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Astrofotografie

Aller Anfang ist schwer, besonders hier....

Es gibt wohl kaum eine andere Art zu fotografieren, die so viele Stolpersteine bietet, wie die Astrofotografie. Das beginnt beim Suchen und vor allem auch Finden des Wunschobjektes, geht über die nicht einfache Art, dieses Objekt auf die Mitte des Sensors bzw. Filmstreifenabschnittes zu bringen und schliesslich bei einer Belichtungszeit von einigen Minuten oder gar Stunden (!) das sich stetig bewegende Objekt sehr genau an Ort zu halten.

Dann kommt noch - vor allem bei der digitalen Fotografie - die nachträgliche Bildbearbeitung, die vielfach die meiste Zeit beanspruchen wird. Wenn Sie aber dann ein ansehnliches Bild erschaffen haben, wird doch so etwas wie Stolz und Zufreidenheit aufkeimen.

Ich will und kann hier keine umfangreiche Abhandlung über die Astrofotografie geben. Zum ersten bin ich zu wenig bewandert dafür und zweitens gibt es umfangreiche Literatur darüber oder diese ausführliche Webseite

Über Kameras am Teleskop

Bei den Amateurastronomen haben die Webcam und die digitale Spiegelreflexkamera (DSLR = Digital Single Lens Reflex) die bis anhin benutzten analogen Kleinbild- Spiegelreflexkameras ersetzt. Während die Webcam hervorragend für hellere Objekte wie Planeten, Mond und Sonne geeignet ist, bevorzugt der Deepskyer die DSLR. Beide Kameras kommen ohne ihre eigene Optik zum Einsatz.

Für sehr lange Belichtungszeiten (>15 Minuten) werden wegen dem unvermeidlichen Bildrauschen spezielle Astrokameras mit gekühltem CCD- Sensor verwendet. Diese Kameras sind aber bedeutend teurer und bleiben neben den Profis eher den Astrovereinen und sehr ambitionierten Amateuren mit den notwendigen Finanzen vorbehalten.

Bei der Verwendung einer Webcam wird eine unkomprimierte Filmsequenz (z.b. AVI- Datei) des Objektes (z.B. Mondkrater) geschossen. Diese Filmdatei wird dann in die einzelnen Bilder (einge 100 bis einige 1000) zerlegt. Infolge der Luftunruhe sind ein Teil der Bilder unscharf oder verzerrt und werden aussortiert, die guten Bilder werden dann gemittelt und das Summenbild noch optimiert. Dies alles geschieht mit Hilfe spezieller Software wie z.B. Registax oder Giotto .

Bei der Verwendung einer DSLR, werden die wenigen Einzelbilder - meist aus dem Deepsky- Bereich - analog des Webcam- Streams bearbeitet. Neben Giotto und Registax, die beides Freeware sind, kommen auch kommerzielle Programme wie Astroart, Photoshop, MaximDL u.a. zum Einsatz.

Während bei der Webcam eine rudimentäre Nachführung genügt (der Planet z.B. muss irgendwo im Feld des Sensors bleiben) ist bei der DSLR- Aufnahme eine sehr präzise Nachführung unabdinglich (Man möchte die Sterne als kleine Punkte und nicht als Liniengebilde oder Komas dargestellt haben).

 

Adaption der Kamera

Die einfachste Art, eine Kamera am Teleskop zu befestigen, bietet ein entsprechender Adapter, der auf der Teleskopseite ein 1,25"- oder 2"- Nosepiece bietet. Jede Kamera, ob mit oder ohne Objektiv kann auf irgend eine Weise an ein Teleskop gekoppelt werden. Der Fachhandel bietet eine Unmenge an Adapter dafür an.

Um die Grösse des Objetes auf dem Sensor anzupassen, muss die Brennweite entsprechend gewählt werden. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten, um dies bei einem gegebenen Teleskop zu erreichen.

Bildet das vorhandene Teleskop das Objekt in der gewünschten Grösse auf dem Kamerasensor ab, so kann die Kamera fokal (im Primärfokus) - direkt am Teleskop - angebracht werden. Das Teleskop wird wie ein grosses Teleobjektiv eingesetzt.

Ist das Objekt auf dem Sensor zu klein, kann die Brennweite des Teleskopes mit Hilfe einer zwischengeschalteten Barlowlinse (= Streulinse), die von 1,5- bis 5- fach erhältlich sind, entsprechend verlängert werden. Aber: Die Lichtstärke nimmt auch entsprechend ab. Aus einer Blende 8 wird rasch eine Blende 24 oder noch kleiner, was zu entsprechend längeren Belichtungszeiten führen wird.

Ist das Objekt zu gross auf dem Sensor, kann die Brennweite verkleinert werden. Dies wird mit einer Shapleylinse (= Sammellinse) erreicht, die es im Handel von 0,8- bis 0,5- fach gibt und die die gegebene Brennweite entsprechend verkleinert. Positiv auf die notwendige Belichtungszeit wirkt sich die damit erreichte Vergrösserung des Öffnungsverhältnisses (Blende) aus.

Bei sehr hellen Objekten kann mit Hilfe der Okularprojektionsmethode (im Sekundärfokus) eine beträchtliche Vergrösserung der Brennweite erreicht werden. Die starke Abnahme der Lichtstärke und die Luftunruhe setzen aber früh eine sinnvolle Grenze. Dazu kommt, dass bei dieser Methode eine beträchtliche Anzahl von Linsen im Strahlengang stehen, und diverse Abbildungsfehler vermehrt vorkommen oder bestehende verstärkt werden.

 
Adapter für fokale Adaption der Kamera. Auf diesen Adapter wird der für die DSLR- Kamera passende Bajonetring (T2- Ring, T2- Mount) aufgeschraubt und die Kamera kann wie ein Okular in die Aufnahme des Okulareinzuges des Teleskopes eingeschoben und fixiert werden. Adapter für die Okularprojektion. Die Kamera wird hier über einen zur Kamera passenden T2- Ring, der rechts auf das T2- Gewinde aufgeschraubt wird, an der Adapterkombination befestigt. Bei den handelsüblichen Adaptern, können nur entsprechend schlanke Okulare verwendet werden. Viele CCD- Kameras, die für die Astrofotografie konzipiert sind, verfügen bereits über ein T2- Gewinde [23 KB] . Shapleylinse oder auch Reducer, Telekompressor, Telekonverter genanntes, in verschiedensten Bau- und Adaptionsformen gebautes Zubehörteil zur Reduktion einer bestehenden Brennweite. Für optimale Ergebnisse und zur Vermeidung grosser Bildfehler muss dieses optische Teil für die entsprechende Teleskopkonstruktion berechnet sein. Barlowlinse. Je nach Ausführungsqualität ein- oder mehrlinsig. Bei einfachen Konstruktionen kann die Linse aus dem Adapter aus- und direkt ins Okular eingeschraubt werden. Dies ergibt eine etwa um 25% kleinere Brennweitenverlängerung des Objektives. Eine 2- fach wird so zu einer 1,5- fach Barlowlinse.
Sehr einfache, günstige und in den meisten Fällen ausreichende Adaption. Teurere, aufwändigere und bedeutend schwierig zu handhabende Adaptierung. Viele Glasflächen im Lichtweg; meist leiden Kontrast und Schärfe bei dieser Konstellation. Meist eingesetzt bei der Planeten-, Mond- oder Sonnenfleckenfotografie, wo genügend Licht vorhanden ist. Teures, weil speziell für eine bestimmte Telekopkonstruktion berechnetes Zubehörteil für die Brennweitenverkürzung. Wird ausschliesslich bei Teleskopen mit kleinen Öffnungsverhältnissen (Katadiopter) verwendet. Meist wird zusätzlich noch eine beim Teleskop bestehende Bildwölbungskorrektur "einberechnet" und als "Reducer/Flattener" angeboten. Günstige Möglichkeit die Brennweite eines vorhandenen Teleskopes zu vergrössern. Zu Bedenken ist, dass je nach Qualität dieses Adapters zusätzliche Abbildungsfehler eingebracht werden können.

Ein paar Worte zur Nachführung

Auch eine sehr genau auf den Himmelspol ausgerichtete Montierung wird eine Abwanderung eines Objektes im Gesichtsfeld eines Okulars nach Norden oder Süden aufweisen; dies ist nur eine Frage der Zeit. Weiter wird auch die präzisest gefertigte Montierung Abweichungen bei der Nachführgeschwindigkeit aufweisen. Dies Abweichungen stammen von den Toleranzen bei der Fertigung und Montage der Antriebskomponenten (Toleranzen von Schnecke und Zahnräder, Fluchtung der Achsen u.a.m). Bei längeren Belichtungszeiten - spätestens ab 60 Sekunden - wird man nicht mehr um eine Nachführung herum kommen.

Eine Nachführung geschieht meist über einen geeigneten Leitstern, der unbedingt möglichst nahe dem zu fotografierenden Objekt liegen muss. Dieser kann mittels Fadenkreuzokular mit eigenem Auge und Bedienung der Achsantriebe oder ganz bequem über Autoguiding "an Ort" gehalten werden. Autoguiding benötigt neben einem PC eine CCD- oder Webcam und geeignete Software.

Sogenannte "Stand Alone Guider", die die notwendige Verarbeitungshard- und software in einem separaten Gehäuse oder gar im Kameragehäuse beherbergen finden in der heutigen Amateurastronomie- Szene selten Verwendung, da wegen der Aufnahmekamera sowieso ein PC oder Laptop verwendet werden muss. Einzige beim Einsatz einer (D)SLR hätte ein Stand Alone Guider noch eine gewisse Berechtigung.

Meist wird der Leitstern über ein kleineres, parallel zum Hauptteleskop ausgerichteten Teleskop eingefangen. Fadenkreuzokular, bzw. Nachführkamera stecken dann im Okularauszug dieses sogenannten Leitrohres. Je nach Grösse des zu fotografierenden Objekts, kann auch das Leitrohr als Teleobjektiv und das Hauptgerät als Leitrohr eingesetzt werden.

Eine weitere Möglichkeit ist die Nachführung mit Hilfe eines Off- Axis- Guiders. Dieses Zusatzgerät zweigt einen kleinen Teil des erfassten Gesamtbildes mit einem verstellbaren Spiegel oder Prisma analog einem Zenitspiegels bz. Zenitprisma rechtwinklig ab. Mit Fadenkreuzokular oder Kamera kann wie bei einem Leitrohr nachgeführt werden.

 
Nachführung mit Leitrohr. Beide Teleskope können - je nach Grösse des zu fotografierenden Objektes - als Leitrohr zum anderen, das als Fotoobjektiv benutzt wird eingesetzt werden. Wichtig ist eine möglichst genau parallele Ausrichtung zueinader. Nachführung mit Off- Axis- Guider (OAG). Günstige und gewichtssparende Alternative zur Nachführung mit Leitrohr.
Vorteile: Flexibles System. Brennweitenanpassung kann mittels Barlowlinsen erfolgen. Mit Hilfe eines Okularexzenters kann grossräumiger nach einem geeigneten Leitstern gesucht werden. Vorteile: Leitstern befindet sich immer in unmittelbarer Nähe des zu fotografierenden Objekts; geringe Zusatzbelastung der Montierung.
Nachteile: Relativ grosses Zusatzgewicht. Nachteile: Leitsternauswahl gering; Aufwändige Fokussierung; Dunkles Gesichtsfeld im Nachführokular, Obstruktion durch Ablenkspiegel/ -prisma.

Und da wäre noch das Problem der Schärfe

Neben der ungenauen Nachführung ist die Defokussierung wohl die häufigste Ursache eines nicht gelungenen Astrofotos. In WWW und Literatur findet man viele Vorschläge für das Finden des Fokus. Ich habe die meisten davon ausprobiert und erwähne hier diejenigen, die bei mir zu einem Erfolg geführt haben.

Bei allen Fokussierverfahren zentriere ich zuerst das zu fotografierende Objekt im Sucher, bzw. Monitor, stelle dieses grob scharf und suche mit Verfahren in nur einer Achse und Richtung einen nicht all zu hellen Stern. Auf diesen stelle ich nun scharf und fahre dann zurück zum zu fotografierenden Objekt.

Diesen Stern kann man nun auf verschiedene Weisen in den Fokus bringen:

 
Die einfachste Variante ist das direkte Scharfstellen im Sucher der DSLR Kamera, Dazu ist ein vergrössernder Winkelsucher sehr hilfreich; oder direkt auf dem Monitor beim Verwenden einer Webcam. Der Fokus ist erreicht, wenn der Stern seine kleinste Ausdehnung erreicht hat. Eine wirklich gute Hilfe und auch sehr einfach selber herzustellen ist die Scheinerblende. Diese kommt vor das Objektiv. Am einfachsten ist natürlich eine Abdeckkappe mit zwei - besser noch drei Löchern - zu versehen. Das unfokussierte Bild des Sterns zeigt nun zwei, bzw. drei helle Punkte, die mehr oder weniger weit auseinander stehen. Der Fokussierer wird nun so verstellt, bis die Punkte zu einem einzigen verschmelzen. Wird "Überfokussiert, wandern die Punkte wieder auseinander. Bei drei Punkten entsteht ein zusätzlicher Effekt: Das Dreieck ist bezüglich innerem und äusserem Fokus spiegelbildlich - kippt beim Gleiten über den Fokuspunkt um. Nicht vergessen, die Scheinerblende vor dem Betätigen das Auslösers zu entfernen! Für diverse DSLR gibt es die Software DSLR-Focus. Die deutsche Version wird von Josef Schäfer vertrieben, der auch die notwendigen Anschlusskabel anbietet. Die Fokussierung erfolgt über das "Ausmessen" von Dimension (Anzahl Pixel) und Helligkeit des gewählten Fokussiersterns. Es gibt sogar die Möglichkeit, geeignete Motorfokussierer anzusteuern und erhält damit einen Autofocus. Das Programm bietet noch Etliches mehr, wie auch das Steuern des Auslösers, mit oder ohne Spiegelvorauslösung, mit oder ohne Dunkelbildabzug und Zeitrampen in allen erdenklichen Möglichkeiten. Bedingt aber die Verfügung eines PCs und die entsprechenden Anschlusskabel.

Mein Sternenfreund Peter Heinzen hat hier [759 KB] einen interessanten Beitrag zum Thema Fokussierhilfen entworfen.

Ich bevorzuge die Scheinerblende oder die verbesserte Version davon: Bathinov- Maske

Der Druck auf den Auslöser

Illustration: Nikon

Da heute ausschliesslich digital fotografiert wird, lasse ich die analoge Fotografie beiseite.

Aber auch bei einer DSLR bleibt eine unangenehme Eigenschaft bestehen: Das Hochklappen des Spiegels! Die Reaktion dieser Bewegung erzeugt im gesamten System "Teleskop- Montierung- Kamera" eine zwar sehr kleine, aber bei den verwendeten Vergrösserungen doch deutlich erkennbare Schwingung. Es ist deshalb wichtig, dass die ersten Photonen den Chip erst nach derer Beruhigung erreichen. Viele DSLR bieten die Möglichkeit der Spiegelvorauslösung. Dabei wird beim ersten Betätigen des Auslösers zuerst der Spiegel hochgeklappt. Nach ein zwei Sekunden Wartezeit, wenn die Schwingungen abgeklungen sind, wird mit einem zweiten Betätigen des Auslösers der Verschluss geöffnet. Es ist nur am Rande erwähnt, dass eine Kabelauslösung unabdinglich ist.

Verfügt die Kamera nicht über diese Option so gibt es eine Methode aus der alten SR- Zeit: Die Hut- Methode. Hier wird mit einem Hut oder Ähnlichem das Objektiv abgeschirmt (Achtung vor Berührungen des Teleskops!). Ein paar Sekunden nach dem Auslösen der Kamera wird das Objektiv mit dem Wegziehen des Hutes frei gegeben und die Belichtungszeit beginnt abzulaufen.

Tipp: Zum Zwecke einer Rauschverminderung immer besser mehrere Bilder schiessen und diese dann mit einer entsprechenden Software mitteln; vorteilhafter sind mehrere Bilder mit kürzerer Belichtungszeit als einige wenige mit langen Beleichtungszeiten. Das Rauschverhalten wird günstiger und Nachführfehler werden weniger erkenntlich.

 

Bildbearbeitung am PC

Auch wenn alles von der Nachführung über das Wetter zu Fokus und Belichtungszeiten optimal verlaufen ist, wird man vom Anblick des eigenen Bildes am PC- Bildschirm im Vergleich derjenigen von Kollegen zuerst einmal etwas enttäuscht sein. Da ist zwar das Objekt erkennbar, aber das Bild ist kontrastarm und flau in den Farben.

Ohne eine nachträgliche Bearbeitung, wird wohl selten ein Bild in einem veröffentlichungswerten Zustand dierekt aus der Kamera kommen.

Es gibt viele Software auf dem Markt, mit denen eine Bildbearbeitung möglich ist. Die am meisten verbreitetste ist wohl Photoshop von Adobe.

Hier geht es zu meinem Tutorial für den Einstieg in Photoshop

 

Ein hilfreiches Progrämmchen für den Astrofotografen: Astronomical Exposure Tool [1'610 KB] von Jens Hackmann

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