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Astronomie-Software

Themen-Special: Astronomie-Software

Der Nachthimmel sieht schon mit bloßem Auge faszinierend aus, erst recht durch eine passende Optik betrachtet. Das richtige Astronomieprogramm hilft nicht nur, Planeten und Sternbilder zu finden, sondern holt auch Details auf den Schirm, die dem Auge sonst verborgen bleiben, und lädt sogar zu Weltraumflügen ein.

Zusammenfassung von Artikeln aus c't 2/07, 11/07, 14/07, 17/07

Galileos Fernrohr war nicht stark genug, um die genaue Form der Saturnringe auszumachen; ratlos beschrieb der Gelehrte diese als Henkel. Heute findet man schon für eine Handvoll Euro auf dem Wühltisch Fernrohre, die sich sehr wohl eignen, um mehr als nur Henkel am Saturn zu erkennen, und im Fachhandel gibt es gute Einsteiger-Teleskope inklusive Stativ für unter 100 Euro. Nur finden muss man den Saturn dann noch. Dabei helfen Astronomieprogramme, die nicht nur in Sekundenschnelle Himmelsobjekte vom Planeten über Sternbilder bis zur Galaxie lokalisieren, sondern auch jede Menge Informationen dazu liefern.

Die in diesem Themen-Special vorgestellten Programme erleichtern dem fernglasbewehrten Anfänger den Einstieg in eine faszinierende Freizeitbeschäftigung, haben aber selbst für Experten mit großen Spiegelteleskopen noch eine Menge zu bieten.

KStars gehört zu KDE und liegt daher den meisten Linux-Distributionen bei. Weniger Funktionen, aber eine spektakuläre Grafik bietet die anfängertaugliche Java-Anwendung Stellarium. Auch das schnelle StarCalc macht Neulingen den Einstieg leicht. Cartes du Ciel alias SkyCharts gehört zu den funktionsreichsten Freeware-Programmen.

Die genannten Allround-Anwendungen kann man bei Bedarf durch einen Spezialisten ergänzen: Virtual Moon Atlas beschränkt sich darauf, den Mond detailliert zu kartographieren, Celestia lässt einen durchs All fliegen und Colliding Gallaxies simuliert auf eindrucksvolle und physikalisch fundierte Weise Kollisionen von Galaxien im Superzeitraffer.

Mit Fernglas ...

Für den Einstieg eignet sich schon ein Fernglas mit einem Objektiv von 30 oder 50 mm ganz ausgezeichnet. Damit kann man Objekte immerhin in 8-facher bis 15-facher Vergrößerung betrachten, was bei nicht allzu weit entfernten Himmelskörpern wie dem Mond vollkommen ausreicht. Der lässt sich nicht – wie man vermuten könnte – bei Vollmond am besten beobachten, sondern bei schräg einfallendem Licht, weil dann die von Meteoriten in seine Oberfläche geschlagenen Krater und Rillen Schatten werfen.

Die nötigen Informationen dazu liefert das Gratisprogramm Virtual Moon Atlas, das alles über den Mond weiß und zu jedem Krater ein Füllhorn voll Informationen über den Beobachter ausgießt. Es präsentiert ihn in vielen Zoomstufen und kennt jede Menge Krater. Cartes du Ciel alias SkyCharts bietet bei passender Gelegenheit an, einen installierten Virtual Moon Atlas zu starten.

Einige nicht zu weit entfernte Planeten zeigen sich im Fernglas als winziges Scheibchen; günstige Lichtverhältnisse und etwas Phantasie vorausgesetzt, erkennt man mit einem Fernglas sogar die Venus-Phasen oder die galileischen Jupiter-Monde als winzige Lichtpünktchen. Wer sich für die Namen der Monde oder die genaue Position der Venus interessiert, wird bei jedem genannten Programm fündig.

Gelegentlich tauchen neue Kometen auf. Auch zur Beobachtung größerer Schweifsterne eignet sich ein Fernglas trefflich. Um bei der Beobachtung die allerneuesten Kometendaten verwenden zu können, benötigt man ein Programm mit Internet-Anbindung, welches auf Wunsch eine aktuelle Datenbank aus dem Web lädt.

... oder Teleskop

Bis in die Tiefen des Alls dringt man mit einem Fernglas allerdings nicht vor – weiter entfernte Objekte sind für dessen vergleichsweise geringe Vergrößerung einfach zu klein. Mehr erschließt nur ein Teleskop. Für den Hobby-Astronomen eignen sich zwei Typen: Linsenfernrohre (Refraktoren) und Spiegelteleskope (Reflektoren). Anfänger greifen zu den Refraktoren, weil diese Einsteigergeräte billiger sind, müssen jedoch kleine Farbsäume in Kauf nehmen, denn billige Linsen brechen Licht unterschiedlicher Farbe auch unterschiedlich stark. Teurere Linsen gleichen diesen Effekt aus, bei Spiegelteleskopen tritt er gar nicht auf.

Je nach Bauart und Aufstellung verdrehen die Teleskope die Anzeige: astronomische Linsenfernrohre beispielsweise liefern ein auf dem Kopf stehendes Bild. Um die Darstellung auf dem Bildschirm der Fernrohr-Realität anzupassen, zeigen die meisten Programme den Sternenhimmel wahlweise horizontal oder vertikal gespiegelt.

Wegen der starken Vergrößerung zeigen Teleskope nur einen winzigen Ausschnitt des Himmels, darum ist es eine knifflige Sache, sie auszurichten. Die meisten haben eine Art Zielfernrohr mit geringer Vergrößerung aufmontiert. Manche Programme erleichtern die Orientierung, indem sie das zu erwartende Sichtfeld anzeigen. Das geht mehr oder weniger komfortabel – in KStars gibt es erweiterbare Datenbanken aller möglichen Fernrohre, Teleskope und Ferngläser. Bei anderen Programmen funktioniert die Anpassung über die Zoomstufe, wobei das Sichtfeld in Grad oder Minuten bemaßt sein sollte. Bei geringerer Zoomstufe hilft es oft, wenn die Software das zu erwartende Gesichtsfeld mit einem Kreis markiert; besonders KStars glänzt bei dieser Funktion. Einen anderen Weg zur Identifizierung von Himmelsobjekten geht eine neuartige Hardware, die GPS und digitalen Kompass kombiniert.

Teleskope müssen immer auf einem Stativ stehen, weil das Gesichtsfeld durch die hohe Vergrößerung so klein ist, dass selbst Sportschützen das Gerät nicht mehr ruhig genug für eine Beobachtung halten könnten. Ohnehin sind Teleskope viel zu schwer für Freihand-Beobachtungen. Sie stehen meist auf einer parallaktischen Montierung, die sich an der Erdachse ausrichtet, weil man so die scheinbare Himmelsdrehung leichter ausgleichen kann – bei starker Vergrößerung wandern Beobachtungsobjekte wegen der Erdrotation sonst schnell aus dem Bildfeld.

Richtet man das Teleskop am Polarstern aus, kann man über die angebrachten Skalen jederzeit die aktuellen Himmelskoordinaten der eingestellten Blickrichtung ablesen. Alle Programme wissen natürlich über die Koordinaten jedes angezeigten Lichtpünktleins Bescheid, ob Nebel, Planet oder Stern. Auf diese Weise holt man jedes Objekt schnell in den Fokus: Einfach ein Programm nach den Himmelskoordinaten zur gewünschten Beobachtungszeit fragen und diese am Teleskop einstellen – fertig. Auch die Koordinaten-Rasterung der Himmelsdarstellung bereitet der Software keine Schwierigkeiten.

Betuchte Sterngucker mit einer motorgetriebenen Teleskop-Montierung müssen lediglich ein paar Knöpfe drücken, statt von Hand zu kurbeln. Solche Montierungen lassen sich auch vom Computer steuern und können das auf dem Bildschirm angeklickte Objekt automatisch ins Gesichtsfeld holen.

Durch das Teleskop betrachtet, erkennt man die unterschiedlichen Venus-Phasen, die weiße Polkappe auf dem Mars und wie der Saturn seine Ringe von sich streckt. Auf dem Jupiter gibt es parallel zum Äquator verlaufende Wolkenmuster zu sehen, und die vier großen Monde des Riesenplaneten werfen einen Schatten auf seine Oberfläche, wenn sie vor ihm vorbeiziehen.

Manche Sterne, die mit bloßem Auge einfach nur als Lichtpunkt erscheinen, entpuppen sich bei genauerer Betrachtung als einander umkreisende Doppelsterne – zum Beispiel der hellste Stern im Kleinen Bären. Alle genannten Programme enthalten entsprechende Informationen und helfen beim Auflösen dieser Doppelsterne.

Namensvielfalt

Lohnende Beobachtungsobjekte findet man in der Literatur oder in Internet-Foren. Dann ist es günstig, wenn das Programm der Wahl nicht nur einen, sondern mehrere Namen parat hat, denn für Sterne gibt es unterschiedliche, zum Teil konkurrierende Bezeichnungssysteme. Den hellsten Sternen haben bereits die Araber Namen gegeben, zum Beispiel Deneb im Sternbild Schwan oder Aldebaran im Stier. Neben diesen Eigennamen tragen sie aber auch die wissenschaftliche Bezeichnung ihres Sternbildes mit vorangestelltem griechischem Buchstaben – bei alpha bootis beispielsweise handelt es sich um Arctur, den hellsten Stern im Bärenhüter (lat. Bootis), alpha orionis (Beteigeuze) und beta orionis (Rigel) sind die beiden hellsten Sterne des Orion. Um wirklich alle einigermaßen erkennbaren Sterne indizieren zu können, existieren noch etliche weitere Sternenkataloge.

Anwender eines englischsprachigen Programms müssen allerdings aufpassen, weil die Sterne hier zwar denselben wissenschaftlichen Namen tragen, aber unter einer abweichenden Schreibweise des arabischen Namens geführt werden – Beteigeuze etwa heißt auf englisch Betelgeuse. Dasselbe gilt auch für die Sternbilder: Was bei uns Großer Bär oder Großer Wagen heißt, nennen die Amerikaner Big Dipper. Wer diesbezüglich unsicher ist, sollte zu einem deutschsprachigen Programm greifen.

Namensvielfalt gibt es auch bei den Nebeln: Der französische Astronom Charles Messier katalogisierte über 100 davon und schuf im 18. Jahrhundert den nach ihm benannten Katalog. Später stellte sich heraus, dass viele davon Kugelstern-Haufen oder Galaxien sind. Der Andromeda-Nebel, die der Milchstraße nächstgelegene Galaxie in über zwei Millionen Lichtjahren Entfernung, trägt die Bezeichnung Messier 31, kurz: M31. Ein weiterer Katalog, der "New General Catalogue", klassifiziert diese Galaxie als NGC 224. Bei Amateur-Astronomen sind die Messier-Nebel beliebt, weil die meisten mit kleinen Teleskopen gut zu beobachten sind. M1 ist der Überrest einer Supernova im Sternbild Krebs: der Krebsnebel. Auch bei den Nebeln sollten die Programme verschiedene Kataloge kennen und die unterschiedlichen Bezeichnungen draufhaben, ebenso die Trivialnamen. Die Suchfunktion der Programme findet jeden unterstützten Objektnamen und zentriert auf Wunsch den gesuchten Himmelskörper auf dem Bildschirm.

Blick in die Zukunft

Um über spannende Himmelsereignisse im Voraus informiert zu sein, benötigen Astronomen einen Almanach. KStars bringt immerhin einen eigenen Kalender mit, der regelmäßig via Internet aktualisiert wird.

Wer das Datum kennt, kommt auch mit den anderen Programmen weiter. Spektakel wie eine Mondfinsternis gibt es in der drögen Realität nur äußerst selten, bei guten Himmelsverhältnissen und nur aus knapp 400 000 Kilometern Entfernung zu sehen. Mit Stellarium kann man sie nach Eingabe von Tag und Zeit dann anschauen, wenn man gerade Zeit und Lust dazu hat – es präsentiert den Verlauf in allernettester Grafik und beliebiger Zoomstufe. Darüber hinaus zeigt es beliebige Objekte zu einer frei einstellbaren Zeit an, beispielsweise auch die Sonne am 6. Juni 2012, kurz nach Mitternacht GMT. Da gibt es einen Venus-Transit zu sehen, das heißt, die Venus zieht als dunkler Fleck vor der Sonnenscheibe entlang – falls man zufällig in einer Ecke der Welt wohnt, in der die Sonne um diese Zeit scheint. Ereignisse dieser Art sind selten: Im 20. Jahrhundert gab es so etwas gar nicht zu sehen, und bis 2117 ist es auch die letzte Chance. Wer keinen astronomischen Kalender benutzt, könnte solch ein Jahrhundert-Ereignis verpassen. Wäre doch schade, oder?

Ernsthafte Beobachter werden Fotos von Sternen, Nebeln und Galaxien zu schätzen wissen, weil sie bei passender Zoomstufe einen guten Eindruck vom Aussehen eines Objektes geben und somit helfen, es überhaupt erst einmal zu erkennen, wenn es im Okular auftaucht. Im Internet gibt es Datenbanken wie zum Beispiel www.seds.org/messier, die Bilder praktisch jedes Himmelskörpers enthalten, welche ein Amateur-Astronom mit seinem optischen Werkzeug jemals zu Gesicht bekommen kann. Bis auf Stellarium und StarCalc zapfen alle Programme diese Datenbanken an und laden hochaufgelöste Fotos herunter.

Es gibt gelbe, weiße, blaue und rote Sterne. Alle Programme versuchen, sie annähernd in ihren natürlichen Farben anzuzeigen, wobei sich StarCalc allerdings mit ziemlich einfachen Darstellungen begnügt, während sich KStars dem tatsächlichen Spektrum schon besser annähert. Das OpenGL-Programm Stellarium bringt die Sternenfarben wirklich perfekt auf den Bildschirm. Allerdings ist eine halbwegs aktuelle Grafikkarte Bedingung – auf einem fünf Jahre alten Laptop mit Shared-Memory-Grafik läuft es nur im Extrem-Kriechgang.

Wechselt man das Beobachtungsobjekt, beispielsweise vom Ringnebel M57 zum Jupiter, bewegen einige Programme den Bildschirm langsam über den Himmel, bis der gewünschte Planet in das Gesichtsfeld rückt. Das sieht gerade mit OpenGL-Unterstützung sehr gut aus, stört aber manchmal doch beim Arbeiten.

Auf dem Acker

Der diffuse kleine Fleck im Gürtel des Orion besteht eigentlich aus zweien, die einzeln M42 und M43 und zusammen Orionnebel heißen. Der sieht mit bloßem Auge unspektakulär aus, wenn er denn überhaupt zu erkennen ist. Das Fernglas zeigt schon mehr, als Sternkindergarten ist er aber erst unter guten Teleskopen zu identifizieren. Wo Orion liegt, zeigt jedes Programm in einer Sekunde, doch ob der Nebel überhaupt zu sehen ist, hängt von den Beobachtungsbedingungen ab. Sowohl Städte als auch der Vollmond verteilen ihr Licht über den Himmel und überstrahlen schwächere Objekte – Nebel und schwache Sterne ertrinken darin; man spricht von Lichtverschmutzung. Auch Luftverschmutzung schränkt die Sicht auf die Sterne ein, da die Dunstglocke über Großstädten deren Licht reflektiert. Alle Programme bieten deshalb eine Option, nur Sterne und Nebel ab einer einstellbaren Leuchtkraft anzuzeigen: Die Leuchtkraft, genauer die scheinbare visuelle Helligkeit von Sternen wird in mag (magnitude) gemessen – je kleiner der Wert auf dieser logarithmischen Skala, desto heller der Stern. Sirius bringt es beispielsweise auf minus 1,57 mag, der Polarstern auf 2,2 mag.

Für jede der himmlischen Lichtquellen haben alle Programme die scheinbare Helligkeit parat, abhängig vom verwendeten Sternenkatalog meist bis 10 mag, manche noch mehr. Das Freeware-Programm Cartes du Ciel alias SkyCharts beispielsweise kann mit herunterladbaren Zusatzkatalogen Sterne bis 20 mag anzeigen – das sind mehr als 500 Millionen! Mit einer Filterfunktion versuchen die Astroprogramme, den tatsächlichen sichtbaren Himmel so realistisch wie möglich auf dem Bildschirm abzubilden. Manche Programme simulieren sogar direkt das Streulicht der Städte oder berücksichtigen die Dämmerung in wählbarer Intensität.

Will man der Lichtverschmutzung entgehen, baut man sein Teleskop am besten im Kaukasus auf. Wem das zu weit ist, der fährt wenigstens ein paar Kilometer aus dem schlimmsten Stadtmief hinaus aufs Land. Dort angekommen, gibt es zwei Möglichkeiten, sich am Himmel zu orientieren: Sternkarte oder Laptop respektive PDA. Die meisten Programme können den gerade gewählten Himmelsausschnitt zur Vorbereitung eines solchen Ausflugs drucken, mit einstellbarer Detailtiefe. Wer die Kosten für Druckertinte im Auge hat, wird sich über eine Option zum inversen Drucken freuen – in dieser Darstellung bleibt der Hintergrund weiß, die Sterne erscheinen darauf schwarz.

Flexibler als ein zu Hause vorbereiteter Ausdruck ist ein Rechner vor Ort. So kann man das Astronomieprogramm perfekt auf die tatsächlichen Sichtbedingungen abstimmen. Dumm nur, wenn die endlich an die Dunkelheit gewöhnten Augen dann auf einen hellen Bildschirm schauen. Um die Software direkt während der Beobachtung einsetzen zu können, benötigt diese einen Nachtmodus. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um ein anderes Farbschema mit möglichst wenig Weiß und viel Rot, wie bei historischen Fotografien. Manche Programme dunkeln den Bildschirm in weiten Grenzen einstellbar ab. Es ist praktischer, das über einen Button zu erledigen, als ewig an den Schaltern für Helligkeit und Kontrast des Mobilrechners herumzufummeln.

In Astromist kann man sogar unter mehreren Nachtmodi wählen. Ohne dicke Speicherkarte geht allerdings gar nichts; das Programm belegt mit allen Katalogen und Bildern mehr als 300 MByte. Dafür zeigt es mehr als 2,5 Millionen Sterne und über 18 000 Deep-Sky-Objekte, unter anderem aus den Katalogen Messier, Caldwell, Hershel, SAC, SAO, IC und NGC. Dazu gibt es mehr als 9000 Fotos von Galaxien, Nebeln, Mond und Mars. Beim Finden eines Objekts helfen ein Assistent, wählbare Zoom-Stufen zwischen 0,5 und 180 Grad, einblendbare Telrad-Kreise, azimutale oder äquatoriale Koordinatengitter sowie das Gesichtsfeld (leider nur) eines Okulars, sofern man vorher die Teleskop-Brennweite angegeben hat. Assistenten für die Planetenbeobachtung zeigen grafisch deren Auf- und Untergang und kennen die Zeiten, in denen Monde sichtbar sind. Besitzer elektronischer Teleskope können mit dem PDA beliebige Objekte am Bildschirm auswählen und das Teleskop automatisch darauf ausrichten, wobei Astromist verschiedene Standardprotokolle, Eichungsmethoden und GPS unterstützt.

Zwar eignet sich Astromist auch für Einsteiger, die einfach über den Himmel browsen möchten. In erster Linie ist es aber ein leistungsfähiges Werkzeug für ernsthafte Hobby-Astronomen.

Einige der Programme können die zur Beobachtung ausersehenen Objekte in einer Liste speichern, über die der Anwender stets alle relevanten Daten im Blick behält. Der Hobby-Astronom trägt hier beispielsweise Saturn und M31 ein und bekommt fortan auf einen Blick die Koordinaten geliefert, ohne sich jedes Mal wieder durch die Suchfunktion klicken zu müssen.

Der Nachthimmel birgt jede Menge Wunder für Teleskop-Besitzer. Doch die meisten Galaxien und Nebel leuchten für das bloße Auge zu schwach, und sie mit dem kleinen Gesichtsfeld eines hochvergrößernden Fernrohrs zu finden ist fast unmöglich. Da kommt wiederum Cartes du Ciel alias SkyCharts ins Spiel. Es kann beliebige Objekte anhand ihrer Namen oder Koordinaten lokalisieren und anzeigen. Das Gesichtsfeld ist beliebig einstellbar, sodass man jederzeit sieht, wie der Nebel in welcher Vergrößerung aussieht. Besitzer computerisierter Teleskope können diese über verschiedene Protokolle steuern; wer sein Fernrohr manuell einstellt, greift auf einblendbare Telrad-Kreise zurück, welche die Verlängerung der optischen Teleskop-Achse als Mittelpunkt haben und Blick-Öffnungswinkel von 0,5, zwei und vier Bogengrad visualisieren. Um die Dunkel-Adaption des Auges nicht zu stören, kann man das Programm ebenfalls in einen Nachtmodus schalten.

Auf seiner Webseite bietet der Programmierer zahlreiche Sternen-Kataloge an, die praktisch alles enthalten, was am Himmel leuchtet, und sei es auch so schwach, dass man ein ofenrohrdickes Teleskop braucht, um es unter klarstem Himmel sehen zu können. Per Internet aktualisiert Cartes du Ciel die Bahndaten von Kometen und Asteroiden, und wer hochauflösende Astro-Fotos mag, kann zu fast allen interessanten Objekten welche anzeigen lassen.

Den Saturn mit Lichtgeschwindigkeit anzufliegen, entpuppt sich schnell als langweilig, denn es dauert eine Dreiviertelstunde. Die Weltraum-Simulation Celestia schlägt der Physik daher ein Schnippchen und erlaubt auch wesentlich höhere Geschwindigkeiten, sodass man in Nullkommanix bei jedem beliebigen Planeten ankommt und den Jupiter beispielsweise von seinem Mond Ganymed aus beobachten kann. Celestia lässt sich per Maus, Tastatur und Skriptsprache steuern; viele spannende Planeten-Missionen stehen im Internet zum Download bereit, inklusive hochauflösender Grafiken, welche die ohnehin atemberaubende Grafik Celestias mit noch mehr Details anreichern.

Etwas weitere Raumflüge mit hoher Geschwindigkeit vermitteln einen prima Eindruck von der Winzigkeit unseres Gesichtsfeldes, denn man kann beobachten, wie sich die Sternbilder durch den sich schnell verändernden Standort verzerren. Von außerhalb der Milchstraße zeigt sich, dass all die hellen Sterne, aus denen unsere Sternbilder bestehen, sich in einem winzigen Teil eines ganz unbedeutenden Spiralarms der Galaxis konzentrieren. Alle Missionen und Raumflüge kann man auch als Videos speichern. Celestia ist kein Programm für ernsthafte Astronomen, die Beobachtungsabende planen, sondern eine einfach zu bedienende und grafisch über jedes Lob erhabene Weltraum-Simulation für jedermann.

Galaxien im Crashtest

Kollisionen von Galaxien lassen sich schwer beobachten: Sie dauern zu lange. Colliding Galaxies zeigt auf eindrucksvolle und physikalisch fundierte Weise den Ablauf im Superzeitraffer. Die Galaxis namens M51 ähnelt unserer Milchstraße, hat aber einen Furunkel am Spiralarm: den Rest einer kleineren Galaxis, mit der sie vor Jahrmilliarden kollidierte. Der Ablauf des kosmischen Verkehrsunfalls lässt sich mit diesem Programm minutiös nachvollziehen; neben M51 liegen sieben weitere real existierende Galaxien als Parametersätze bei (weitere kann man mit einem beiliegenden Editor nachbauen). Seine Simulation gibt es im Stereomodus aus, wofür man dann eine geeignete Zweifarb-3D-Brille benötigt, zur Not selbst gebastelt. Doch auch im normalen Modus wirkt es beeindruckend, wenn zwei massereiche Galaxien aufeinanderprallen und sich in einer gewaltigen Explosion zerfetzen, zumal Colliding Galaxies beliebige Beobachtungspositionen und -entfernungen unterstützt, ebenso wie weitreichende Farbeinstellungen, Bildschirmauflösungen und Vollbildmodi.

Suchtgefahr

Alle Astronomieprogramme haben eins gemeinsam: Sie sind hochinfektiös und nötigen den Befallenen dazu, viel Geld für Teleskope auszugeben und seine Nächte im Freien zu verbringen. (dwi, hps)

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