Montierungen: Wie funktioniert eigentlich … GoTo?

Abb. 01: Drei unterschiedliche Montierungen, die das Zielobjekt automatisch anfahren können [Peter Oden]

Moderne Technik hat schon länger in die Amateurastronomie Einzug gehalten. Eine der wichtigsten Neuerungen, die bereits auch bei kleineren Teleskopen bzw. Montierungen zu finden ist, ist das sogenannte GoTo. Hier steuert ein Computer die Mechanik des Teleskops automatisch zu (fast) jedem gewünschten Ziel und sorgt in Folge dafür, dass es auch im Blickfeld bleibt.

Schon vor hundert Jahren war eine gute Montierung schwer, robust und mechanisch möglichst exakt gearbeitet. Die Nachführung geschah allerdings manuell durch vorsichtiges Drehen an einem durch eine Welle mit dem Teleskop verbundenen Drehknopf. Vor fünfzig Jahren wurde der Einsatz kleiner Motoren zur automatischen Nachführung auch für Amateure üblich. Zuerst waren es Synchronmotoren, die aus den 50 Hertz der Netzspannung mit geeigneter Untersetzung versuchten, genau die »Drehrate« des Himmels nachzubilden. Aufgrund der »krummen« Dauer eines Sterntages (23h, 56min, 4,091s), an dem sich die Nachführung mit ihrer Umdrehungsgeschwindigkeit orientieren muss, war dies für eine längere Nachführdauer immer etwas problematisch. Später kamen hierfür quarzgesteuerte Motoren zum Einsatz, die das wesentlich genauer konnten.

Vor gut dreißig Jahren kamen in den USA erste Nachrüstsätze auf den Markt, mit deren Hilfe man die aktuelle Position des Teleskops (Rektaszension und Deklination) digital anzeigen konnte. Im nächsten Schritt wurde es möglich, die Position eines Zielobjekts (ebenfalls in RA und DEC) einzugeben und mit Hilfe von angezeigten Richtungspfeilen das Teleskop zum gewünschten Zielpunkt zu bewegen (beim Erreichen gingen die Symbole aus oder kehrten sich beim Überschreiten um). Von hier aus war es dann nur noch ein kleiner Schritt dahin, viele Zielobjekte bereits gespeichert vorzuhalten und die Nachführung dorthin durch Motoren ausführen zu lassen.

Wie aber kann die eingebaute Steuerung die gespeicherte Position eines Objektes, das sich ja scheinbar kontinuierlich über den Himmel bewegt, umsetzen in Befehle an die Motoren, um das Teleskop dorthin zu bewegen?

Für den Beobachter liegen alle Objekte praktisch gleich weit entfernt, nämlich im Unendlichen. Sie befinden sich damit bildlich gesprochen – fast wie in den altertümlichen Vorstellungen vom Sternenhimmel – auf einer Kugelschale um die Erde. Diese Schale dreht sich für den Beobachter in knapp 24 Stunden (siehe oben) um eine Achse, die exakt parallel zur Erdachse liegt. Die Position eines jeden Objektes kann also durch zwei Parameter beschrieben werden: wie weit hat sich die Kugelschale gedreht (das ist die Rektazension) sowie die vom ‚Äquator‘ dieser Schale nach ‚oben‘ oder ‚unten‘ verschobene Position (Deklination).

Die gespeicherte Position eines Objektes wird nun umgerechnet (anhand des Datums, der Uhrzeit und der Position auf der Erdoberfläche, die beim Start abgefragt oder von einem GPS-Modul geliefert werden) in die tatsächliche Position des Objektes am Himmel.

Abb. 2: Die rechnerische Kugelschale des Sternenhimmels dreht sich um eine Achse parallel zur Erdachse [Peter Oden]
Wichtig ist hierbei natürlich, dass die Steuerung die eigene Position des Teleskops genau kennt. Hierfür dient der Prozess des Ausrichtens oder »Alignments«. Da die Position der Objekte durch zwei Parameter beschrieben wird, muss das Teleskop ebenfalls mit zwei Kriterien ausgerichtet werden.

Bei einer äquatorialen Montierung ist da erste Kriterium die Drehachse der Erde. Ist dies erfolgt, so reicht für die schnelle Beobachtung das sogenannte 1-Stern-Alignment, das durch diese zweite Justierung die beiden benötigten Einstellungwerte liefert (2-Stern-Alignment und 3-Stern-Alignment liefern lediglich höhere Genauigkeit).

Bei einer Alt-Az-Monierung fehlt die Vorjustierung auf die Drehachse der Erde, deshalb muss hier üblicherweise immer eine 2-Stern-Ausrichtung erfolgen. Manchmal reicht hier auch eine 1-Stern-Ausrichtung, diese setzt allerdings ebenfalls eine vorherige Ausrichtung nach Norden voraus.

Die ablaufenden Schritte sind als wie folgt:

  1. Justierung der (äquatorialen) Montierung auf die Drehachse der Erde
  2. Eingabe von Datum, Uhrzeit und Position
  3. Das Teleskop fährt grob die vermutete Position eines ersten selbstgewählten Objektes an und wird durch den Anwender genau dorthin positioniert.
  4. Damit kennt die Teleskopsteuerung die exakte Ausrichtung des Teleskops und kann für jedes gewünschte Beobachtungsobjekt anhand der gespeicherten Koordinaten sowie der Abweichungen (Zeit, Datum, Position) die echte Position am Himmel errechnen und das Teleskop mithilfe der eingebauten Motoren dorthin bewegen.

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