbows), maybe enhancing the interference bows visibility. The filter that I mentioned, is also sensitive to light angle. Normally it is designed to work, when lightray(s) hits the filter surface at 90 degree angle.

Hopefully some day in the future development brings these hyperspectral cameras more near to hobbyist(s). I mean price, availability and sensor technology. Maybe someday we could see them at affordable prices on portable devices :-)
Timo K, OH7HMS - KP32EV
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