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 Betreff des Beitrags: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 21. Dezember 2014, 18:50:49 PM 
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Hallo,

ich möchte mich als Spektroskopie-Einsteiger kurz vorstellen: Nach dem Studium der Astrophysik bin ich heute "nur" noch Amateurastronom. Als Astrofotograph widme ich mich seit Jahren der langbrennweitigen Fotographie von Galaxien. Und seit September 2014 besitze ich einen Dados Spektrographen, mit dem ich seitdem erste Erfahrungen mit hellen Sternen, planetarischen Nebeln und sogar Galaxien sammeln konnte.

Bevor ich meine ersten Ergebnisse vorstelle, möchte ich vorwegschicken, dass der Einstieg, v.a. bzgl. Auswertung, nur deshalb geklappt hat, weil ich das Glück hatte, mit einem Spektroskopie-Workshop in Heppenheim zur rechten Zeit die richtigen Tipps erhalten und zudem hilfsbreite Spektroskopiker getroffen zu haben. Besonders möchte ich Lothar danken, der mich klasse unterstützt hat.

Ich habe bei M31 den Kern der Galaxie über den 25Mikrometer Spalt positioniert, und mit 8 * 10min Einzelspektren ein mittleres Spektrum berechnet. Als Kamera nutze ich einen SBIG STL-11000 - im nachfolgenden Spektrum ist deren Response nicht herausgerechnet. Das Bild zeigt das gemittelte Spektrum (erstellt mit MaximDL).

Bild

In der Mitte des Spektralstreifens fallen die Absorptions-Signaturen der O2- und H2O-Linien auf, die atmosphärischen Ursprungs sind. Im linken, helleren Bereich liegt das Kontinuum des M31-Spektrums. Und hier bemerkt zwei auffallende Linien, die in der Diagrammdarstellung deutlich hervortreten (erstellt mit VSpec).

Bild

Es handelt sich um die MgI- und NaI-Absorptionslinien (5166A und 5885A). Eine dritte Absorptionslinie (CH) ist andeutungsweise zu erkennen (bei 4300A). Das Rauschniveau (1-Sigma) ist 4-5 mal kleiner als die Linientiefe, eine Messung ist daher gut möglich. Die Fehlergröße der Linienmessung ist bei 1-2 Pixel = 3.5A – 7A. Man erkennt, dass die MgI- und NaI-Linien blauverschoben sind. Bestimmt man ihre relative Verschiebungen zur Ruhewellenlänge (in der Klammer angegeben), so findet man:

Linie(MgI)=5166.95A Delta=-7.05A (MgI 5174A) Delta(MgI)=-0.127% =-381km/s
Linie(NaI)=5885.51A Delta=-7.49A (NaI 5893A) Delta(NaI)=-0.136% =-409km/s

Da die Kalibration des Spektrum mit Hilfe des Sterns Altair erfolgte, muss man an den Werten noch Radialgeschwindigkeits-Korrekturen anbringen, ebenso auch die heliozentrischen Korrekturen.

Es ergibt sich schließlich ein Wert für die Relativgeschwindigkeit von M31 von -344 km/s +/- 120 km/s . Wichtiger als der gemessene Wert, der nahe am Literaturwert von -300 m/s liegt, ist die sicher ableitbare Aussage, dass sich M31 auf uns zu bewegt. Und mit der Identifikation der Linien kann man auf die zahlreichen K-Sterne schließen, die das sichtbare Kontinuum des Galaxienkerns bestimmen.

So es das Wetter wieder zulässt, werde ich versuchen, weitere Spektren von Galaxien zu gewinnen. Mich interessiert die Reichweite des Dados bei diesem Unterfangen, und ich freue mich auf den Austausch mit erfahrenen Foren-Usern bzgl. der Chancen und dem sinnvollen Instrumentarium für mein Vorhaben, Galaxien zu spektrometrieren.

Michael

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 21. Dezember 2014, 22:28:27 PM 
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Hallo Michael,

ich habe keine Erfahrung mit Galaxienspektren, doch mir scheint, dass Dein S/N mit geschätzten 20 für M31 recht gering ist. Angesichts seiner Helligkeit und einem 14-Zöller würde ich mehr erwarten. Dann habe ich mir mal Deinen Hypergraph angesehen und festgestellt, dass er bei 3000mm Brennweite ein 4“-Seeingscheibchen von etwa 60µm liefert. Dein Spalt ist mit 25µm also deutlich zu schmal. Ich empfehle, das Auflösungsvermögen mit einer größeren Spaltweite zugunsten von mehr Licht = höheres S/N zu reduzieren.

Gruß, Thomas

Auf "nur" Amateurastronom sollten wir stolz sein. :D


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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 22. Dezember 2014, 15:50:06 PM 
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Hallo Thomas,

vielen Dank für die Rückmeldung.

Da ich direkt am Spalt nachführe werde ich einmal drei Vergleichsspektren aufnehmen. Das Seeing ist bei mir typischerweise zwischen 2"-3".
Ich berichte über die Ergebnisse, vielleicht ergibt sich ja über die Feiertage einmal die Möglichkeit.

Schöne Grüsse,
Michael

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 22. Dezember 2014, 18:41:54 PM 
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Zitat:
Es ergibt sich schließlich ein Wert für die Relativgeschwindigkeit von M31 von -344 km/s +/- 120 km/s . Wichtiger als der gemessene Wert, der nahe am Literaturwert von -300 m/s liegt, ist die sicher ableitbare Aussage, dass sich M31 auf uns zu bewegt. Und mit der Identifikation der Linien kann man auf die zahlreichen K-Sterne schließen, die das sichtbare Kontinuum des Galaxienkerns bestimmen.
Hallo Michael,

hier findest du ein ähnliches Spektrum eines "nur Amateurs" :wink:
http://www.astrogeo.va.it/astronom/spet ... ssieen.htm

Was ist denn die Relativgeschwindigkeit von M31 bzgl. des Zentrums unserer Galaxie? Die Sonne bewegt sich mit rund 200 km/s um das Zentrum der Milchstrasse, so dass deine gemessene Annäherungsgeschwindigkeit von M31 ja mit dieser Geschwindigkeit vektoriell relativiert werden muß, wenn man etwas darüber aussagen will, wie schnell sich beide Galaxien aufeinander zu bewegen.

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Herzliche Grüße / best regards

Lothar

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 22. Dezember 2014, 20:41:00 PM 
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Der angegebene Wert von 300 km/s ist die heliozentrische Geschwindigkeit.
Siehe Seite 8 hier (Column7: Heliocentric velocity):
http://iopscience.iop.org/1538-3881/144 ... 44_1_4.pdf

Relativ zum galaktischen Zentrum sind es wohl eher 120 km/s:
http://arxiv.org/pdf/0705.1170v2.pdf

Ist halt alles relativ!

Viele Grüße

Dieter


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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 23. Dezember 2014, 14:05:30 PM 
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Hallo Lothar,

Dieter hatte bereits ja deine Frage beantwortet.

Bezogen auf die Gx-Kerne beträgt die Relativgeschwindigkeit -117 km/s - hier eine Quelle dazu:
http://www3.mpifr-bonn.mpg.de/staff/abr ... b/loeb.pdf

Interessant bei diesen Milchstrasse / M31 Überlegungen ist auch, dass hier M 33 auch "Kollisions-Rolle" spielt bzw. spielen wird.

Schöne Grüsse,
Michael

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 29. Dezember 2014, 10:45:28 AM 
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Hallo,

kurz als Info für die Posting-Leser - gestern Abend konnte ich endlich wieder einige Spektren aufnehmen.

Die Auswertung folgt in den nächsten Tagen, ich kann aber jetzt schon sagen, dass die Nutzung des 50mu Spaltes bei M32 die erwartete S/N Verbesserung bewirkt hat.
Ein erster Blick zeigt auch, dass sich die MgI, NaI-Linien damit gut bestimmen lassen sollten.

Schöne Grüsse,
Michael

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 29. Dezember 2014, 13:33:58 PM 
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Hallo Michael,

übrigens ist mein Hinweis auf das Seeing nicht ganz auf Dein Problem anwendbar. Da Du sowieso das Licht ganzter Galaxienregionen integrierst, spielt das Seeing nur eine untergeordente Rolle. Mir scheint, Du hast hier mehr Freiheiten, Dein Auflösungsvermögen an Deine Arbeitsziele anzupassen weil Du eben keinen einzelnen Stern aufnimmst.

Gruß, Thomas


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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 30. Dezember 2014, 15:56:51 PM 
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Hallo Thomas,

ich habe deinen Tipp umgesetzt und M32 mit dem 50mu-Spalt spektrometriert. Zum Einsatz kam wieder das 200L/mm Gitter und als Belichtungszeit ergaben sich 5 * 10min, das gemittelte Spektrum ist nachfolgend dargestellt.

Bild

Wie bei der M31-Auswertung habe ich die Linienverschiebung der MgI und NaI Linien gemessen (Mittelung von 5 Messungen). Die Auswertung läuft genauso wie bei der M31-Berechnung.

MgI - Messung 5170.0A / Linienverschiebung ggü: 5174A ist -4.0A = -232 km/s
NaI - Messung 5887.9A / Linienverschiebung ggü: 5893A ist -5.1A = -260 km/s

und mit den Korrekturen (Heliozentrisch, Radialgeschwindigkeit Alpha And) ergeben sich die Geschwindigkeiten -245 km/s (MgI) und -272 km/s (NaI). Der Mittelwert der Messungen liefert eine Blauverschiebung von 259 km/s, die Fehlergröße liegt auch hier bei +/- 120 km/s.

Im Vergleich zur M31-Messung zeigt sich, dass die M32-Blauverschiebung geringer ist. Aufgrund der großen Fehler besitzt das Ergebnis keine starke Aussagekraft, ermutigend ist der geringere Wert im Vgl. zu M31. Der M32-Literaturwert liegt bei 200 km/s +/- 6km/s.

Im Spektrum habe ich auch die Emissionslinien markiert, die durch Energiesparlampen (HgI) und Natriumdampflampen (NaI) hinzukommen. Bei der 5682A Linie bin ich unsicher mit der Identifikation, vielleicht habt ihr eine Idee.

Schöne Grüsse,
Michael

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 30. Dezember 2014, 16:44:24 PM 
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Hallo,

Womit hast du über einen so großen Wellenlängenbereich das Spektrum, welches ja zudem ziemlich weit ins Blaue geht kalibriert ?

Normalerweise sieht man bei den Natriumlinien zwei getrennte Linien. Möglicherweise ist das wegen zu geringer Auflösung hier nicht der Fall. Außerdem gibt es im interstellaren Raum diese Natriumlinien. Was macht dich so sicher, dass diese Natriumlinien von M31 her rühren? Kämen die tatsächlich vom Andromedanebel ,müsste man ja auch nicht blau verschobene Linien sehen, die eben aus dem Interstellarraum stammen zumal bei diesen langen Belichtungszeiten!

Hierzu müsste ja dann die Auflösung reichen, sonst könnte man ja gar keine Blauverschiebung messen , oder sehe ich da was falsch?
hG
Berthold


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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 30. Dezember 2014, 16:59:30 PM 
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Zitat:
Im Spektrum habe ich auch die Emissionslinien markiert, die durch Energiesparlampen (HgI) und Natriumdampflampen (NaI) hinzukommen. Bei der 5682A Linie bin ich unsicher mit der Identifikation, vielleicht habt ihr eine Idee.
Hallo Michael,

eigentlich kenne ich nur 2 Linien in dem Bereich:
eine schwache von NaI (5682.2) und eine von KrII (5681,89).

Würde mich aber überraschen, wenn die in Emission auftauchen sollten. Woher auch?

Also ich habe keine Lösung.

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Lothar

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 30. Dezember 2014, 17:08:00 PM 
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Hallo Lothar,

ich würde auf die NaI 5682.6A Linie tippen, die Wellenlänge habe ich folgender Seite entnommen:
http://physics.nist.gov/PhysRefData/Han ... list12.htm

Als Störquelle vermute ich die Natrium-Stassenlaternen, eine steht in direkter Nachbarschaft. Ich werde dies heute Abend direkt prüfen und ein Spektrum aufnehmen.
Dann sollte sich schnell klären lassen, woher diese Linie stammt.

Schöne Grüsse,
Michael

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 30. Dezember 2014, 17:12:46 PM 
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Normalerweise sind die Na-Dampflampen aber wegen ihres hohen Innendrucks mit stark verbreiterten Linien ausgestattet. Aber vielleicht ist es bei der Linie anders. Wirst es ja mit der Messung direkt sehen können.

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Lothar

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 30. Dezember 2014, 23:59:57 PM 
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Hallo Michael, wie bestimmst Du denn die Linienposition? Durch einen Fit oder mit dem tiefsten Linienfluss?

Gruß, Thomas


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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 31. Dezember 2014, 10:15:33 AM 
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Hallo Thomas,

das Linienzentrum bestimme ich durch einen Fit, genaugenommen durch das Mittel 3-5 Gaussfits, wo bei die Basisbreite etwas variiere, um den Rauscheinfluss hier zu unterdrücken.

Schöne Grüsse,
Michael

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 31. Dezember 2014, 10:28:26 AM 
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Hallo,

ich konnte gestern Abend das Spektrum der Na-Dampflampe näher untersuchen. Da ich meinen Spektrograph + CCD Kamera nicht abbauen wollte, habe ich mit einem Handspektroskop ein "quick & dirty" Spektrum erstellt und dieses dann mit VSpec untersucht.

Bild

Im Spektrum erkennt man die dunkle Linie durch die Selbstabsorption der NaI-Linien (5890A,5896A), und an den Flanken dieser breiten Liniensignatur sitzen zwei schmale Emissionslinien.
Es finde sich noch weitere Emissionslinien, die ich im Spektrum markiert habe, da es sich um eng liegende Doppel/Dreifach-Linien handelt, habe ich die alle Wellenlängen notiert.
Die Reihenfolge der Wellenlänge erfolgt gemäß der relativen Intensität der EInzellinien - die Daten habe ich hier entnommen http://physics.nist.gov/PhysRefData/Han ... table2.htm

Bild

Die prominenten NaI-Emissionslinien finden sich im M32 Spektrum wieder und ergeben zusammen mit den HgI-Linien nun ein komplettes Bild der dort sichtbaren Emissions-Linien.

Für die Auswertung von Spektren lichtschwacher Objekte ist diese Kenntnis wichtig, und sie zeigt auch, dass die M32-NaI-Linie durch die irdische NaI-Linie kontaminiert ist, und dass bei der Bestimmung der Radialgeschwindigkeit von M32 eher auf die MgI-Linie geachtet werden sollte. Diese liefert auch den geringeren Geschwindigkeitswert und passt damit auch wieder besser zum M32-Literaturwert.

Schöne Grüsse,
Michael

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 31. Dezember 2014, 10:36:32 AM 
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Hi Michael, Gaussfit ist gut. Und wie bestimmst Du Deinen Fehler?

Gruß, Thomas


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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 31. Dezember 2014, 11:28:40 AM 
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Hallo,

Womit hast du über einen so großen Wellenlängenbereich das Spektrum, welches ja zudem ziemlich weit ins Blaue geht kalibriert ?

Normalerweise sieht man bei den Natriumlinien zwei getrennte Linien. Möglicherweise ist das wegen zu geringer Auflösung hier nicht der Fall. Außerdem gibt es im interstellaren Raum diese Natriumlinien. Was macht dich so sicher, dass diese Natriumlinien von M31 her rühren? Kämen die tatsächlich vom Andromedanebel ,müsste man ja auch nicht blau verschobene Linien sehen, die eben aus dem Interstellarraum stammen zumal bei diesen langen Belichtungszeiten!

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Berthold

Hallo Berthold,

ich war dir noch Antworten schuldig:

- Zur Kalibration nutze ich das Spektrum von Alpha Andromeda, diese habe ich auch bei den Korrekturen berücksichtigt. Sorry, das hatte ich nicht erwähnt.

- Die Doppelstruktur der Na-Linie lässt sich wohl zum einen wg. der Auflösung des Dados mit dem 200L/mm Gitter nicht nachweisen (3.5A pro Pixel) und ausserdem ist es so, dass die Bulge-Sterne von M31 , die das Licht des spektrometrierten Kerns ausmachen, sich auch bewegen. Und deren Geschwindigkeitsdispersion verschmiert die Doppellinie ebenfalls.

- Zur Nutzung der MgI und NaI Linien kam ich über die typischen K-Spektren der Bulge-Sterne. Man könnte auch noch die FeI-Linie nehmen, die rechts neben der MgI-Linie bei 5261A noch zu erkennen ist. Diese ist auch charakteristisch für die Sterne der Bulge-Population. Diese Linie ist aber weniger ausgeprägt, und daher habe ich darauf verzichtet. Aber aufgrund der NaI-Störproblematik wäre diese Linie doch eine Option.

Diese FeI-Linie ensteht durch die Linienbeiträge 5269.5A und 5270.4A, die erste Linie ist intensiver (120/80). Ein Gaussfit lieferte für das gemessene Zentrum den Wert 5265.9A, die gemittelte Ruhewellenlänge liegt bei 5270A, hier ergibt sich die eine Linienverschiebung von 4.1A, genau der Wert, der auch bei der MgI-Linie gemessen wurde. Auch diese Linienmessung bestätigt den M32-Radialgeschwindigkeitsmesswert von -245 km/s.

Bei den nächsten Galaxienspektren, die ich untersuchen werde, werde ich mich auf die MgI- und FeI-Linien konzentrieren.

Schöne Grüsse,
Michael

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Zuletzt geändert von Michael König am 31. Dezember 2014, 13:23:00 PM, insgesamt 1-mal geändert.

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 31. Dezember 2014, 11:36:25 AM 
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Hi Michael, Gaussfit ist gut. Und wie bestimmst Du Deinen Fehler?

Gruß, Thomas

Hallo Thomas,

ich bestimme die Lage mit der Gaussfit-Routing von IDL, dieses Programm hab eich als professioneller Astronom auch schon genutzt. Dieser Fit liefert mehrere Gütewerte und diese kann man dann zur Gewichtung der einzelnen Linienzentren-Messwert nutzen.

Im Rahmen meiner doch recht geringen Auflösung ist dies aber wohl nicht nötig - ich habe eben einmal nachgerechnet und aus 5 Fits mit VSpec den einfachen Mittelwert berechnet, dieser stimmt bis auf 10-4 überein.

Ich bin am überlegen, ob es nicht doch besser wäre bei den Galaxienspektren mit der Kreuzkorrelation zu arbeiten - hier wäre die Absoptionsliniensignatur MgI-FeI ggf. auch mit NaI die Struktur, die man im Spektralprofil suchen würde.

Schöne Grüsse,
Michael


PS: Nochmals vielen Dank für Eure Kommentare und Eure wertvollen Tipps - das macht richtig Spass, sich in die Spektroskopie einzuarbeiten.

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 Betreff des Beitrags: Re: Erste Arbeiten mit dem Dados
BeitragVerfasst: 31. Dezember 2014, 11:41:47 AM 
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Ja, Michael, eine Kreuzkorrelation wäre wohl der beste Weg. Würde ich auf jeden Fall versuchen. Auch wir fruen uns, dass Du mit uns diskutierst. In einer Gruppe macht sowas einfach mehr Spass!

Gruß, Thomas


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