As
mentioned in an earlier blogpost, I used a second camera to take photos of
both, the ambient light and some wide-angle images of the eclipse in order to
create a sequence.
Today I had
enough time to compile such a sequence.
For
imaging, I used the same focal length as for the ambient light images, so I
have had some 34mm of focal length. Since I did not want to change the aperture
between the frequent photographs, I had to use a neutral density filter for
imaging the sun. Otherwise, the images would have been extremely overexposed –
even at 1/4000 s. In lack of an OD 4 filter I took an OD 5 one (i.e. 1/100.000
of the light passes that filter). Therefore, I had to expose 1/250 s.
The single
images nicely show the progress of the solar eclipse. Since I used a rather
unsteady tripod, the sun’s disk wiggles around a little. In order not to
confuse, I shifted the solar images manually. I used GIMP for overlaying all
single images.
Beside the
solar eclipse at different times (the separation between the single shots are 5
minutes in time), another interesting optical “feature” can be seen if one
looks closely.
The images
to the left have a red fringe to the left side and a blue one to the right. The
opposite is the case at the sun’s images to the right of the sequence. In the
center, the sun looks “normal”, without any colored fringes at all.
Well, this
is an optical effect (actually it would be considered a flaw of the optics)
called chromatic aberration. There are two types of chromatic aberrations:
Lateral and axial chromatic aberration. In this case, we have a lateral
chromatic aberration, meaning that the magnification for different wavelengths
(i.e. the color) are slightly different. Therefore, each color has its own
location in the image plane. Lateral chromatic aberration gets worse to the
outside of an image, in its center it is zero. This is why the sun looks close
to perfect (in the sense of color impression) at the image’s center.
I used a
simple Fraunhofer achromatic telescope, consisting of two lenses with a small
air gap between the lenses. The first lens is a positive crown glass element (“collecting
light”), the second one a negative flint glass lens (“diverging light”). In this
combination, no full color correction can be achieved. The “separation” of the
wavelengths is due to glasses having a higher refractive index at shorter
wavelengths, so blue is refracted stronger than red light.
There are
good solutions to achieve close to perfect images up to the image’s edges, two
of which are the apochromatic telescope and the super-apochromatic telescope.
However, those instruments are awfully expensive.
When it
comes to color fidelity, mirrors are best – but mirror telescopes introduce new
aberrations to images…
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Wie schon in einem früheren Blogeintrag erwähnt, habe ich
eine zweite Kamera verwendet, um sowohl Umgebungslichtfotos als auch
Weitwinkelbilder der Sonnenfinsternis aufzunehmen, um diese zu einer
Reihenaufnahme zusammenzufügen.
Für die Aufnahmen habe ich die gleiche Brennweite verwendet
wie für die Umgebungslichtbilder, also etwa 34mm Brennweite. Da ich nicht
gewillt war, die Blende zwischen den häufigen Aufnahmen zu ändern, musste ich
einen Neutraldichtefilter verwenden, um die Sonne aufzunehmen. Anderenfalls
wären die Bilder extrem überbelichtet gewesen – auch bei 1/4000 s. In
Ermangelung eines OD 4-Filters nutzte ich einen OD 5 (d.h. 1/100.000 des Lichtes
geht durch den Filter). Daher
musste ich 1/250 s belichten.
Die einzelnen Bilder zeigen sehr schön den Fortschritt der
Sonnenfinsternis. Da ich ein eher wackeliges Stativ verwendet habe, taumelt die
Sonnenscheibe etwas umher. Um nicht zu verwirren, habe ich die Sonnenbilder
manuell verschoben. Ich habe GIMP verwendet, um alle einzelnen Bilder
übereinander zu legen.
Neben der Sonnenfinsternis zu unterschiedlichen Zeiten (der
Abstand zwischen den einzelnen Aufnahmen ist 5 Zeitminuten) gibt es ein weiteres
optisches „Merkmal“ zu sehen, wenn man genau hinschaut. Die Bilder auf der
linken Seite haben einen roten Rand auf der linken Seite und einen blauen auf
der rechten. Das Gegenteil ist der Fall bei den Sonnenbildern auf der rechten
Seite der Reihenaufnahme. Im Zentrum hingegen sieht die Sonne „normal“ aus,
ohne jeglichen farbigen Ring.
Nun, dies ist ein optischer Effekt (tatsächlich würde man es
als einen Mangel der Abbildungsoptik bezeichnen), der als chromatische
Aberration bezeichnet wird. Es gibt zwei Arten der chromatischen Aberration:
Farbquer- und Farblängsfehler. Im vorliegenden Falle haben wir einen
Farbquerfehler, was bedeutet, dass die Vergrößerung für verschiedene
Wellenlängen (also Farben) geringfügig unterschiedlich ist. Daher hat jede Farbe
ihren eigenen Platz auf der Bildebene. Der Farbquerfehler wird im Bild
schlimmer nach außen hin und ist in der Bildmitte gleich null. Das ist der
Grund, wieso die Sonne in der Bildmitte nahezu perfekt abgebildet wird
(hinsichtlich des Farbeindruckes).
Ich habe einen einfachen Fraunhofer-Achromaten verwendet,
welcher aus zwei Linsen mit einem kleinen Luftspalt dazwischen besteht. Die
erste Linse ist eine sammelnde Kronglaslinse, die zweite eine Zerstreuungslinse
aus Flintglas. In dieser Kombination kann keine vollkommene Farbkorrektur
erzielt werden. Die „Teilung“ der Wellenlängen entsteht dadurch, dass Gläser
bei kürzeren Wellenlängen eine höhere Brechzahl aufweisen, daher wird blaues
Licht stärker gebrochen als rotes.
Es gibt gute Lösungen um eine nahezu perfekte Abbildung bis
hin zu den Bildecken zu erzielen, zwei davon sind der Apochromat und der
Super-Apochromat. Allerdings sind diese Instrumente unglaublich teuer.
Wenn es um Farbtreue geht sind Spiegel am besten – aber
Spiegelteleskope bringen neue Abbildungsfehler ins Bild mit ein…
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Pictures from top to bottom:
(1) Sequence compiled of single images of the solar eclipse, 5 min time separation between the images, zoomed in
(2) Chromatic aberration, see text for details
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Bilder von oben nach unten:
(1) Reihenaufnahme, zusammengesetzt aus Einzelaufnahmen der Sonnenfinsternis, 5 Minuten Abstand zwischen den Bildern, Ausschnittsvergrößerung
(2) Chromatische Aberration, siehe Text für Details
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