Digitale Astrofotografie
 


Das bildhafte Festhalten des Augenblicks ist seit jeher der Wunschtraum vieler Menschen.

Bei der Fotografie astronomischer Objekte ist das Festhalten auf chemischem Film oder CCD-Chips mehr nur als Mittel zum Zweck. Viele Objekte am Nachthimmel offenbaren ihre eigentlichen Farben und Strukturen erst auf lang belichteten Aufnahmen.

Das menschliche Auge ist nur in sehr begrenztem Umfang fähig, Licht zu sammeln. Es kann prinzipiell nur den momentanen Lichtstrom erfassen.
Anders ein chemischer Film oder ein CCD-Chip: Diese können Photonen über eine lange Belichtungszeit "ansammeln", ähnlich, wie wenn man ein Glas langsam mit Wasser füllen würde. Das einfallende, sehr schwache Licht, kann also über die Zeit gespeichert bzw. aufsummiert werden.

- Astrofotografie kann Frust und Freude zugleich sein
- Astrofotografie kann faszinierend aber auch desillusionierend sein
- Astrofotografie ist vom Prinzip her recht simpel, im Detail jedoch beliebig schwierig
- Astrofotografie vereint sehr viele wissenschaftliche Disziplinen
- Astrofotografie verlangt Geduld, Wissen und Disziplin
- Astrofotografie lebt von der Bild-Nachbearbeitung am Rechner (EBV)

Im Prinzip kann ich wegen der Komplexität nur einen ganz kleinen Einblick in dieses wirklich sehr umfangreiche Thema geben. Für Details stehen viele Abhandlungen im Internet und in Form von Fachbüchern zur Verfügung.

Besonders kann ich das Buch von Stefan Seip "Astrofotografie digital" (Kosmos) und "Photoshop Astronomy" von R. Scott Ireland empfehlen.

Sehr hilfreich ist auch folgende Homepage:
http://astrofotografie.hohmann-edv.de/grundlagen/ von Klaus Hohmann

 

Kann ich Astrofotografie mit jeder Kamera betreiben?

Das kommt, wie fast immer im Leben, ganz darauf an, was man machen will.

Ganz grob könnte man folgende Objektklassen unterscheiden:
- Mond und Sonne
- Planeten (z.B. Mars, Saturn, Jupiter)
- großflächige Deep-Sky Objekte (Nordamerikanebel, Plejaden, Sternbilder, Milchstraße)
- helle, relativ große Deep-Sky Objekte (großer Orionnebel, Hantelnebel, M81+M82)
- kleine, lichtschwache Deep-Sky Objekte (Ringnebel, Kugelsternhaufen, Galaxien)


Folgende Aufnahmekameras kommen in Frage:
- analoge Spiegelreflexkamera
- digitale Kompaktkamera
- digitale Spiegelreflexkamera
- Web-Cam
- Firewire Industriekameras
- Videokamera
- Astro CCD-Kameras (teilweise gekühlt)

Oberster Grundsatz:
Legen Sie höchsten Wert auf eine möglichst exakte Fokussierung

Sie werden merken, dass dies zugleich einer der schwierigsten Punkte bei der Astrofotografie ist.


 

Mond- und Sonnenfotografie:

Dies ist die leichteste Disziplin und ideal für den Einstieg, da Sonne (nur mit Filter!) und Mond mit 30 Bogenminuten relativ groß erscheinen und vor allem relativ viel Licht und Kontrast mitbringen.

Hierfür ist fast jede handelsübliche Digital-Kompaktkamera geeignet. Im Prinzip muss man "nur" das Bild im Okular abfotografieren.
Ideal ist es, wenn bei der Kamera Blende und Belichtungszeit manuell einstellbar sind. Dies ist aber keine Bedingung aber eine erhebliche Erleichterung.
Ansonsten ist es die größte Herausforderung, den korrekten Kamerafokus zu finden. Der Autofokus wird meistens scheitern, wenn man nicht genau den Mondterminator als Kontrast verwenden kann. Darum empfiehlt es sich, die Kamera wenn möglich manuell auf unendlich zu stellen. Selbstverständlich muss auch das Bild im Okular bereits perfekt fokussiert sein.

Sehr hilfreich ist es, wenn man die Kompaktkamera am Okularauszug so befestigen kann, dass sich die Kameralinse und die Okularlinse fast berühren. Je näher die Kamera an das Okular herangeführt werden kann, desto weniger wird das Bild vignettiert.
VORSICHT: Bitte darauf achten, dass sich die Linsen nicht berühren!

Zur Not hält man die Kamera einfach per Hand ans Okular und macht mindestens 100 Aufnahmen bei verschiedenen Belichtungszeiten. Die Chance, dass ein scharfes und richtig belichtetes Foto dabei ist, steigt mit der Anzahl der Versuche.

Wenn man die Möglichkeit hat, die Kamera an das Teleskop zu adaptieren, hilft ein Fernauslöser, Erschütterungen vor und während der Aufnahme zu vermeiden.
Ein parallaktisch nach geführtes Teleskop ist übrigens sehr hilfreich, aber es ist durchaus auch möglich, mit einem Dobson-Teleskop zu fotografieren.

ACHTUNG! Sonnenfotografie NIEMALS ohne geeignete Objektivfilter durchführen!

 

Planetenfotografie:

Im Gegensatz zum Mond erscheinen Planeten nur unter einen Beobachtungswinkel von
ca. 2 - 50 Bogensekunden (siehe auch hier)

Aus diesem Grund müssen Planeten relativ stark vergrößert werden, um Details auf deren Oberfläche ablichten zu können. Zudem erscheinen Planeten im Gegensatz zum Mond relativ lichtschwach.
Nun kommt das Problem: hohe Vergrößerung und diverse Luftunruhen (atmosphärisches Seeing, lokales Seeing, Tubusseeing usw.) lassen Einzelbilder in den allermeisten Fällen sehr verschwommen und unscharf aussehen.

Es ist zwar durchaus möglich, brauchbare Einzelbilder mit einer Kompaktkamera zu erstellen, aber es gibt weitaus bessere Alternativen.

Vor einiger Zeit haben sich kluge Köpfe Gedanken darüber gemacht, wie man das Seeing-Problem lösen kann. Man muss einfach die Belichtungszeit so kurz wie möglich halten um die Luftunruhe quasi einzufrieren. Dies hat aber den Nachteil, dass die Kameraverstärkung relativ stark hoch gedreht werden muss. Dies hat dann ein verstärktes Bildrauschen zur Folge.
Aus dieser Überlegung heraus kam die Idee, sehr viele kurzbelichtete aber verrauschte Einzelbilder von einem speziellen Programm auf summieren zu lassen. Das in jedem Einzelbild zufällig verteilte Hintergrundrauschen wird dann quasi "rausgefiltert". Übrig bleibt die reine Bildinformation, also z.B. die Planetenabbildung.

Jetzt benötigt man nur noch ein Aufnahmegerät, welches in kurzer Zeit viele Bilder liefern kann: Ideal hierfür ist eine sehr preiswerte Web-Cam oder eine Videokamera. Hierbei wird ein 2-3 minütiges Video im AVI-Format aufgenommen, welches aus ca. 1000-2000 Einzelbildern besteht.
Diese Einzelbilder werden z.B. von Giotto oder Registax weitgehend automatisch analysiert, ausgerichtet, aufsummiert und letztendlich geschärft.

Nicht nur Planeten, sondern auch hochauflösende Mond- oder Sonnendetails können mit einer Web-Cam auf die selbe Weise aufgenommen werden. Wegen der kleinen CCD-Chipfläche passt jedoch nur ein kleiner Ausschnitt auf das Bild.
Für den kompletten Mond müsste dann ein Mosaik aus passenden Einzelbildern angefertigt werden.

Um die Brennweite bzw. den Bildausschnitt anpassen zu können, wird im Allgemeinen eine 1.5 - 3 fach Barlowlinse vor der Web-Cam verwendet. Das ideale Öffnungsverhältnis sollte bei ca. f/20 liegen.

Beispiel: Öffnungsverhältnis des Teleskop beträgt f/7. In Kombination mit einer 3-fach Barlow-Linse würde man dann fast ideale f/21 (7x3=21)erhalten.

einzelnes Rohbild aus dem Web-Cam AVI-Stream

   bearbeitetes und geschärftes Summenbild  

 

Fotografie großflächiger Deep-Sky Objekte:

Bei der Ablichtung relativ großer Deep-Sky Objekten, kommt es vor allem darauf an, ein möglichst großes Areal aufnehmen zu können.

Typische Beispiele hierfür sind:
- Strichspuraufnahmen (Sternfelder bewusst ohne Nachführung)
- komplette Sternbilder
- Milchstrasse
- M31 Andromedagalaxie
- M45 Plejaden
- NGC 7000 Nordamerikanebel


Für all diese Beispielobjekte müssen mehrere Grad Himmelssausschnitt auf das Aufnahmemedium passen. Aus diesem Grund sollte die maximale Brennweite bei ca. 20-300mm liegen.
Ganz normale Fotoobjektive sind hierfür bestens geeignet. Idealerweise sollten festbrennweitige Objektive mit hoher Lichtstärke verwendet werden, um mit möglichst kurzen Belichtungszeiten auszukommen.
Als Kamera bieten sich analoge oder digitale Spiegelreflexkameras an, aber auch normale Sucherkameras mit langer Belichtungszeit (mehr als 30sec) können unter Umständen verwendet werden.

Am einfachsten ist es, Strichspuraufnahmen eines Himmelsareals aufzunehmen. Besonders eindrucksvolle Fotos entstehen, wenn man die Region um Polaris aufnimmt, da man dann sehr schön das "Drehzentrum" erkennen kann.
Die Kamera wird hierfür einfach auf ein feststehendes Stativ ohne jegliche Nachführung montiert und solange belichtet, wie es die Himmelsqualität zulässt.

Bei allen anderen Objekten muss die Kamera natürlich nachgeführt werden. Bei geringen Brennweiten muss dies jedoch nicht übertrieben genau erfolgen.
M45 - Plejaden   Strichspur um Polaris  
 
 

Fotografie heller Deep-Sky Objekte:

Diese Disziplin stellt den nächsten Schwierigkeitsgrad dar. Als Ausrüstung empfiehlt sich ein Teleskop mit "schnellem" Öffnungsverhältnis und relativ kurzer Brennweite. Ideal sind hier kleine Refraktoren oder kurzbrennweitige Newtons geeignet.

Brennweiten unter 1000mm sind noch gut beherrschbar und verlangen bei kurzen Belichtungszeiten von ca. 60-90 Sekunden nicht unbedingt eine Nachführkontrolle. Selbstverständlich muss die Montierung trotzdem so gut wie möglich auf den Himmelspol ausgerichtet sein.

Gut geeignete Objekte wären:
- M31 Kernbereich der Andromedagalaxie
- M42 großer Orionnebel (DAS Paradeobjekt)
- M81 / M82 (Galaxien in großen Bären)
- M27 Hantelnebel
- Leo-Triplett (drei Galaxien im Löwen)

Als Aufnahmeinstrument bieten sich digitale Spiegelreflexkameras an. Wichtig hierbei ist, dass das Objektiv von der Kamera entfernt werden kann, weil das Teleskop nun das Teleobjektiv darstellt.
Für die gängigen Kameras gibt es im Handel passende T2-Adapter. Die Kamera kann damit leicht an den Okularauszug des Teleskops adaptiert werden.

Um die Einzelbelichtungszeiten kürzer zu halten, können wie beim Web-Cam Verfahren mehrere kürzer belichtete Aufnahmen zu einem Summenbild addiert werden. Das Bildrauschen wird auch hierbei sehr deutlich reduziert.
Erst ein deutlich reduziertes BIldrauschen erlaubt eine optimale Bildbeareitung, wie z.B. Kontrastanpassung und Schärfung.

 
 
M42 - großer Orionnebel
 

Fotografie kleiner, lichtschwacher Deep-Sky Objekte

Die absolute Königsdisziplin der Astrofotografie. Um hierbei ansprechende Ergebnisse zu erhalten, sollte man schon ein gehobenes Equipment zur Verfügung haben. Brennweiten über 1500mm und Belichtungszeiten von mehreren Minuten oder gar Stunden stellen enorme Anforderungen an die Nachführgenauigkeit einer Montierung.

Aufnahmeinstrumente der Wahl sind professionelle, hochempfindliche CCD-Kameras, welche über Peltier-Elemente zur Kühlung verfügen um das Chip-Rauschen zu minimieren. Eine Nachführkontrolle per Guiding ist hierbei unerlässlich.

Objekte:
- Kugelsternhaufen
- schwache Emissionsnebel
- entfernte Galaxien