Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

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Moderator: StefanK

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Elmar Schmidt
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Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von Elmar Schmidt » 23. Mai 2024, 12:44

Hallo,

mit einem meiner Leuchtdichtemeßgeräte habe ich in Durango/Mexiko die Himmelshelligkeit am Nordhimmel in etwa 45 Grad Höhe bestimmt. Die Messungen zeigen einen Einbruch um den Faktor von gut 40 unterhalb der Hüllkurve (genau genommen von 1700 cd/m^2 auf ca. 40 cd/m^2), welche vom örtlichen Morgen bis nach der Finsternis am frühen Nachmittag leicht ansteigt (die Zeitdifferenz zur UT betrug in Zentralmexiko minus 6 Stunden).

Bild

Die abseitige Himmelsleuchtdichte in der Totalität entspricht etwa der des Dämmerungshimmels im Zenit für eine Sonnentiefe von nur 2 Grad, also in der frühen bürgerlichen Dämmerung. Dort wären also bestenfalls nur Sterne +1. bis +2. Größe freisichtig, wobei man in der Totalität diesbezüglich anders ausgelastet ist. So dunkel wird es jedenfalls bei Sonnenfinsternissen nicht. Die vielen Sterne auf langbelichteten Fotos täuschen da etwas.

Viele Grüße

Elmar

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wolf-peter hartmann
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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von wolf-peter hartmann » 23. Mai 2024, 13:31

Hallo Elmar,

man liest immer wieder, dass die Himmelshelligkeit während der Totalität in etwa der einer Vollmondnacht entspräche - und ich habe das ohne langes Nachdenken bisher als gegeben hingenommen. Dabei spielt natürlich eine Rolle, dass unsere Augen davor schlecht nachtadaptiert sind - deswegen tragen verschiedene amerikanische SoFi Beobachter vorher auf einem Auge eine Augenklappe. Bisher habe ich das nie gemacht, weil ich ein Fehlbedienung oä vorher befürchtete.
Was sind denn absolute Messwerte für eine Vollmondnacht, wobei der Vollmond in etwa dieselbe Höhe haben sollte? Hast Du da zufällig (eigentlich gerade nicht zufällig...) Messungen zur Hand?

MstfrG Wolf
mstfrG

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Carl Herzog
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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von Carl Herzog » 23. Mai 2024, 14:49

Hallo Elmar,

hier die Referenzwerte der Dämmerung an meinem Standort an einem wolkenfreien Abend:

Bei einem Sonnenstand von -2° habe ich eine Zenithelligkeit von rund 8,4 MPSAS, was ungefähr einer Leuchtdichte von 50 cd/m² entspricht. Fotografisch wird der große Wagen im Zenit ab ca. -8° Sonnenstand erkennbar.

Viele Grüße, Carl

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Elmar Schmidt
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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von Elmar Schmidt » 23. Mai 2024, 16:17

Hallo Wolf-Peter und Carl,

inmitten einer Vollmondnacht bei Blauhimmel liegen am dunkelsten Himmelsteil im Norden höchstens 0,1 cd/m^2 vor, dann ist es also erheblich dunkler als in einer Sonnenfinsternis, und Sterne bis +4,9 mag sollten dort sichtbar sein. Ein nicht lichtverschmutzter Nachthimmel kann bis auf unter 0,001 cd/m^2 runtergehen.

Die im folgenden eingestellte Meßreihe zeigt für eine Sonnentiefe von 2 Grad zenitnah (Dachvorsprung im Weg) etwa 45 cd/m^2:

Bild

Für 8 Grad Sonnentiefe beträgt die zenitnahe Leuchtdichte etwa 0,03 cd/m^2. Nach dem mit Christoph Gerber aufgestellten Modell sollten dann für ein angenommenes S : N von 1 : 1 Sterne von +4,2 mag sichtbar werden. Der schwächste Stern im Großen Wagen (Megrez) hat +3,3 mag. Das paßt also zu einer unschweren Sichtbarkeit für diesen Sonnenstand.

Bei genauem Hinschauen sollten dann aber eigentlich sogar alle Sterne im Großen Bären freisichtig sein bis runter zu Ypsilon UMa mit +3,8 mag. Am 30.5. zw. 22:15 und 22:25 wäre Gelegenheit zur Überprüfung. Da geht die Sonne auf -8 Grad runter, und Ypsilon UMa steht +57 Grad hoch.

Gruß, Elmar

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wolf-peter hartmann
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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von wolf-peter hartmann » 24. Mai 2024, 15:31

hallo elmar,

am 30.5.??? da ist keine vollmondnacht???
oder habe ich da was "mistverstanden"?
mstfrG

wolf

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Elmar Schmidt
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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von Elmar Schmidt » 24. Mai 2024, 16:58

@Wolf (30.5.): dabei geht es um die Wiederholung von Carls Dämmerungsbeobachtung des Großen Wagens für 8 Grad Sonnentiefstand.

In der nächsten Vollmondnacht kannst Du ja dann nach Sternen +4. bis +5. Größe schauen. Im Winter hatte ich keine Probleme, Sterne bis fast zur +5. Größe im Orion etwa 50 Grad entfernt vom Fast-Vollmond zu sehen.

Gruß, Elmar

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Re: Himmelshelligkeit Vollmondnacht

Beitrag von Elmar Schmidt » 28. Mai 2024, 07:11

Halo Wolf,

extra für Dich habe ich noch eine Abtastung des Meridians beim Vollmond des 6. April 2023 rausgesucht. Die Kulminationshöhe betrug etwa 36 Grad.

Du siehst, daß die Himmelsleuchtdichte von bei und etwas über 0,1 cd/m^2 in Mondnähe im Norden auf ein Zehntel davon in 90 Grad Abstand zurückgeht. Danach wie auch unterhalb des Mondes im Süden setzt die bei Blauhimmeln übliche Horizontaufhellung durch Mehrfachstreuung ein.

Bild

Das Hochskalieren der Messung um etwa 17% hat damit zu tun, daß der Vollmond dabei nicht nahe genug zum Erdschatten stand. Er Mond hatte bei der Messung extinktionskorrigiert nur 3375 cd/m^2 (bzw. -12,71 mag); ein Vollmond maximalen Oppositionseffektes (aber für Durchschnittsentfernungen von Sonne und Erde) firmiert mit 3950 cd/m^2 (-12,88 mag).

Kurzum: Vollmondhimmel sind in genügend großem Mondabstand "nur" zehnmal heller als sternklare. Das "schluckt" höchstens zwei Größenklassen in der Grenzhelligkeit. Sterne bis zur 5. Größe sollten also dort erkennbar sein, wenn man Blendung durch den Mond selber ausschaltet.

Gruß, Elmar

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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von Christoph Gerber » 28. Mai 2024, 16:17

Hallo Wolf und Elmar,

auch wenn das hier nun ganz off-topic abwandert: Im August 2022 fiel das Maximum der Perseiden in die Vollmondzeit – und da hatte Jürgen Rendtel zu einem Beobachtungsprojekt aufgerufen, bei dem auch die Grenzgröße (FST) in unterschiedlichen Mondentfernungen geschätzt werden sollte. Ich habe mal meine Schätzungen vom 13.8. hier zusammengestellt. Das war 1–2 Tage nach Vollmond, so dass ich am Abend (Mond im Wassermann, Aqr) bereits in der Dämmerung mit den Schätzungen begonnen hatte (orange unterlegt). Schätzungen schwächer als 5.0 mag sind gelb, schwächer als 5.5 mag in grün unterlegt. In jener klaren Nacht waren die Unterschiede in der FST mit 5.4–5.6 mag auffällig gering. Am Pol(arstern) wurde 5.5 mag sogar knapp "unterschritten". Der Mond stand bei -11° Breite auch recht weit südlich.

Fazit: Am Vollmondhimmel sind deutlich schwächere Sterne als am Dämmerungshimmel zu sehen. Da kommt höchstens eine SoFi bei Sonnenauf- bzw. -untergang mit, wenn der Mondschatten die gesamte Atmosphäre über dem Beobachter verfinstert (vgl. hier) – womit wir den Bogen zurück zum eigentlichen Thema doch noch geschafft haben...

Gruß aus HD,
Christoph
2022-08-13 FST bei Dämm&VM.jpg

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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von Elmar Schmidt » 28. Mai 2024, 18:49

Ja, danke, Christoph,

das sind wieder interessante Ergänzungen. "Off topic" würde ich das ganze nicht nennen, ein Admin sollte den Faden aber vielleicht ins Astronomie-Forum verschieben. Der Anfangsbeitrag zum "Blauhimmel" bei der SoFi war halt noch "atmosphärisch".

Zur Sache: für 0,01 cd/m^2, also abseits vom Vollmond, und ein S : N von 1 : 1 sagt das "Sonneberger Modell" (dort vorgestellt für Christoph und mich) die Grenzgröße 5,4 mag vorher. Voilá!

Gruß, Elmar

Carl Herzog
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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von Carl Herzog » 31. Mai 2024, 19:05

Hallo Elmar,

eine Sache wollte ich noch anmerken. Die Geräte zur Leuchtdichtemessung sind normalerweise anhand der V-Lambda-Kurve für das photopisches Sehen (Tagessehen) kalibriert bzw. nutzen einen entsprechenden Filter. Unsere Wahrnehmung verschiebt sich aber mit zunehmender Dunkelheit deutlich in Richtung Blau, fließend über die Dämmerungsphase (mesopisch) bis zur Nacht (skotopisch). Insofern dürfte es - vor allem nachts - zu einer Abweichung zwischen den Ergebnissen von Leuchtdichtemessungen und den von uns tatsächlich in einer bestimmten Situation erkannten Sternen kommen.

Welche Mindestleuchtdichte kann Dein Messgerät erfassen? Mein Gossen Mavolux 5032 B endet unten bei 0,1 cd/m2, weshalb ich geringere Leuchtdichten des Himmels in der Regel aus den Messungen meines Sky-Quality-Meters von Unihedron herleite, der allerdings ein Messkonus von 40° (gegenüber 15° beim Mavolux) hat und ich glaube nicht nach V-Lambda kalibriert ist.

Nebenbei bemerkt: für Leuchtdichtemessungen im Rahmen von Lichtverschmutzungsuntersuchungen nutze ich zumeist auch eine Nikon-Kamera, dessen RAW-Dateien anhand der Messwerte des Mavolux kalibriert wurden (bei Verwendung eines ausgewählten Objektivs und einer fixen mittleren Blendenzahl). So kann ich beliebige Bereiche eines Bildes selektiv auswerten (dazu nutze ich RawDigger). Irgendwann wenn ich Zeit dazu finde möchte ich auch eine Kalibrierung anhand des Sky-Quality-Meters angehen - dann könnte man mittels der Fischaugenaufnahmen des Himmels schöne Auswertungen fahren (eine Funktion zur Vignetierungskorrektur vorausgesetzt).

VIele Grüße, Carl

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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von Elmar Schmidt » 31. Mai 2024, 23:26

Hallo Carl,

mein Photometer Konica-Minolta LS-150 mißt bis runter auf 0,001 cd/m^2 in einer 1-Grad-Kreisblende. Es ist photopisch gefiltert, also mit Vlambda. Da die rein skotopische Bewertung V'lambda erst für Leuchtdichten unterhalb von 0,01 cd/m^2 erforderlich ist, hat man auf einen zweiten Filter verzichtet. Eine Anpassung an die skotopische Bewertungskurve im gleichen Instrument würde zuverlässig nur mit spektral aufgelöster Messung funktionieren. Und im Mischbereich der mesopischen Wahrnehmung, also zwischen 0,01 und 1 cd/m^2 gibt es sowieso keine anerkannte Bewertungsmethode.

Die spektrale Abweichung zwischen photopischer und skotopischer Wahrnehmung ist meines Erachtens für unsere Nachthimmel weniger wichtig als das sich im Dunklen stark verschlechternde Auflösungsvermögen. Dieses dominiert die Berechnung der Grenzhelligkeiten meines Modells zusammen mit einer Annahme über das S : N zwischen Stern- und Himmelslicht. Ob für bläuliche Sterne eine konsistent niedrigere Grenzhelligkeit erzielbar ist als für sonnenähnliche, indem das Himmelslicht durch Airglow meist eher im grünlichen liegt und deshalb skotopisch weniger stark bewertet wird, müßte halt untersucht werden, was sicher nicht einfach ist.*

Gruß, Elmar


*Hierzu sei noch diese umfangreiche, aber auch weitschweifige Untersuchung erwähnt:

https://arxiv.org/pdf/1405.4209

Dort heißt es, daß rein skotopische Wahrnehmung eigentlich nur innerhalb einer astronomischen Größenklasse oberhalb der Grenzhelligkeit gilt, und danach schon das Mischsehen einsetzt. Ich entnehme der Studie zudem, daß die spektralen Unterschiede zwischen Stern- und Himmelshelligkeiten so sehr variieren, daß von vornherein nicht klar ist, ob die skotopische Bewertung auch im Grenzbereich wirklich universelle Gültigkeit gegenüber der photopischen beanspruchen könnte.

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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von Christoph Gerber » 1. Jun 2024, 17:14

Hallo Carl,

mir scheint, dass das von dir angesprochene Thema sich bei den Sternbeobachtungen im Farbindex wiederspiegelt: Rote Sterne werden gegenüber blauen als schwächer wahrgenommen (bei dunklem Himmel). S. dazu meine Beiträge zur Johnson-Korrektur im Visuellen und zur Beobachtung heller roter Sterne (Betelgeuze). Wie weit dies aber auf Leuchtdichtemessungen zutrifft (oder überhaupt zutreffen kann?) – dazu kann ich leider nichts beitragen.

Gruß aus HD,
Christoph

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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von Elmar Schmidt » 1. Jun 2024, 18:22

Hallo Christoph,

ja, das müßte so sein, aber nur an der Sichtbarkeitsschwelle. So viel ich lesen konnte, halten sich Veränderlichenbeobachter normalerweise zwei Größenklassen oberhalb davon auf, und dann hat man schon Mischsehen.

Gruß, Elmar

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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von Carl Herzog » 1. Jun 2024, 18:46

Hallo Elmar und Christoph,

ich sehe schon - ein paar spannende Themen.

Der Himmelshintergrund kann in Abhängigkeit vom Sonnen- und Mondstand teils sehr unterschiedliche Farben annehmen, und die Lichtverschmutzung kann nachts auch einen relevaten Einfluss haben, gerade in Kombination mit der Luftverschmutzung. Daher würde ich vermuten, daß der von uns wahrnehmbare Kontrast situationsabhängig schon stärker abweichen kann. Das dürfte die Erkennbarkeit von Sternen während einer Sonnenfinsternis im Vergleich zum Dämmerungshimmel und dem Nachthimmel schon relevant beeinflussen, oder?

Elmar: Das Gerät hört sich sehr interessant an, da man scheinbar eine spielgelreflex-ähnliche Durchsicht hat und durch ein Overlay den Messbereich genau abschätzen kann. Für Leuchtdichtemessungen ist das deutlich flexibler und genauer als der Mavolux (der - wie der Name schon sagt - eigentlich für Lux-Messungen gedacht ist). Bei Himmelsmessungen in der Nacht reichen 0,001 cd/m2 freilich nicht immer aus. Bei uns kommen wir mit 20,70 MPSAS an sehr dunklen Nächten und 20,80 MPSAS im Extremfall runter bis auf 0,0005 cd/m2.

Viele Grüße, Carl

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Re: Himmelshelligkeit bei der SoFi am 8. April 2024

Beitrag von Elmar Schmidt » 2. Jun 2024, 08:26

Hallo,

ja, die Konica-Minolta-Geräte sind schon der Maßstab in dem Gebiet - und auch nicht ganz billig. Hier die Daten des LS-150:

Meßfeld Ø 1 Grad [deshalb kann ich es auch für Mond, Planeten und helle Sterne einsetzen]
großflächige Silizium-Photozelle mit CIE Vλ - Filter
Meßbereich 0,001 - 999 900 cd/m^2 (fast neun Größenordnungen! - entsprechend ugf. +1,0 mag bis -20 mag für Punktlichtquellen]
Integrationszeit 0,7 - 4,3s (Auto)
Wiederholbarkeit ±0,2% (+1 Ziffer)
im mittleren Meßbereich <0,003 mag
Temperaturfehler <0,2%/K [im Einsatz ( ΔT = 10 K): <0,02 mag]
Kalibrations-, Streulicht- und Polarisationsfehler <1%


Der dunkelste Sternhimmel wird mit 0,0001 cd/m^2 angegeben, das sind ugf. 22,5 mag/(")^2. Mit einer anderen Vorsatzoptik als seiner 2,8/85 mm oder an einem Teleskop könnte das mein Leuchtdichtemeßgerät ohne Probleme erreichen. Ist nur leider nicht vorgesehen, würde Zerlegung und Umbau erfordern. Die SQM integrieren halt riesige Raumwinkel und filtern auch breitbandiger als Vλ. Zur Einstufung der Himmelshelligkeit ist das aber natürlich okay.

Gruß, Elmar


PS: Andreas hat den Faden auf meinen Wunsch ins Astroforum verschoben.

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