Der Einstieg in die Astrofotografie - eine komprimierte
Version
Inhalt:
4. Lange Belichtung und große Brennweite
Es
gibt bereits viel Literatur über Astrofotografie. Sicherlich sind gute Werke
dabei, die viele Informationen und Tipps bereitstellen und zweifelsohne
empfehlenswert sind. Vielleicht ist mein Ansatz aber doch ein wenig anders. Ich
möchte nicht nur die Methoden der Astrofotografie beschreiben, sondern
hoffentlich auch den Kern der Sache treffen: mit Hinweisen darauf, dass einen
Nächte im Kampf mit Wetter und Equipment erwarten, dass mühsames Lernen von
falsch und richtig durch eigene Erfahrung notwendig ist, dass aber die Freude
am ersten Astrobild und an jeder erreichten Verbesserung alles aufwiegt. Ich
möchte hier allerdings kein neues Buch hinzufügen (schon die erforderliche
Länge schreckt mich ab), sondern eine recht kurz gefasste Anleitung geben, die
vielleicht von Anfang an klarer macht, auf was man sich einlässt, wenn man sich
der Astrofotografie verschreibt. Und die einem womöglich hilft, auf einem
Erfolg versprechenden Weg zu starten.
Eine
gute Nachricht zuerst: es braucht keine Reichtümer, um eindrucksvolle
Astrofotos erstellen zu können. Natürlich kostet ein solches Hobby Geld, aber
wenn man sich, verteilt auf mehrere Jahre, die Investition in etwa der Höhe
eines Familienurlaubs auf Mallorca zur Hauptreisezeit vorstellen kann, dann
kommt man sehr weit. Und mit viel weniger kann man erfolgreich starten.
Und
nun die schlechte Nachricht: man kann noch so viel Geld investieren, man wird
mit der erworbenen Ausrüstung nicht einfach gute Astrofotos machen. Es braucht
Erfahrung, und die kann man in diesem Falle nicht durch hochgezüchtete Technik
ausgleichen. Man stelle sich auf einen langen Weg ein, der viele eigene
Lösungsansätze und zwischendurch auch einiges an Frusttoleranz erfordert. Auf
der anderen Seite macht genau dieses aber auch möglich, dass man mit relativ
bescheidenen Mitteln außerordentlich faszinierende und bewundernswerte
Ergebnisse erzielen kann.
Ich
werde hier zunächst einmal theoretisch die benötigte Ausrüstung erläutern
(Kapitel 2) und dann in die Praxis gehen (Kapitel 3: Erste Schritte). Das vierte
Kapitel richtet sich an diejenigen, die lange genug durchgehalten haben, um
sich mit den Problemen bei der Deep-Sky-Fotografie mit langen Brennweiten herum
zu plagen. Viel Wert möchte ich in den Praxis-Kapiteln auf die Schilderung von
Fehlern und deren Behebung legen. Jeden Leser möchte ich bitten, mir von
eigenen Erfahrungen zu berichten, damit die Liste kompletter wird und
angehenden Astrofotografen hilft. Ich nehme Hinweise gerne auf!
Das
Hobby Astrofotografie ist weit weniger verbreitet als Angeln oder Tennis. Das
hat zur Folge, dass man in Deutschland keinen Laden findet, den man als Neuling
in der Astrofotografie nach einer halben Stunde Beratung mit genau der
passenden Ausrüstung wieder verlässt – auch wenn es genügend Verkäufer gibt,
die dieses behaupten. Das ist in etwa so wahrscheinlich wie sechs Richtige im
Lotto. Natürlich kann man in einigen Läden alle notwendigen Komponenten
erhalten, aber es gibt keine Komplettsysteme, denn die Anforderungen und
Voraussetzungen sind zu verschieden, die Möglichkeiten reichlich und die
Stückzahlen gering. Also gilt es selbst zu recherchieren, die eigenen Ansprüche
zu klären und ein Konzept zu entwickeln, das man verfolgen möchte. Und klein
anzufangen, zu lernen und die Ansprüche erst mit der Zeit hoch zu schrauben.
Die
Komponenten für die Astrofotografie sind allerdings im Grunde immer die
gleichen:
- Ein Aufnahmegerät
(analoge oder digitale Kamera, Webcam, Astro-CCD-Kamera, hochempfindliche
Videokamera)
- Eine Optik
(Kameraobjektiv, Teleskopoptik)
- In den meisten
Fällen eine adäquate Einrichtung zum Ausgleich der Erddrehung (Montierung,
eventuell Leitrohr, Fadenkreuzokular, Nachführkamera etc.)
- Die
Bildbearbeitung. Bei der analogen Fotografie noch weitgehend unbedeutend,
in der digitalen Fotografie dagegen sehr entscheidend.
Die
Unterschiede und Anforderungen ergeben sich aus den Wünschen, was eigentlich
fotografiert werden soll.
2.1 Die Aufnahmegeräte
Was
wofür? Das soll hier kurz angesprochen werden.
Eine
analoge Kamera ist heutzutage nicht mehr zu empfehlen. Zu groß sind die
praktischen und auch physikalischen Vorteile der digitalen Kameras. Die
sofortige Verfügbarkeit der Bilder, die elektronische Bildverarbeitung sowie
eine generell höhere Empfindlichkeit sind Argumente, die sich nicht von der
Hand weisen lassen. Analoge Technik ist lediglich für den Einstieg geeignet,
wenn bereits eine solche Kamera vorhanden ist und man die ersten Erfahrungen
sammeln möchte. Ein hochempfindlicher Film ist anzuraten (400, besser 800ASA).
Versuche mit Sternfeldaufnahmen oder auch Strichspuraufnahmen ohne Nachführung
sind als erste Schritte empfehlenswert. Aufnahmen von Mond oder Planeten werden
in aller Regel enttäuschen, mit dieser Aufnahmetechnik sind kaum wirklich
scharfe Aufnahmen zu erzielen, hier ist die Videotechnik mit nachfolgender
Bildbearbeitung ganz klar im Vorteil.
Eine digitale Kamera,
vorzugsweise eine Spiegelreflex, erweitert die Möglichkeiten enorm.
Insbesondere die Bildaddition, also die Mittelwertbildung aus mehreren Bildern,
vermindert das Bildrauschen und schafft damit die Grundlage für beeindruckende
Bilder. Eine Spiegelreflexkamera hat den Vorteil von Wechselobjektiven und
ermöglicht auch die fokale Fotografie, d.h. die Kamera ohne Objektiv wird an
das Teleskop angeschlossen, das nun als Objektiv fungiert. Die Stärken der
digitalen Kameras liegen in der Fotografie lichtschwacher Objekte, die lange
Belichtungszeiten erfordern (Deep-Sky-Fotografie). Besonders geeignet sind zur
Zeit Kameras der Marke Canon, die mit ihren CMOS-Chips geringes Rauschen, hohe
Empfindlichkeit und wenig Verstärkerglühen vorteilhaft in die Astrofotografie
einbringen. Als Besonderheit kann man bei diesen Kameras, die von Haus aus sehr
unempfindlich für tiefes Rot sind, den Schutzfilter vor dem Chip gegen einen anderen
aus dem Hause Baader-Planetarium austauschen. Damit wird die
H-alpha-Empfindlichkeit drastisch erhöht und viele Gasnebel am Himmel, die
genau in diesen Wellenlängen emittieren, wesentlich besser abgebildet. Der
Einsatz der Kameras im normalen Tagesgebrauch wird dadurch etwas eingeschränkt,
denn nun ist nur noch der manuelle Weißabgleich brauchbar.
Die
nächste Stufe in der digitalen Fotografie ist die einer speziellen
Astro-CCD-Kamera. Diese Geräte haben gegenüber den handelüblichen Kameras den
Vorteil eines geringeren Rauschens (durch aktive Kühlung mittels
Peltier-Elementen) sowie eine größere Bittiefe in den Graustufen (16bit
gegenüber 8 oder maximal 12 bei Digitalkameras). Außerdem sind diese Kameras
als empfindlichere Schwarz-Weiß-Versionen zu bekommen. Die Farbe ist dadurch
aufwändig durch Farbfilter zu erzeugen, die erreichte Farbtrennung und
Farbtreue aber besser als bei Kameras mit Bayer-Matrix. Außerdem ist die echte
Auflösung gegenüber Farbkameras bei gleicher Pixelgröße besser, da jedes Pixel
die volle Information liefert, während bei Farbkameras jedes zweite Pixel die
Grün- und jedes vierte Pixel die Rot- und Blauinformation bereitstellt und
dadurch interpoliert werden muss (wer es genauer wissen möchte: Googeln nach
Stichwort Bayer-Matrix). Beispiele sind Kameras der Marken Atik, SBIG, Sigma,
ALCCD und Starlight Express. Auch Meade bietet solche Kameras an, verzichtet
aber auf aktive Kühlung. Allen diesen Kameras ist eines gemein: man sollte
nicht mit einer solchen Kamera anfangen. Zunächst ist dringend anzuraten, sich
in der Astrofotografie mit „normalen“ Kameras zu versuchen. Der recht komplexe
Gebrauch der Astro-CCD Kameras setzt einfach eine gewisse Erfahrung voraus. Vor
allem aber ist die Investition auch so groß, dass man hier nicht einsteigt,
bevor man nicht genau weiß, dass die Astrofotografie ein Hobby für eine lange
Zeit ist. Astro-CCD-Kameras mit kleinen Chips (640x480 Bildpunkte) sind für
etwa 500 Euro zu haben, Megapixel-Kameras kommen in den Bereich 1000 bis 2000
Euro, und Kameras mit noch größeren Chips liegen, je nach Hersteller, zwischen
etwa 3000 und 10.000Euro.
Webcams,
insbesondere solche mit CCD-Chip, sind für Aufnahmen heller Objekte (Planeten, Mond,
Sonne) sehr gut geeignet. Die Aufnahme von Videosequenzen und, mit der
geeigneten Software, die Kombination eines Bildes aus mehreren Tausend
Einzelbildern erlaubt praktisch die Eliminierung der Luftunruhe. Die erzielten
Bilder entsprechen im Idealfall nahezu der theoretischen Auflösung des
verwendeten Teleskops. Beispiele sind die Philips Webcams 740k und 840k,
jeweils in der Pro-Version, aber auch die Quickcam 3000 Pro.
Modifizierte
Webcams, die eine beliebige Belichtungszeit zulassen (Stichworte Steve
Chambers, SC1), sind gut als Guiding-Kameras einsetzbar, d.h. sie sorgen für
eine exakte Nachführung des Teleskops, während eine andere Kamera die
eigentlichen Bilder aufnimmt.
Videokameras
fallen in die gleiche Kategorie wie die Webcams, einige bestimmte Videokameras
sind jedoch auf hohe Empfindlichkeit ausgelegt und insbesondere als
Guiding-Kameras geeignet. Beispiele hierfür sind bei Watec und Mintron zu
finden. Vertrieben werden diese Kameras allerdings auch teilweise im
Astrozubehör-Handel.
2.2. Die Optik
Die Optik vor der Kamera
kann ein normales Kameraobjektiv sein oder ein Teleskop selbst.
Ein ganz wesentliches
Merkmal der Optik ist die Brennweite. Sie bestimmt, zusammen mit der Größe des
Aufnahmemediums (Film oder Chip), die Größe des abgebildeten Himmelareals sowie
die erreichte Auflösung. Dazu ein paar Berechnungsbeispiele und Formeln.
Der auf einem Sensor der
Größe b abgebildete Himmelswinkel in Grad ergibt sich einfach aus der Beziehung
wobei alpha der erfasste
Winkel am Himmel ist, b die Bildgröße (also die Länge bzw. Höhe des Sensors)
und f die Brennweite.
Bei kleinen Winkeln ist
näherungsweise alpha = b/f (alpha im
Bogenmaß).
|
|
Abgebildeter Winkel am Himmel in Grad |
|||||||
|
|
Kleinbild |
digitale Spiegelreflex ca. |
Atik 16HR |
Webcam |
||||
|
Brennweite |
24x36mm |
18x24mm |
8,3x10,2mm |
2,7x3,6mm |
||||
|
18mm |
67,38 |
90,00 |
53,13 |
67,38 |
25,97 |
31,64 |
8,58 |
11,42 |
|
28mm |
46,40 |
65,47 |
35,64 |
46,40 |
16,86 |
20,65 |
5,52 |
7,36 |
|
50mm |
26,99 |
39,60 |
20,41 |
26,99 |
9,49 |
11,65 |
3,09 |
4,12 |
|
135mm |
10,16 |
15,19 |
7,63 |
10,16 |
3,52 |
4,33 |
1,15 |
1,53 |
|
300mm |
4,58 |
6,87 |
3,44 |
4,58 |
1,59 |
1,95 |
0,52 |
0,69 |
|
600mm |
2,29 |
3,44 |
1,72 |
2,29 |
0,79 |
0,97 |
0,26 |
0,34 |
|
1000mm |
1,38 |
2,06 |
1,03 |
1,38 |
0,48 |
0,58 |
0,15 |
0,21 |
|
1500mm |
0,92 |
1,38 |
0,69 |
0,92 |
0,32 |
0,39 |
0,10 |
0,14 |
Tabelle 1
Bei
einer Webcam ist der Mond oder die Sonne daher schon bei einer Brennweite von
300mm Format füllend, während sie (bei entsprechend höherer Auflösung
natürlich) selbst bei 1500mm Brennweite noch gut auf den Chip einer digitalen
Spiegelreflexkamera passen.
Aus
der selben Formel, nur mit b als Pixelgröße, kann man nun die Auflösung, d.h.
die Länge eines einzelnen Pixels in Bogensekunden berechnen.
|
|
Auflösung in Bogensekunden pro Pixel |
|||
|
Kamera/ Pixelgröße |
z.B. Sigma 261 20µm |
z.B. Nikon D70 8µm |
z.B. Canon 350D, Atik 16HR ca. 6,4µm |
z.B. Webcam 5,6µm |
|
|
||||
|
Brennweite |
|
|
|
|
|
18mm |
229,18 |
91,67 |
73,34 |
64,17 |
|
28mm |
147,33 |
58,93 |
47,15 |
41,25 |
|
50mm |
82,51 |
33,00 |
26,40 |
23,10 |
|
135mm |
30,56 |
12,22 |
9,78 |
8,56 |
|
300mm |
13,75 |
5,50 |
4,40 |
3,85 |
|
600mm |
6,88 |
2,75 |
2,20 |
1,93 |
|
1000mm |
4,13 |
1,65 |
1,32 |
1,16 |
|
1500mm |
2,75 |
1,10 |
0,88 |
0,77 |
Tabelle 2
Interessant ist es nun,
diese Werte zum einen mit dem theoretischen Auflösungsvermögen eines Teleskops
und zum anderen mit dem Grenzwert durch atmosphärische Unruhe zu vergleichen.
Das
Auflösungsvermögen eines Teleskops ist durch seine Öffnung begrenzt, der Wert
in Bogensekunden ist nach Rayleigh der Öffnungsdurchmesser in mm geteilt durch
130. Ein 8-Zöller schafft also etwa 0,65 Bogensekunden. Ein Newton dieser
Öffnung hat üblicherweise 1000 bis 1200mm Brennweite, hier nutzen also fokal
auch Kameras mit kleinen Pixeln das theoretische Auflösungsvermögen des
Instrumentes nicht aus. Generell nutzt man das theoretische Auflösungsvermögen
bei fokaler Fotografie mit digitaler Spiegelreflex erst ab einem
Öffnungsverhältnis von F/10 aus.
Allerdings
schränkt die Atmosphäre unsere Bemühungen stark ein: die Luftunruhe führt zu
einer Verschmierung eines Punktes auf eine Fläche von üblicherweise etwa 2 bis
3 Bogensekunden. Wesentlich höhere Auflösungen unserer Ausrüstung bringen daher
nicht mehr viel. Ein gewisses „Oversampling“, also die Auslegung unseres
Systems auf 2 bis 3 Pixel pro seeingbedingter Auflösungsgrenze von eben 2-3
Bogensekunden ist allerdings sinnvoll. Bei der Mond- und Planetenfotografie
kann man das Oversampling eher noch höher treiben, denn durch die kurze
Belichtungszeit wird die Luftunruhe „eingefroren“ und bei der Überlagerung sehr
vieler Bilder am Ende durch entsprechende Filter (unscharfe Maskierung) auch
wieder heraus gerechnet.
Interessanterweise
gibt es damit eine oftmals gültige Regel bei der Deep-Sky-Fotografie als
höchstmögliche Auflösung etwa 1“ pro Pixel anzustreben. Ein Instrument mit mehr
als 130mm Öffnung wird also keine wesentliche Verbesserung unserer
Aufnahmequalität bezüglich Auflösung mehr ermöglichen. Die lichtsammelnde
Fläche eines größeren Instrumentes ist jedoch quadratisch zur Öffnung größer,
die Belichtungszeiten können entsprechend kürzer ausfallen. Bei der erreichten
Tiefe bzw. Grenzgröße sind große Instrumente daher gegenüber kleinen im
Vorteil. Man sieht hieran aber schon, dass detailreiche Aufnahmen auch mit
relativ kleinen Instrumenten machbar sind. Ein weiterer Hinweis darauf, dass
Leute mit großem Budget nicht zwangsläufig bessere Fotos abliefern können als
diejenigen mit schmalerem Portemonnaie.
Der
nächste wichtige Parameter ist die Lichtstärke, also das Verhältnis von
Brennweite zu Öffnung. Dieser Wert bestimmt die Dauer der Belichtungszeit. Ist
z.B. bei einem durchschnittlichen Vorstadthimmel die maximale Belichtungszeit
(bis der Himmelshintergrund zu hell wird) bei einem Öffnungsverhältnis von F/5
300 Sekunden, dann gilt für andere Öffnungsverhältnisse:
|
|
Öffnungsverhältnis |
|||||
|
|
F/10 |
F/8 |
F/5.6 |
F/5 |
F/4 |
F/2.8 |
|
Belichtungszeit maximal (s) |
1200 |
768 |
376 |
300 |
192 |
94 |
Tabelle 3
Der
Zusammenhang ist quadratisch: F/10 erfordert die vierfache Belichtung im
Vergleich zu F/5. Dies liegt daran, das bei gleicher Brennweite bei F/5 die
lichtsammelnde Fläche viermal wo groß ist wie bei F/10.
Die
maximal mögliche Belichtungszeit muss man jeweils selbst ermitteln. Je
stadtnäher man wohnt, um so kürzer wird diese Zeit sein. Außerdem hängt sie
aber auch von der jeweiligen Wetterlage ab. Je weniger Dunst in der Luft liegt,
um so weniger Licht wird gestreut und um so länger kann die Belichtung
erfolgen. Die 300 Sekunden bei F/5 sind aber meist ein vernünftiger Startwert
(800ASA Empfindlichkeit bei digitalen Spiegelreflexkameras).
2.2.1 Kameraobjektive
Die Auswahl eines
vernünftigen Kameraobjektives ist durchaus Glückssache. Die wesentlichen
Merkmale, die einem hinterher bei dem Betrachten der Fotos Freude machen oder
eben ärgern, sind zum einen die Farbreinheit und zum anderen die
Abbildungsqualität vor allem zum Rand hin.
Jedes
Glas hat unterschiedliche Brechungsindizes und damit Brennweiten für
unterschiedliche Wellenlängen. Durch die Kombination verschiedener Glassorten
kann man diese chromatischen Fehler minimieren. Kameraobjektive sind in aller
Regel allerdings nicht gut korrigiert, und dies tritt vor allem bei
Teleobjektiven zu Tage. Sterne zeigen mehr oder weniger ausgeprägt unschöne
blaue Höfe.
Sternaufnahmen
sind äußerst empfindlich hinsichtlich der
Abbildungsqualität von Optiken. Bereits kleinste Abweichungen, die vor
allem zum Bildrand hin fast unvermeidlich sind, führen zu unschönen verzerrten
Sternabbildungen. Besonders betroffen sind hier die Weitwinkelobjektive.
Teure
Objektive sind in dieser Hinsicht nicht zwangsläufig besser als günstige, aber
eine umfangreiche Liste mit Empfehlungen wird man vergebens suchen. Ein guter
Tipp sind alte M42-Objektive, die mittels Adaptern auch an modernen Kameras
(dann nur manuell, aber das spielt in der Astrofotografie keine Rolle)
verwendet werden können. Hier kann man mit etwas Glück für wenig Geld gute
Abbildungsleistung erwerben. Achten sollte man bei älteren Objektiven unbedingt
auf eine gute Vergütung (Super Multi Coating), sonst leidet der Kontrast
womöglich erheblich. Festbrennweiten sind Zoom-Objektiven generell vorzuziehen,
da letztere immer einen Kompromiss in der Abbildungsleistung über große
Brennweitenbereiche darstellen.
Kameraobjektive
können sowohl mit Spiegelreflexkameras als auch, mit entsprechenden Adaptern,
mit Astro-CCD-Kameras verwendet werden.
2.2.2 Teleskope als
Fotooptik
Teleskope
kann man vielfältig als Optik für die Kamera einsetzen. Für Deep-Sky-Aufnahmen
ist die fokale Projektion in aller Regel die Methode der Wahl. Hier wird die
Kamera ohne Optik direkt an das Teleskop (ohne Okular) angesetzt, so dass das
im Brennpunkt erzeugte Bild vom Kamerasensor aufgezeichnet wird. Die
Scharfstellung erfolgt über den Okularauszug. Die Aufnahmebrennweite ist hier
gleich der Teleskopbrennweite. Als Modifikation ist der Einsatz von
Barlow-Linsen zur Brennweitenverlängerung bzw. Reducern zur
Brennweitenverkürzung möglich.
Weitere
Möglichkeit ist die afokale oder Okularprojektion: Im Teleskop verbleibt ein
Okular, dahinter wird die Kamera ohne Optik platziert. Der Abbildungsmaßstab
hängt vom Abstand Kamera – Okular ab, eine entsprechende Äquivalentbrennweite
ist jeweils zu berechnen. Eingesetzt wird diese Methode vorwiegend zur Mond-
und Planetenfotografie. Auch die Fotografie mit Okular und Kameraobjektiv führt
zu einem Bild, diese Methode liefert aber meist nur im Bildzentrum eine scharfe
Abbildung, während die Ränder mehr oder weniger deutliche Unschärfen zeigen –
die Projektionsebene ist keine solche mehr, sondern eine gewölbte Fläche. Beide
Methoden funktionieren nicht mit allen Okularen gleich gut. Experimentieren ist
angesagt, wobei nach Möglichkeit gleich die fokale Projektion gewählt werden
sollte.
Nimmt
man ein Teleskop als Fotooptik, dann muss man sich über die verschiedenen Vor-
und Nachteile der unterschiedlichen Teleskoptypen bewusst sein.
Fraunhofer-Refraktor:
Ein
Fraunhofer-Refraktor besteht aus einem einfachen Dublett mit Luftspalt als
Objektiv. Die Farbkorrektur ist in aller Regel nicht sehr gut, wobei dieses
stark von der Öffnung und dem Öffnungsverhältnis abhängt. Je lichtstärker und
je größer das Objektiv, um so größer sind die chromatischen Fehler. Bei der
Verwendung von Fraunhofer-Refraktoren für die Fotografie sollte man also mit
blauen Höfen um die Sterne rechnen, wobei sich dieses durch entsprechende
Bildbearbeitung im Nachhinein deutlich reduzieren lässt. Der Vorteil dieser
Teleskope liegt im moderaten Preis, Nachteile sind neben den chromatischen
Fehlern auch die verhältnismäßige Lichtschwäche von im Regelfall F/8 oder F/10
und damit einhergehenden sehr langen Belichtungszeiten.
ED-Refraktor:
Die
Objektive von ED-Refraktoren sind aus speziellen Gläsern gefertigt, die eine
deutlich verbesserte Farbkorrektur ermöglichen. Damit sind nun auch schnellere
Öffnungsverhältnisse möglich, ohne das Blausäume störend werden. Diese
Refraktoren stellen einen guten Kompromiss zwischen Preis und Leistung dar.
Apochromatischer
Refraktor:
Apochromate
sind meist dreilinsige Objektive mit sehr guter Farbkorrektur und exquisiter
Abbildungsqualität. Leider haben diese Teleskope einen entsprechenden Preis.
Ansonsten sind sie, eventuell noch mit Reducern und Field Flattener
ausgerüstet, hervorragende Instrumente für die Astrofotografie.
Newton-Teleskop:
Das
Teleskop nach Newton wird sehr gerne für astrofotografische Zwecke genutzt. Bei
schnellen Öffnungsverhältnissen (F/4 bis F/6) sind sie durch die Verwendung von
Spiegeln völlig farbfehlerfrei. Allerdings sind die außeraxialen Fehler
konstruktionsbedingt erheblich, vor allem die Newton-Koma ist bei Instrumenten
mit F/5 und erst recht F/4 dominant und verursacht zum Rand hin verzerrte, mit
Schweifchen versehene Sterne. Ist dies bei kleinen Chips mit wenigen
Millimetern Durchmesser noch vertretbar, so ist spätestens bei 15 bis 20mm
Diagonale eine solche Deformation erreicht, dass ein zusätzlicher
Koma-Korrektor notwendig wird. Hiermit kann die Qualität der Aufnahmen
erheblich gesteigert werden, die Investition lohnt sich auf jeden Fall. Newtons
sind im Verhältnis zur Öffnung die günstigsten Teleskope.
Schmidt-Cassegrain:
Der
Hauptnachteil eines Schmidt-Cassegrains ist das lange Öffnungsverhältnis von
F/10. Es gibt F/6,3 und F/3,3 Reducer (Brennweitenverkürzer), jedoch leidet die
Bildqualität in den Ecken unter diesen Reducern. Es wird ja hierdurch ein weit
größeres Feld genutzt als für dieses Gerät vorgesehen. Ein F/3,3 Reducer sollte
daher nur in Verbindung mit kleineren Chips (Webcam) verwendet werden.
Ritchey-Chretien-Systeme:
Diese
Systeme sind relativ neu am Markt. Sie versprechen besser korrigierte Abbildung
bis zum Rand auch großer Chips sowie etwas höhere Lichtstärke als
Schmidt-Cassegrains. Preislich sind diese Teleskope etwas höher angesetzt.
Insgesamt
sind für den preisbewussten Amateur Newton und ED-Refraktor sehr geeignete
Instrumente, mit denen sich hervorragende Ergebnisse erzielen lassen. Für
diejenigen, die hochwertige Qualität vorziehen, sind Apochromate und eventuell
Ritchey-Chretiens die erste Wahl.
2.3. Die Nachführung
Wer nicht einfach
Strichspuraufnahmen machen möchte, der wird sich um einen Ausgleich der
Erddrehung bemühen müssen. Die Anforderungen an die Genauigkeit steigen dabei
mit der Aufnahmebrennweite (siehe Tabelle 2, Auflösung vs. Brennweite). Die Nachführgenauigkeit
sollte besser sein als die erreichte Auflösung, sonst werden zumindest die
schwachen Sterne länglich werden. Bei kurzen Brennweiten (bis ca. 50mm) kann
man sich mit einfachen Uhrwerksnachführungen, die man mit bastlerischem
Geschick und Spaß an der Sache auch gut selbst bauen kann, behelfen. Die
Drehachse wird auf den Pol ausgerichtet, das Uhrwerk sorgt für eine Umdrehung
in 24 Stunden und die Kamera wird an der Nachführachse befestigt. So lassen
sich schöne Übersichtsaufnahmen ganzer Sternbilder gewinnen.
Nimmt die Brennweite zu,
dann benötigt man zunächst eine genauere Polausrichtung, und recht bald auch
die Möglichkeit, korrigierend in die laufende Nachführung eingreifen zu können.
Dazu gibt es parallaktische Montierungen mit oder ohne Motorantrieb, auf denen
ein Teleskop und zusätzlich auch eine Kamera befestigt werden können. Das
Teleskop, ausgerüstet mit einem Fadenkreuzokular, kann nun für die exakte
Nachführung verwendet werden, während die Kamera, beispielsweise mit einem
Teleobjektiv ausgerüstet, die Aufnahme macht. Hat man eine stabile Montierung,
dann können zwei Teleskope befestigt werden, von denen eines als Leitrohr, das
zweite als Aufnahmeoptik verwendet werden. Alternativ kann ein einzelnes
Teleskop verwendet werden, wenn dieses mit einem off-axis-Guider ausgerüstet
wird. Hierbei wird ein Teil des Lichtes aus dem Strahlengang abgezweigt und für
die Nachführung genutzt.
Der nächste mögliche
Schritt ist die Automatisierung der Nachführung durch das so genannte
Autoguiding. Das Fadenkreuzokular wird ersetzt durch eine Kamera, deren Bild an
einen Computer geleitet wird. Ein Nachführprogramm sorgt dafür, dass die
Montierung nun entsprechende Korrekturbefehle erhält, damit der Leitstern exakt
an seiner Position gehalten wird. Voraussetzung ist, dass die Montierung eine
entsprechende Schnittstelle, einen Autoguideranschluss, zur Verfügung stellt.
Als Montierungen kommen
einfache Arten, wie Sie bei Komplettteleskopen mitgeliefert werden, in Frage,
wenn man nicht über eine Aufnahmebrennweite von etwa 300mm hinausgeht. Höhere
Brennweiten erfordern stabilere Lösungen, die motorisiert sein sollten. Ab
spätestens etwa 600 bis 800mm Brennweite ist das Autoguiding zu empfehlen, die
händische Korrektur wird hier langsam sehr schwierig.
2.4. Die
Bildbearbeitung
Die
Bildbearbeitung am Computer ist, wie schon anfangs angesprochen, inzwischen ein
ganz wesentlicher Bestandteil der Astrofotografie. Die Bilder, wie sie aus der
Kamera kommen (Rohbilder) können durch eine adäquate Bildbearbeitung ganz enorm
verbessert werden. Man sollte als Astrofotograf also auch Freude an der
Computerarbeit mitbringen und diesen Dingen nicht skeptisch gegenüber stehen.
Alternativ kann man sich natürlich auch im Freundeskreis umsehen und sich
vielleicht gemeinsam mit diesem durchaus schwierigen Thema befassen.
Warum
ist die Bildbearbeitung so wichtig?
Zwei
ganz wichtige Gründe sind erstens die Überlagerung mehrerer Aufnahmen zur
Reduzierung des Bildrauschens und zweitens die Änderung des
Helligkeitsverlaufes. Letzteres erlaubt es, einen hellen Himmelshintergrund
abzudunkeln sowie schwache Bereiche anzuheben, in sehr hellen Bereiche dagegen
einen flacheren Kontrastverlauf zu wählen. Weitere Aspekte sind die Beseitigung
von Gradienten im Bild, die Entfernung kleiner Fehler wie Staub und Fehlpixeln
und vieles mehr. Das Ganze soll mit Maß ausgeführt werden, es gilt, die im Bild
enthaltenen Informationen klar darzustellen, nicht aber, nicht Vorhandenes
durch übertriebene Bearbeitung hervor zu zaubern. Der Unterschied zwischen
Rohbildern und einem fertig bearbeiteten Bild ist immens.
Die
Bildbearbeitung erfolgt in mehreren Schritten und mit verschiedener Software.
Am Anfang sind alle erzeugten Bilder zu überlagern und zu addieren bzw. genauer
ist der Mittelwert zu bilden. Hat man es mit Videosequenzen, vor allem bei
Mond- und Planetenaufnahmen zu tun, so sind als Beispiele die
Freeware-Programme Giotto (http://www.videoastronomy.org/ ) oder Registax (http://registax.astronomy.net/
) zu nennen. Diese Programme führen automatisch eine richtige Positionierung
der einzelnen Bilder durch, so dass auch leichte Verschiebungen im Laufe der
Belichtungsreihen kompensiert werden. Nach der Summenbildung ist besonders die
nachfolgende Schärfung (Stichwort unscharfe Maske) wichtig, denn das aus
durchaus mehreren tausend Einzelbildern erzeugte Bild enthält mehr
Informationen als ihm zunächst anzusehen ist. Jeder Punkt ist durch die
Luftunruhe nun im Mittel in der gleichen Art und Weise verwischt, und wenn nun
die Form dieser Unschärfe bekannt ist, dann kann sie zumindest teilweise wieder
heraus gerechnet werden. Eben dieses lässt sich mit den genannten Programmen
ebenfalls durchführen. Zur genauen Bedienung der Programme sei allerdings auf
die im Netz erhältlichen Anleitungen verwiesen, sonst würde hier der Rahmen
gesprengt.
Bei
Spiegelreflex-Rohdateien verwende ich sehr gerne den DeepSkyStacker ( http://deepskystacker.free.fr/
), ebenfalls ein Freeware-Programm. Der DeepSkyStacker führt außer
Verschiebungen auch Drehungen aus, d.h. auch bei Änderung der Kamerarichtung am
Okularauszug lassen sich die Bilder noch überlagern. Im nächsten Schritt sind
die Summenbilder im Kontrastverlauf und betreffend aller Schönheitsfehler zu
bearbeiten. Ein empfehlenswertes Freeware-Programm ist GIMP ( http://www.gimp.org/ ), mit dem
sich, nachdem man sich mit der etwas gewöhnungsbedürftigen Bedienung vertraut
gemacht hat, praktisch alles Notwendige durchführen lässt. Der Nachteil von
GIMP ist, dass nur Dateien mit einer Bittiefe von 8bit verarbeitet werden.
Rohdateien von Spiegelreflexkameras haben aber 12bit, Astro-CCD-Kameras gar
16bit. Die Abstufung wird damit gröber, es geht Information verloren. Man kann
allerdings ganz gut damit leben, wenn zumindest eine Streckung des
Kontrastverlaufes schon vorher vorgenommen wird – wie es der DeepSkyStacker
auch schon gestattet.
Zum
Abschluss der Bildbearbeitung ist oft noch eine Entrauschung ein sinnvoller
Schritt. Auch hier die Empfehlung für ein Freeware-Programm: Neat Image (http://www.neatimage.com/
). In der Freeware-Version ist das Speichern nur im komprimierten .jpg-Format
möglich. Da es sich um den letzten Schritt der Bildbearbeitung handelt ist dies
aber häufig gut hinzunehmen. Die Anwendung von Neat Image sollte sehr
vorsichtig erfolgen. Es ist nicht nötig, Rauschen komplett aus den Bildern zu
entfernen. Eine übertriebene Entrauschung führt zu verminderter Auflösung und
einem künstlichen Aussehen der Bilder. Weniger ist hier oft mehr.
Noch
ein Hinweis zum Vorgehen bezüglich Bildformaten: Während der ersten Schritte
der Bearbeitung (Überlagerung, Kontrastanpassung) sollte unbedingt mit der
vollen verfügbaren Bittiefe gearbeitet werden. Die folgenden Schritte wie
Flatfield bzw. Gradientenkorrektur, Entfernung von Flecken etc. können dann mit
8bit durchgeführt werden, wobei allerdings immer eine verlustfreie Zwischenspeicherung
(z.B. unkomprimiertes .tif oder .bmp-Format) verwendet werden muss. Erst nach
dem allerletzten Bearbeitungsschritt darf komprimiert werden, um die Größe der
Datei email- oder Internetkompatibel zu bekommen. Andere Vorgehensweisen führen
zwangsläufig zu Verlusten in der Bildqualität.
3.1 Die beiden Zweige
der Astrofotografie
Astrofotografie ist ganz
einfach. Stellen Sie den Mond am Teleskop ein und halten Sie eine Kamera hinter
das Okular, stellen Sie scharf und drücken Sie ab. Schon haben Sie Ihr erstes
Astrofoto.
Irgendwie höre ich das
häufig. Und ich halte es für grundfalsch. Das ist keine Astrofotografie, die
Freude über das erste „Astrobild“ wird kurz sein. Es geht nämlich auf diese Art
nicht weiter, und es ist meilenweit von guten Fotos entfernt. Also sollte man
es gleich richtig anpacken.
Richtig anpacken heißt,
sich zunächst für ein Thema zu entscheiden: Mond- und Planetenfotografie oder
Deep-Sky, d.h. Sternfelder, Nebel, Galaxien etc. Diese beiden Gebiete sind so
unterschiedlich, dass sie auch völlig unterschiedliche Verfahren und
Instrumente erfordern.
3.2 Die Mond-, Sonnen-
und Planetenfotografie
Für die Mond- und
Planetenfotografie bietet sich als kostengünstiger Einstieg die Verwendung
einer Webcam mit CCD-Chip an (Beispiele siehe oben). Die Sonnenfotografie
unterscheidet sich nur insofern, dass ein Objektivfilter (niemals ein
Okularfilter!) zur Abschirmung des überschüssigen Lichtes eingesetzt werden
muss. Ein Teleskop, möglichst mit motorisierter Nachführung, sollte ebenfalls
zur Verfügung stehen. Eine hohe Lichtstärke ist hier nicht nötig, die
Belichtungszeiten sind sehr kurz. Es eignen sich daher praktisch alle
Teleskope, eine gute Optik vorausgesetzt. Für die Webcam, deren Objektiv man
herausschraubt, kann man Adapter auf 1,25“ bekommen, so dass sich die Kamera an
den Okularauszug anschließen lässt. Ein Laptop ist natürlich notwendig, um die
Webcam überhaupt zu bedienen und die Videosequenzen zu speichern.
Steigt man etwas tiefer
ein, dann kommen Optimierungstechniken hinzu: Aufnahmen im infraroten
Wellenlängenbereich sind weniger durch die Luftunruhe gestört. Nimmt man nun
eine mittels entsprechendem Filter gewonnene Infrarotaufnahme als Luminanz und
kombiniert sie mit der reinen Farbinformation aus den Farbaufnahmen, so lässt
sich noch eine Auflösungsverbesserung erzielen.
Mit diesen wenigen Teilen
kann man nun starten: Teleskop aufbauen und einnorden, mittels Okular das
gewünschte Objekt einstellen, Okular herausnehmen, Webcam anschließen, scharf
stellen und Videoaufnahme starten. Klingt einfach, aber man stößt auf viele
Probleme. Die wesentlichen mit ihren Gegenmaßnahmen:
1. Kein Bild des Objektes
auf dem Bildschirm
Da gibt es mehrere
mögliche Ursachen:
a) Der Chip einer Webcam ist
sehr klein. Möglicherweise ist beim Wechsel vom Okular zur Webcam etwas
passiert, eine leichte Änderung der Blickrichtung des Teleskops durch einen
Stoß an die Montierung oder ein Okularauszug, der sich etwas durchbiegt. Auch
wenn das Objekt vorher im Okular nicht gut zentriert war, dann kann diese
Abweichung schon ausreichen. Abhilfe: entsprechende Kontrollen, erneuter
Versuch nach Prüfung mit dem Okular.
b) Der Fokus ist nicht gut
getroffen. Dann verschmiert sich das Licht über eine so große Fläche, dass
nichts mehr zu sehen ist. Abhilfe: den Fokus am Okularauszug verändern. Besser:
Schon am Tage an einem entfernten Objekt näherungsweise den Fokuspunkt mit der
Webcam bestimmen.
c) Zu kurze
Belichtungszeit oder Verstärkung eingestellt. In der Regel sind
Belichtungszeiten von etwa 1/25 bis 1/100s ausreichend, bei wenig angehobener
Verstärkung. Abhilfe: Einfach die Verstärkung einmal aufdrehen, um zu prüfen.
d) Die Webcam funktioniert
nicht. Das sollte man natürlich am Tage schon mal probiert haben.
2. Scharfstellen gelingt
nicht
Auch hierfür gibt es
verschiedene Ursachen:
a) Mit Webcam wird der
Fokus nicht erreicht. Der Fokuspunkt mit einer Webcam liegt etwas weiter innen
als mit Okular. Lässt sich der Okularauszug nicht weit genug nach innen
einstellen, dann wird der Fokus nicht erreicht. Das tritt manchmal bei
Newton-Teleskopen auf. Abhilfe: Spiegelzelle mit Spiegel versetzen oder Spiegel
in der Spiegelzelle höher fahren, wenn diese das zulässt. Die Alternative ist
ein kurzbauender Okularauszug.
b) Es wackelt zu sehr, man
kann nicht erkennen, wann der Schärfepunkt exakt erreicht ist. Die Montierung
hält das Teleskop also nicht ruhig genug, während man am Okularauszug dreht.
Das ist kein Fehler, sondern (fast) immer so. Eine unendlich steife Montierung gibt
es nicht, beim Einstellen der Schärfe gibt es immer Unruhe im System. Abhilfe
also: Geduld und ein vorsichtiges, ruhiges Händchen. Jeweils nur kleine
Änderungen der Fokuseinstellung und dann warten, bis sich das System beruhigt
hat.
c) Zeitweise erscheint das
Bild recht scharf, dann wieder nicht. Auch hier liegt kein Fehler vor, sondern
man sieht die Luftunruhe. Dieses so genannte Seeing ist entscheidend für die
Qualität der Aufnahmen. Es gibt Nächte, die sehr gut sind, also ein ruhiges
Bild liefern, aber weit mehr, die ein mehr oder weniger waberndes
Planetenscheibchen zeigen. Abhilfe: Versuche in verschiedenen Nächten, sowie
etwas bei der Beurteilung der Schärfe warten, ehe man weiter fokussiert, um
einen „scharfen“ Moment abzuwarten.
d) Das Teleskop ist
dejustiert. Bei einem Newton ist die Justage häufiger zu prüfen, schon geringe
Abweichungen von der idealen Einstellung führen zu merklichen
Auflösungsverlusten. Abhilfe: Neue Justage des Teleskops. Besser: Am Tage
bereits die Kollimation prüfen.
e) Schlechte Optik. Ein
Punkt, der sehr schwer zu entscheiden ist. Abhilfe: Prüfung der Optik auf Güte.
Es gibt, außer dem Teleskophändler als erste Ansprechadresse, verschiedene
Leute in Deutschland, die Prüfungen durchführen können, allerdings nicht
umsonst. Wolfgang Grzybowski und Wolfgang Rohr seien hier genannt. Gerne nehme
ich weitere Namen auf, wenn Sie mir genannt werden.
f) Zu hohe Vergrößerung.
Das Auflösungsvermögen eines Teleskops ist beschränkt. Arbeitet man mit
Brennweitenverlängerungen (Barlow-Linsen), dann ist irgendwann der Punkt
erreicht, an dem das Bild nicht mehr wirklich scharf sein kann. Bis in den
Bereich um F/15 sollte das Bild auf dem Monitor noch als scharf eingestuft
werden können, darüber werden Unschärfen durch Beugung an der Teleskopöffnung
sichtbar.
3. Planeten erscheinen zu
klein.
In diesem Fall ist die
Brennweite zu klein. Abhilfe: Die Brennweite mittels Barlow-Linsen verlängern.
Bei der Planetenfotografie liegt man mit äquivalenten Öffnungsverhältnissen von
F/15 bis etwa F/30 im optimalen Bereich. Die rein fokale Fotografie führt daher
meist zu zu kleinen Planetenbildern.
4. Das Bild „springt“ beim
hinein- zum hinausfokussieren, so dass mein Bildausschnitt nicht mehr stimmt.
Das liegt natürlich am
Okularauszug. Ist er mit Zahnrad und Stange ausgerüstet, dann ist ein gewisses
Springen normal. Durch eine womöglich vorhandene Andruckschraube lässt es sich
manchmal noch etwas verkleinern. Die Abhilfe ist ansonsten der Austausch gegen
einen kugelgelagerten Crayford-Auszug. Auch bei Schmidt-Cassegrains ist das
„Spiegel-Shifting“ mit entsprechenden Fokuswechsel-Hüpfern ein altbekanntes
Problem. Umgehen lässt es sich durch z.B. durch das Anbringen eines
Crayford-Auszuges, so dass nicht mehr über die Spiegelverstellung fokussiert
werden muss.
5. Man sieht nur eine
helle, strukturlose Scheibe (Planeten)
Sehr wahrscheinlich ist zu
hoch belichtet. Abhilfe: Verstärkungsfaktor verkleinern, Belichtungszeit
verkleinern. Wahrscheinlich muss hiernach der Fokus nochmals korrigiert werden.
Bei Mars, Jupiter und Saturn sollten sich dann Strukturen zeigen.
Neben diesen Dingen, die
man lernen und gegen die man etwas tun kann, gibt es noch viele Dinge, bei
denen man nur den Kopf schütteln und langsam bis zehn zählen kann: Wolken im
ungünstigsten Moment, streikende Webcams, nicht funktionierende Treiber, leere
Akkus, Motorausfall und, und, und...
Und von den
Schwierigkeiten bei der Bildbearbeitung rede ich jetzt besser gar nicht.
Wie man an dieser
Aufzählung merkt, hat man nun aber jede Menge Möglichkeiten des Lernens sowie
Verbesserungspotential, und das macht die Sache spannend und reizvoll. Und auf
diese kostengünstige Art kann man schon zu wirklich guten Resultaten kommen.
3.3 Die
Deep-Sky-Fotografie
Möchte man als Start Deep-Sky
Fotografie mit kleinen bis mittleren Brennweiten betreiben, dann sollte man
möglichst eine digitale Spiegelreflexkamera zum Einsatz bringen. Die
Möglichkeit zur Nutzung verschiedener Objektive sowie relativ hohe Lichtstärken
sind Vorteile, auch die Bedienung hinsichtlich Belichtungszeiten,
Empfindlichkeitseinstellung und Blendenwahl sind denen von Kompaktkameras weit
überlegen.
Als Idealfall gehe ich
daher davon aus, dass eine solche Kamera zusammen mit einem einfachen (oder
auch besseren) Teleskop auf einer parallaktischen Montierung zur Verfügung
stehen. Damit ist dann schon ein feines Instrumentarium vorhanden.
Ein vernünftiger Anfang
und Einstieg in die Astrofotografie ist es nun, die Kamera am Teleskop zu
befestigen, und zwar so, dass sie entweder als Gegengewicht oder am
Teleskoptubus befestigt die Bewegung des Teleskops mitmacht. Damit besteht die
Möglichkeit, kontrolliert über das Teleskop die exakte Nachführung der Kamera
während längerer Belichtung zu gewährleisten. Beginnend mit kurzen Brennweiten
kann man nun Erfahrungen sammeln, wie genau die Nachführung gelingt, und was
man alles sichtbar machen kann. Empfehlenswert ist in diesem Stadium die
Verwendung eines Fadenkreuzokulars, um am Teleskop die Nachführung gut
kontrollieren zu können. Befestigungsmöglichkeiten, d.h. entsprechende Adapter,
findet man im Astronomie-Zubehörhandel. Oft sind Teleskop-Rohrschellen schon
mit einem Gewinde ausgerüstet, dass das Anbringen einer Kamera erlaubt. Dreht
die Gegengewichtsachse in Deklination mit (das ist die Regel), dann ist die
Befestigung der Kamera dort vorteilhaft, denn so spart man Gegengewichte und
reduziert die Belastung der Montierung.
Aufnahmen fertigt man nun
in der folgenden Art und Weise an: Ausrichtung von Kamera und Teleskop auf das
gewünschte Objekt, Suche eines Leitsterns im Okular, Auslösen einer längeren
Belichtung der Kamera per Fernbedienung oder gesteuert über einen Laptop. Sehr
empfehlenswert ist es, eine Aufnahmereihe durchzuführen, d.h. mehrere Aufnahmen
gleicher Belichtungszeit anzufertigen. Die Aufnahmen können nach Abschluss der
Serie auf einen PC übertragen und dort mittels digitaler Bildbearbeitung
ausgewertet werden. Die Empfindlichkeitseinstellung an der Kamera sollte
relativ hoch sein, also 800 oder 1600ASA. Es gibt im Internet verschiedene
Untersuchungen, demnach ist bei Nikon meist 1600ASA, bei Canon eher 800ASA die
für diesen Zweck bestmögliche Einstellung.
Was geht nun hier alles
schief?
1. Kein Bild auf der
Kamera, bzw. nur Schwärze sichtbar
Die verschiedenen Ursachen
können sein:
a) Zu kurze Belichtung.
Bei wenigen Sekunden Belichtung oder weit geschlossener Blende wird man nicht
viel sehen können. Abhilfe: Eine Belichtungszeit von wenigstens einer Minute
bei relativ offener Blende (lichtstärker F/5,6) sollte man wählen. Auch die
Empfindlichkeitseinstellung von 800ASA oder mehr prüfen.
b) Der Fokus wurde nicht
getroffen. Die Verschmierung des Sternlichtes auf größere Flächen führt dazu,
dass nichts mehr sichtbar ist. Abhilfe: Sorgfältige Fokussierung, siehe
Fokusprobleme.
c) Immer wieder gern
genommen: Der Objektivdeckel sitzt noch auf dem Objektiv. Im Dunkeln passiert
das einfach jedem mal.
2. Unscharfe Bilder
a) Das Objektiv ist
schlecht. Das macht sich insbesondere zum Rand hin bemerkbar. Abhilfe:
Abblenden um eine bis zwei Blendenstufen kann die Situation erheblich
verbessern. Notfalls muss man nach einem besser geeigneten Objektiv suchen.
b) Der Fokus wurde nicht
richtig getroffen. Abhilfe: Die Scharfstellung im Dunkeln ist eine schwierige
Sache. Nicht immer passt die unendlich-Einstellung des Objektives bei offener
Blende genau. Empfehlenswert ist folgendes Vorgehen: Suche nach einem hellen
Stern und Verwendung eines Winkelsuchers mit Sucherlupe. Zusammen ist damit der
Fokus recht gut bestimmbar, auch wenn selbst dieses Vorgehen eine gewisse
Einarbeitung erfordert.
3. Längliche Sterne
a) Nachführprobleme sind
die Ursache. Abhilfe: Eventuell hilft eine Erhöhung der Vergrößerung, die zur
Nachführung genutzt wird. Ansonsten: Übung macht hier den Meister!
b) Die Kamerabefestigung
ist nicht steif genug. Die Kameraposition relativ zum Teleskop verändert sich
über die Zeit, entweder durch Durchrutschen oder Durchbiegung. Abhilfe:
Befestigung aus Steifigkeit prüfen, gegebenenfalls Befestigung verbessern.
c) Das Teleskop ist
schlecht eingenordet. In diesem Fall ist die Sternverlängerung allerdings keine
Konstante über das Bildfeld, sondern die Sterne scheinen sich um einen Punkt zu
drehen. Abhilfe: Verbesserung der Einnordung.
4. Starke Gradienten im
Bild
a) Bei der Fotografie
insbesondere horizontnaher Objekte ist der Himmel nahe dem Horizont stärker
aufgehellt als in höheren Bereichen. Abhilfe: Entweder Aufnahme des Objektes,
wenn es höher steht (sofern sie Deklination dies zulässt) oder Entfernung der
Gradienten mittels der nachfolgenden Bildbearbeitung.
b) Eine Ecke des Bildes
glimmt rötlich. Dies ist meist das Resultat eines mehr oder weniger
ausgeprägten Verstärkerglühens der Kamera. Abhilfe: In der nachfolgenden
Bildbearbeitung entfernen. Entweder direkt wie bei Gradienten oder mittels
„Darkframes“, d.h. Aufnahmen unter gleichen Bedingungen mit der Kamera
(Temperatur, Belichtungszeit, Empfindlichkeit), wobei der Objektivdeckel
(diesmal gewollt) auf dem Objektiv bleibt.
c) Vignettierung
(Abschattung) ist die Ursache, wenn das Bild, vor allem nach
Kontrastverstärkung, in der Mitte heller erscheint als am Rand. Abhilfe:
Entfernung in der nachfolgenden Bildbearbeitung oder durch Abblenden des
Objektivs.
5. Dunklere Stellen auf
dem Bild
Staub/Schmutz auf dem Filter
vor dem Chip. Dieser zeigt sich meist in ringförmigen, abgedunkelten Zonen
(Donuts) auf dem Bild. Abhilfe: Durch nachträgliche Bildbearbeitung oder besser
durch Reinigung des Filters.
Wenn man sich durch diese
Schwierigkeiten gekämpft hat, dann werden sich Aufnahmen z.B. der Milchstraße
mit vielleicht fünf mal drei Minuten Belichtung schon ganz hervorragend ansehen
lassen. Ein Nordamerikanebel mit 135 oder 300mm Brennweite und mit einer
Gesamtbelichtungszeit von einer Stunde oder mehr kann schon richtig
beeindruckend sein. Folgendes möchte ich ganz dick unterstreichen: Wichtig
ist die Geduld, sich auf ein oder zwei Objekte am Abend zu konzentrieren und
hiervon mit aller Sorgfalt und Ruhe möglichst viel Licht zu sammeln. Ein
Programm von 10 Objekten am Abend bringt dagegen mit Sicherheit 10
unbefriedigende Ergebnisse.
Und noch ein Wort zur
inzwischen häufig erwähnten Bildbearbeitung betreffend Entfernen von
Gradienten, Fehlstellen, Schmutz etc.: Die beste Variante ist es, solche
Schritte von vornherein zu vermeiden, d.h. den Chip sauber zu halten und lieber
etwas abzublenden als eine starke Vignettierung in Kauf zu nehmen. Man kann
durch die Bildbearbeitung solche Fehler zwar gut kaschieren, aber letztlich
fehlt ein Teil der Information, und diese lässt sich auch nicht wieder
herstellen.
Mit etwas Erfahrung auf
diesem Gebiet der kurzbrennweitigen Astrofotografie hat man dann auch die
Grundlage für den Einstieg in Kapitel 4 gelegt.
4.
Lange Belichtung und große Brennweite
Die
Deep-Sky Fotografie mit langen Belichtungszeiten und langen Brennweiten, also
in der Regel die fokale Fotografie durch das Teleskop, erfordert mehr Einsatz
an Instrumentarium und mehr Erfahrung im Vergleich zu kurzen Brennweiten, damit
sie erfolgreich betrieben werden kann.
4.1
Autoguiding
Neben
dem Teleskop, dass zum Fotografieren genutzt wird, ist nun entweder noch ein
zusätzliches Leitrohr, mit dem nachgeführt wird, oder aber ein off-axis-Guider
notwendig. Ich bewundere dabei die Zeitgenossen, die auch lange Brennweiten mit
Fadenkreuzokular nachführen. Ich kann das nicht, bei etwa 600mm Brennweite ist
Schluss mit händischer Nachführung bei mir, und daher empfehle ich, auch aus
Bequemlichkeitsgründen, unbedingt den Aufbau und die Nutzung eines Autoguiders.
Komplettsysteme
gibt es kaum, meist wird man eine eigene Lösung entwickeln müssen. Aber sehr
schwierig ist das nicht. Voraussetzung für Autoguiding ist das Vorhandensein
eines Autoguider-Anschlusses an der Montierung. Eine Nachführkamera (Webcam,
eventuell umgebaut auf Langzeitbelichtung, einfache Astro-CCD-Kamera oder
hochempfindliche Videokamera) ist natürlich auch erforderlich. Ein
Autoguiderprogramm braucht man nicht selbst zu schreiben, es gibt sehr schöne
Freeware im Netz. Ich selbst verwende Guidemaster ( http://www.guidemaster.de/
), das ich hier auch gerne empfehle. Nun ist die Nachführkamera an den Laptop
anzuschließen, das Autoguider-Programm entsprechend zu konfigurieren, und dann
muss noch die Regelschleife geschlossen werden, indem vom Laptop zum
Autoguideranschluss an der Montierung eine Verbindung hergestellt wird. Die
verwendeten Schnittstellen sind unterschiedlich, es kann über USB ebenso wie
über eine parallele oder serielle Schnittstelle erfolgen. Videokameras
benötigen womöglich einen Firewire-Anschluss sowie einen Framegrabber. Diese
Dinge sollte man vor dem Kauf klären, entweder indem man selbst im Netz stöbert
oder sich im Fachhandel beraten lässt. Die drei Komponenten Software,
Nachführkamera und Autoguiding-Anschluss müssen kompatibel sein, d.h. die
Software muss die gewählte Kamera unterstützen sowie das Protokoll für die
Steuerung der Montierung. Die entsprechenden Verbindungskabel und Ports am
Laptop müssen natürlich ebenfalls vorhanden und frei sein.
Ist
das ganze prinzipiell funktionierend aufgebaut, dann ist noch etwas
„Finetuning“ erforderlich. Praktisch jedes Autoguider-Programm bietet die
Möglichkeit der Einstellung von Aggressivität in den Achsen, der Kompensation
von Backlash, also Ausgleich des Getriebespiels, sowie möglicherweise weitere
Parameter. Ein bisschen Herumspielen, um die bestmöglichen Einstellungen zu
finden, ist sehr zu empfehlen. Es gibt aber kaum allgemeingültige Regeln. Man
folge den Hinweisen der Software-Schreiber und hoffe das Beste.
Ist
das Ganze aber einmal erfolgreich in Betrieb genommen, dann will man das
bestimmt nicht mehr missen.
4.2
Off-axis-Guider oder Leitrohr?
Sollte
man sich für die Leitrohrtechnik oder einen off-axis-Guider entscheiden? Darauf
gibt es keine eindeutige Antwort, es kommt auf vieles an.
Ein
Leitrohr ist eine recht einfache Sache. Zudem auch nicht besonders teuer, ein
einfacher Fraunhofer-Refraktor wird ausreichen (z.B. Lidl-Refraktor). Huckepack
auf dem Aufnahmeinstrument befestigt kann man nun per Fadenkreuz oder Autoguider
am Leitrohr die Nachführung bewerkstelligen. Zur besseren Leitsternsuche gibt
es spezielle Leitrohrschellen, die eine Verstellung der optischen Achse des
Leitrohres ermöglichen. Bei Verwendung empfindlicher Kameras bietet auch eine
steife Verbindung aber meist schon genügend Leitsterne.
Leider
gibt es aber auch Nachteile: Die Montierung wird stärker belastet als bei
Verwendung eines off-axis-Guiders, und vor allem gibt es variable Abweichungen
in den optischen Achsen von Leitrohr und Aufnahmeoptik. Man bedenke: Die
erforderliche Nachführgenauigkeit liegt in der Größenordnung weniger
Bogensekunden, nämlich der Auflösungsgrenze. Um solche Werte bewegen sich
während einer Belichtungszeit von mehreren Minuten aber die optischen Achsen
gegeneinander, weil die Teleskope aufgrund der Nachführung ihre Lage ändern und
die Schwerkraft unterschiedliche Auswirkungen auf sie hat. Ein Newton-Spiegel
wird in seiner Zelle leicht kippen, das Leitrohr in seinen Schellen etwas
durchbiegen, der Okularauszug ein klein wenig nachgeben etc. Die Drift führt zu
länglichen Sternen, auch wenn der Autoguider perfekt arbeitet. Arbeiten Sie mit
einer digitalen Spiegelreflexkamera, dann sind die Belichtungszeiten der
einzelnen Aufnahmen in der Regel auf wenige Minuten beschränkt. Hier lässt sich
eine leichte Ungenauigkeit noch verschmerzen, im schlimmsten Fall muss man
etwas Auflösungsverlust hinnehmen und die leicht deformierten Sterne in der
Bildbearbeitung wieder runden. Benutzt man aber eine Astro-CCD-Kamera mit
Einzelbelichtungen von vielleicht 10 Minuten oder betreibt gar
Schmalbandfotografie mit noch längeren Einzelbelichtungen, dann geht kein Weg
am off-axis-Guider vorbei. Solche Guider sind im Zubehör-Handel erhältlich, und
wenn man mit einem Refraktor oder einem Schmidt-Cassegrain arbeitet, dann sind
diese käuflichen Guider auch gut einzusetzen. Problematisch bis unmöglich ist
es, adäquate Lösungen für Newton-Teleskope zu finden. Bei einem Newton ist der
Backfokus-Bereich sehr beschränkt. Man will ja einen möglichst kleinen
Fangspiegel einbauen, um die
Abbildungsqualität des Teleskops nicht unnötig zu verschlechtern. Daher sind
Newtons so ausgelegt, dass der Fokuspunkt relativ knapp hinter dem
eingefahrenen Okularauszug liegt. Oftmals ist es bereits schwierig, mit der Kamera
allein noch in den Fokus zu kommen, aber wenn nun noch ein off-axis-Guider dazu
kommt ist ohne Umbaumaßnahmen mit Sicherheit Schluss. Ein weiteres Problem
taucht auf, wenn man auch noch einen Koma-Korrektor verwenden will. Dieser
Korrektor muss in einem ganz bestimmten Abstand zur Fokalebene montiert werden,
damit er richtig arbeitet. Normalerweise wird er im Okularauszug versenkt, aber
bei einem off-axis-Guider findet sich hier mit ziemlicher Sicherheit das Prisma
zur Auskopplung des Teilstrahles. Der langen Rede kurzer Sinn: wahrscheinlich
muss man als Newton-Besitzer hier selbst eine Lösung erarbeiten. In meinem Fall
habe ich den Okularauszug mit einem Prisma versehen und so den Okularauszug
selbst mit einem off-axis-Guider ausgestattet. Das Innenrohr des Okularauszuges
musste hierzu natürlich mit einem Langloch versehen werden.
Ein
weiteres Problem des off-axis-Guiders ist schon seinem Namen zu entnehmen.
Off-axis heißt auch, dass man mit relativ schlechter Abbildungsqualität zu tun
hat. Weit am Rand sind Verzerrungen der Sternabbildung, insbesondere bei
Newtons, so erheblich, dass die Grenzhelligkeit der erfassbaren Sterne
zurückgeht. Weiterhin erzielt das kleine Prisma nicht unbedingt eine
100%-Ausleuchtung des Kamerachips, so dass weiteres Licht verloren geht. Beides
zusammen sorgt für deutlich verschlechterte Bedingungen zur Leitsternsuche.
Oftmals sind off-axis-Guider daher mit einer Rotationsmöglichkeit versehen,
dadurch lässt sich dann eine ringförmige Zone um das Aufnahmeobjekt zur
Leitsternsuche abfahren. Ebenso ist es möglich, als Nachführkamera eine
hochempfindliche Kamera einzusetzen: statt Webcam oder modifizierter Webcam
eine hochempfindliche Astro-CCD-Kamera oder eine hochempfindliche Videokamera
(Watec, Mintron). Damit stehen dann wieder genügend Leitsterne zur Verfügung.
Die
endgültige Lösung heißt also off-axis-Guider, aber solange dies nicht unbedingt
erforderlich ist, wird man mit der Leitrohrtechnik sehr viel einfacher guiden
können.
4.3
Die Deep-Sky-Fotografie mit langen Brennweiten
Ist
die Ausrüstung nun komplett, sei es mit Leitrohr oder off-axis-Guider, mit
digitaler Spiegelreflex oder Astro-CCD, dann erfolgen die Aufnahmen ähnlich wie
in der Fotografie mit kürzeren Brennweiten. Der Unterschied liegt praktisch nur
in der verwendeten Optik, hier nun Teleskop anstatt dort ein Fotoobjektiv.
Die
Probleme, die einem die Ergebnisse verhageln, sind zum Teil identisch,
teilweise aber durchaus anders gelagert. Gleich zu behandeln sind verschmutzte
Filter vor den Aufnahmechips und das Auftreten von Gradienten. Ansonsten gibt
es aber weitere Probleme.
1.
Längliche Sterne
Das
hatten wir oben schon, aber hier sind die Ursachen und Fehlerbehebungen etwas
anders. Generell handelt es sich natürlich um unzureichende Nachführung.
a)
Bei händischer Nachführkorrektur: Das Händchen ist nicht ruhig genug. Abhilfe:
Umstellung auf Autoguiding oder Reduzierung der Aufnahmebrennweite.
b)
Zu starker Wind, der Teleskop und Montierung in Schwingungen versetzt. Abhilfe:
stabilere Montierung (hilft selten) oder Aufnahmen nur bei ruhigem Wetter.
c)
Die Autoguiding-Parameter sind nicht gut gesetzt, das System läuft nicht ruhig.
Abhilfe: Versuche mit Änderungen der Parameter.
d)
Die Montierung ist hakelig. Großes Getriebespiel, unrunde Schnecke oder Dreck
in den Lagern stören die Laufruhe, der Autoguider kann nicht mehr ordentlich
gegen regeln. Abhilfe: Zerlegen der Montierung, Getriebe prüfen oder
austauschen, Schnecke prüfen oder austauschen, Lager reinigen, fetten,
eventuell austauschen. Oder auf ein anderes Montierungsmodell umsteigen.
e)
Das schon angesprochene Problem der Leitrohrtechnik mit ihren Driften liegt
vor. Abhilfe: Off-axis-Guider.
2.
Gasnebeln fehlt im Vergleich zu anderen Aufnahmen der Rotanteil
Da
gibt es nur eine Erklärung: Die verwendete Spiegelreflexkamera ist nicht
modifiziert, d.h. sie enthält einen Schutzfilter vor dem Chip, der ab Werk
eingebaut ist und der das tiefe Rot, wie es Wasserstoff emittiert, größtenteils
blockiert. Abhilfe: Austausch des Filters gegen einen speziellen Filter von
Baader-Planetarium. Der Effekt ist sehr deutlich, aber Vorsicht: für den
täglichen Gebrauch ist die Kamera nun nur noch mit manuellem Weißabgleich zu
verwenden. Auch für die Astrofotografie sollte man den manuellen Weißabgleich
durchführen und diese Einstellung verwenden, sonst erhalten die Bilder
unnatürliche Farben!
3.
Im Randbereich der Bilder verzerrte Sterne
Auch
hier nur eine Ursache: Die Optik ist nicht gut genug. Verbessern kann man die
Situation durch Verwendung von Koma-Korrektoren (Newton, empfehlenswert!) oder
Field Flattenern (Refraktoren). Bei Field Flattenern funktioniert nicht alles
an allen Refraktoren, es empfiehlt sich zunächst eine probeweise Verwendung.
4.
Vignettierung
Der
Randbereich der Aufnahmen erscheint dunkler im Vergleich zur Mitte. In diesem
Fall ist die Ausleuchtung nicht gleichmäßig über die Chipfläche. Eine geringe
Vignettierung, die sich erst in der Kontrastverstärkung der digitalen
Bildbearbeitung bemerkbar macht, ist allerdings normal und kann durch ein echtes
oder synthetisches Flatfield gut beseitigt werden. Ursachen für starke
Vignettierung:
a)
Tritt das Problem beim Refraktor auf: Entweder ist der Refraktor sehr schlecht
ausgelegt (schlecht dimensioniertes Blendensystem), oder man hat im
Strahlengang durch Adapter etc. eine Engstelle geschaffen. Abhilfe: Im ersten
Fall kaum möglich, im zweiten Fall Prüfen des Strahlenganges und Beseitigung
der Engstelle durch eine passende Komponente.
b)
Kämpft man bei einem Newton mit diesem Problem, so kann neben einer selbst
geschaffenen Engstelle vor allem ein zu klein dimensionierter Fangspiegel die
Ursache sein. Abhilfe: Berechnung der Ausleuchtung mit MyNewton (von Heiner
Otterstedt, http://www.otterstedt.de/
, Freeware), eventuell Austausch des Fangspiegels gegen ein größeres Exemplar.
5.
Nur ein beschränkter Bereich mit guter Schärfe
Oft
fällt beim Betrachten der Bilder auf, dass die Schärfe nicht über den ganzen
Bildbereich gleich gut bleibt. Die Ursachen können sein:
a)
Die Kollimation des Instrumentes, insbesondere beim Newton, ist nicht gut.
Meist fällt dies auch auf, wenn man eine Aufnahme drastisch kontrastverstärkt
und der helle, unvignettierte Bereich nicht mittig im Bild liegt. Abhilfe:
Kollimation prüfen und gegebenenfalls korrigieren.
b)
Ist die gute Schärfe nur in einem Streifen des Bildes gut, dann liegt
vermutlich eine Verkippung des Chips zur Fokalebene vor. Abhilfe: Prüfen des
Systems Okularauszug, Adapter, Kamera auf Stabilität und Lage. Gegebenenfalls
versteifende oder korrigierende Maßnahmen.
6.
Unscharfe Abbildung im gesamten Bildfeld
Eines
der häufigsten Probleme bei der Fotografie mit digitaler Spiegelreflex ist das
Finden des perfekten Schärfepunktes. Mit Astro-CCD-Kameras ist das einfacher,
die sowieso notwendige Verbindung zum Laptop und ein in der mitgelieferten
Software meist vorhandener spezieller Menupunkt zur Schärfebestimmung helfen
ungemein. Unschärfen können folgende Ursachen haben:
a)
Wie schon mit normalem Objektiv ist die Einstellung des Schärfepunktes einer
digitalen Spiegelreflex auch am Teleskop sehr knifflig. Folgende Maßnahmen
können bei der Scharfstellung ein wenig helfen: Das Einstellen der Schärfe
nicht am lichtschwachen Objekt, sondern an einem hellen Stern vornehmen und
erst dann zum Objekt schwenken. Ein Winkelsucher mit Lupenfunktion ist wieder
sehr hilfreich. Prüfen der Schärfe durch Testaufnahmen und hineinzoomen auf
maximale Vergrößerung. Es gibt auch Software, die bei der Bestimmung des
Schärfepunktes unterstützt (DSLRFokus). Dies erfordert aber eine Verbindung der
Spiegelreflex zu einem Laptop.
b)
Die Optik war zum Zeitpunkt der Schärfebestimmung noch nicht richtig
ausgekühlt. Dadurch hat sich die Brennweite noch leicht geändert. Abhilfe: Gute
Temperierung des Gerätes abwarten, ehe die finale Schärfebestimmung vorgenommen
wird.
c)
Durch die Belastung am Okularauszug bewegt dieser sich womöglich leicht.
Abhilfe: Entweder die Reibung durch die entsprechende Einstellschraube erhöhen,
oder, wenn vorhanden, Klemmschraube betätigen. Vorsicht – allein die Betätigung
der Klemmschraube kann zu einer leichten Fokusänderung führen.
d)
Wenn man mit Brennweitenverlängerungen (Barlow-Linsen, Baader FFC) arbeitet,
dann kommt man möglicherweise in den Bereich einer Übervergrößerung. Ein
scharfes Bild lässt sich dann nicht mehr erzeugen. Abhilfe: Brennweite nicht zu
hoch wählen.
Um
alle diese möglichen Fehlerquellen in den Griff zu bekommen, braucht man eine
gewisse Ausdauer. Und trotzdem wird die Ausbeute guter Bilder niemals 100%
sein. Allein der Verzicht auf eine ordentliche Auskühlung des Instrumentes vor
Beginn der Aufnahmeserie kann die Ausbeute eines ganzen Abends zunichte machen.
Ich selbst bin derzeit froh, wenn ich in etwa 50% meiner Aufnahmeversuche zu
einem technisch ordentlichen Bild gelange.
Ich
hoffe, dass diese Anleitung dazu beiträgt, dass nicht alle beginnenden
Astrofotografen in die selben Fallen stolpern wie ich. Dann hat der Text seinen
Zweck erfüllt.
Und
nun klare Nächte und ran an das Teleskop!
© Dr. Carsten Reese
(Entstanden an langen Abenden in
Russland während der SAR-Lupe 4 Startkampagne, März 2008)