Astrophotographie/ Überblick

Vorwort

Lieber Leser!

Nordamerikanebel. 30 Minuten belichtet auf 200 ASA Film

Ich schreibe dieses Buch, um Ihnen bei der Entscheidungsfindung zu helfen, ob die Fotografie von Himmelsobjekten mit Amateurmitteln die geeignete Freizeitbeschäftigung ist und um zu zeigen, was wie zu erreichen ist. Also eine praktische Anleitung, um mit den Geräten richtig umzugehen und qualitativ hochwertige Bilder damit zu erzielen. Bei Laien auf diesem hochinteressanten Gebiet ist es meist so, dass diese vollkommen falsche Vorstellungen haben, was als Ergebnis erreicht werden kann. Das ist verursacht von den faszinierenden Bildern von fernen Galaxien in Hochglanzzeitschriften, welche Bilder vom Weltraumteleskop Hubble verwenden. Auch die Besucher auf Sternwarten sind regelmäßig enttäuscht, weil sie mit solchen Bildern rechnen und dann bei dem Blick durch das Teleskop noch nicht einmal die Objekte in Farbe sehen können.

Es sollte Ihnen klar sein, dass die Atmosphäre die Lichtstrahlen aus dem Weltraum zu einem bestimmten Grade verschluckt und verwischt. Deshalb kann es bei Aufnahmen von der Erde, selbst mit dem teuersten Teleskop, keine so „Knackscharfen“ Bilder geben, wie Sie vielleicht erwarten. Wenn Sie jetzt schon enttäuscht sind und lieber nicht mit der Astrofotografie anfangen wollen, dann kann ich das verstehen und rate Ihnen, die Bilder von Hubble aus dem Internet herunterzuladen und bei einem digitalen Fotoservice hochauflösend ausdrucken zu lassen und zu Hause an die Wand zu hängen. Das ist weitaus günstiger, als für die Ausstattung mit den nötigen Geräten etwa dreißigtausend Euro auszugeben und dann kein einziges Bild zu haben, was an die Bilder aus dem All heranreicht.

Für die, die Ihre Bilder lieber selbst machen und das nötige Geld dafür ausgeben wollen, hoffe ich hier eine gute Wissensbasis bieten zu können.

Geschichtliches

Als es noch keine Möglichkeit gab, die Positionen von Sternen, Monden und Planeten mit fotografischen Mitteln aufzunehmen, gehörte es zu den Aufgaben eines Astronomen, regelmäßig Zeichnungen von den durch das Teleskop beobachteten Objekten anzufertigen. Das wird auch heute noch sehr selten, eher aus Freude am Zeichnen, so praktiziert. In der Zeit, als es die ersten fotoempfindlichen Emulsionen gab, wurden diese auch schon für astronomische Zwecke verwendet, um die wissenschaftlichen Ergebnisse genauer gewinnen zu können. Die lichtempfindlichen Schichten waren zu dieser Zeit noch so unempfindlich, dass selbst mit großen Teleskopen der professionellen Sternwarten Belichtungszeiten von teilweise mehreren Stunden nötig waren. Während der Belichtungszeit musste das Teleskop mit Handrädern kontinuierlich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit auf einer Sternenposition gehalten werden, wobei nicht das Auge vom Okular am Teleskopende genommen werden konnte. Der Kuppelraum ist dabei niemals geheizt, um Schlierenbildung durch aufsteigende warme Luft bei der Aufnahme zu verhindern. Alles musste per Hand bedient werden, da es zu der Zeit von Edward Barnard noch keine Elektromotoren gab, mit denen die Kuppel und das Teleskop gedreht werden konnten. Sie können sich jetzt hoffentlich ein Bild machen, wie schwer die Arbeit eines Astronomen um die Jahrhundertwende war. Doch mit dieser handnachgeführten Methode wurden sehr viele fotografische Glasplatten angefertigt, die den Grundstein für unsere heutigen Sternenkarten und deren Berechnungen liefern.

Es ist möglich, dass sie mit genau der gleichen Technik manuell an ihrem Teleskop Aufnahmen vom Himmel anfertigen können, doch heutzutage gibt es bereits viele technische Hilfen, die uns die Arbeit am Teleskop unglaublich erleichtern können. Dazu gehört die elektrische Nachführung (Goto-Steuerung), die für eine konstante Bewegung des Teleskops sorgt, wie auch die computerbasierte Steuerung, die mechanische Fehler der Montierung ausgleichen kann und einen einmal eingestellten Stern nicht mehr aus seiner Position verliert. Das kann mit modernen Mitteln automatisiert werden. Es ist dann nur noch Aufgabe des Astronomen, einen geeigneten Leitstern zu finden und Teleskop, Steuerung und Kamera aufeinander einzurichten. Wenn dann nicht das Wetter dazwischenfunkt oder der Strom ausfällt, können mit dieser Ausstattung gute Bilder erstellt werden.

Es gibt allerdings noch einige Störfaktoren, die es zu beachten gilt. Ich möchte Ihnen dabei helfen, diese Klippen möglichst sanft zu umschiffen. Diese sind:

Seeing

Gutes Seeing.

Kurze Aufnahme bei schlechtem Seeing.

Lichtjahre weit reist das Licht der Sterne zu uns. Auf den letzten 100km wird es von unserer Atmosphäre gestreut und verzerrt.

Mit Seeing bezeichnet der Astronom die Qualität der Sicht auf die Sterne. Das bezieht sich in erster Linie auf die Eigenschaft der Atmosphäre, Lichtstrahlen aus dem All zu verzerren und zu verschmieren. Bei schlechtem Seeing tanzt der Lichtpunkt des Sterns im Okular oder auf dem Film hin und her. Es gibt keine scharfe Abbildung bei längeren Belichtungszeiten. Deutlich kann schlechtes Seeing an dem Funkeln der Sterne erkannt werden. Wenn sie stark funkeln, dann lohnt es nicht, dass Aufnahmen angefertigt werden, weil sich das Licht des Sterns dann auf eine größere Fläche Film oder Sensor verteilt, dadurch die Belichtungszeit sehr stark verlängert werden muss und es nur matschige Sternenbilder hervorbringt. Es gibt allerdings auch Wetterlagen mit sehr gutem Seeing, bei der es fast so ist, als hätten wir keine Atmosphäre und Tricks bei der Aufnahme der Bilder, um die Schärfe bei nicht allzu schlechtem Seeing zu verbessern.

So ist es zum Beispiel möglich, von hellen Objekten wie Mond, Planeten und helleren Sternen sehr viele kurz belichtete Aufnahmen anzufertigen und dann die Besten davon zu benutzen, um ein länger belichtetes, scharfes Bild digital zu erzeugen. Es gibt bereits einige Hobbyastronomen, die ihre Videokamera an das Teleskop angeschlossen haben um zum Beispiel 2000 Bilder eines Planeten zu schießen und diese Bilder dann von einem Programm auf dem Computer schon auf Schärfe untersuchen zu lassen, um dann die schärfsten Aufnahmen auszusieben.

Dabei bleiben dann je nachdem, welche Qualität in dem Programm vorgewählt wurde, etwa 10 bis 100 gute Bilder übrig. Bei dieser Menge ist eine manuelle, optische Kontrolle bereits möglich. Je nachdem, wie gut die Montierung war, ist es dann noch nötig die 10 Bilder digital übereinander auszurichten, da vielleicht eine Bilddrehung während der Aufnahmedauer die Sterne in ihrer Position auf dem Sensor verschoben hat. Diese Vorgehensweise ist noch sehr neu, da die digitalen Sensoren dafür bisher nicht empfindlich genug waren. Dieser Zweig der Hobbyastroaufnahmen wird Videoastronomie genannt. (Auf Englisch: Lucky imaging)

Lichtverschmutzung

Lichtverschmutzung ist ein Phänomen der Neuzeit. Durch Straßenbeleuchtungen und schlecht angebrachte Fassadenbeleuchtung der Großstädte, wird ein großer Bereich um diese am Himmel mit Licht künstlich überflutet. Das meist gelbliche Licht reflektiert an den Wassertröpfchen der Luft über der Stadt und ergibt so eine schöne Lichtglocke, die wie ein Zelt die Stadt umhüllt. Durch diese Lichtglocke ist es fast unmöglich, für jemanden in der Stadt, das viel schwächere Licht der Sterne zu sehen.

Das heißt, das der Astronom sich weit aus der Stadt entfernen muss, um überhaupt eine Möglichkeit zu haben relativ ungestört vom Licht der Stadt den Sternenhimmel aufzunehmen. In Amerika gibt es bereits Sternwarten, die geschlossen werden mussten, weil die Störung durch Lichtverschmutzung zu groß wurde.

Erschütterung

Erschütterungen in der Nähe der Teleskopmontierung können eine Langzeitaufnahme ruinieren. Nicht nur wenn die Montierung oder das Teleskop direkt angestoßen werden, sondern auch ein vorbeifahren eines Lastwagens, Straßenbahn oder Traktor auf der Straße in der Nähe des Beobachtungsstandortes können die Montierung kurzzeitig zum Schwingen bringen. Das kann am Tage mit einem Sonnenfilter vor dem Teleskop und einer CCD-Videokamera oder einer USB-Webcam live an der Sonne beobachtet werden. Probieren Sie es mal aus, neben der Montierung einmal hochzuspringen, und dann die Auswirkung am Monitor zu beobachten.

Bildfelddrehung

Je länger die Aufnahmedauer ist, desto mehr macht sich eine schlecht ausgerichtete Montierung bemerkbar. Deshalb sollte gerade bei fest installierten Montierungen besondere Sorgfalt in die Nordung durch das Einscheinern investiert werden.

Schlechter Focus

Das ist die häufigste Ursache für misslungene Astrofotos. Das finden des richtigen Schärfepunktes ist keine einfache Angelegenheit. Bei den modernen CCD-Kameras ist das aber nicht mehr ganz so schwierig, wie bei den damaligen mit chemischem Film ausgestatteten Kameras, bei denen das Sternenlicht am besten auf einem eingelegten Film eingestellt wurde. Wenn der Schärfepunkt einmal gefunden wurde, sollte die Kamera möglichst nicht mehr vom Teleskop abgenommen werden, weil sonst die Einstellerei wieder von vorne anfängt.

Was kann beobachtet und fotografiert werden?

Sonne

Die Sonne ist ein interessantes Beobachtungsobjekt, weil auf ihrer Oberfläche eigentlich immer was los ist. Es entstehen neue Sonnenflecken und Gasausbrüche, welche recht spektakulär sein können. Außerdem bietet sie etwas für Leute, die nachts keine Zeit haben, weil sie vielleicht nachts arbeiten.

Sonnenflecken im Weißlicht

Es ist keine besonders große Investition notwendig, da die Sonne sogar mit einem billigen Fernglas in der Projektionsmethode beobachtet werden kann. Durch die große Helligkeit der Sonne ist eine kurze Belichtungszeit möglich. Hierbei können auch viele kurze Aufnahmen gemacht werden und anschließend aus diesen die Besten herausgesucht werden.

Protuberanzen im Hα-Licht

Hierfür wird ein Teleskop mit einer Brennweite von ca. 2 Metern benötigt, da immer nur einzelne Teile des Sonnenrandes fotografiert werden und diese dann später durch Bildbearbeitung zusammengefügt werden. Weiterhin sind auch spezielle Filter dafür notwendig. Ein Filter vor der Eintrittsöffnung des Teleskops, um die Helligkeit zu verringern und das Spektrum auf den roten Bereich einzugrenzen. Am Okularstutzen wird dann der Hα-Filter angebaut. Dieser kann, je nach Nutzbereich des einfallenden Lichts, zwischen sehr teuer und extrem teuer sein. Die Nutzbreite wird meistens in Angström angegeben. Es gibt Hα-Filter mit weniger als einem Angström Nutzbreite. Die teuersten Geräte erreichen bis zu 0,2 Angström Nutzbreite und werden aktiv temperiert, um den empfindlichen Filter davor zu hindern, sich in der Wellenlänge nach oben oder nach unten zu verstellen, da er selbst auf kleinste Temperaturänderungen auf der Filterfläche reagiert.

Mond

Beim Mond können mit einem Teleskop großer Brennweite Krater fotografiert werden. Durch die Helligkeit des Mondes ist die Lichtstärke ausreichend, um Belichtungszeiten von ca. 100 Millisekunden bis eine halbe Sekunde zu erreichen. Damit lässt sich wegen der Luftunruhe gut arbeiten, denn es können wie bei der Sonne auch sehr viele Bilder hintereinander geschossen werden, um aus diesen ein paar Gute auszuwählen, die später bei der Bildbearbeitung übereinander oder nebeneinander gelegt werden können. Die schönsten Aufnahmen können auf dem Terminator gemacht werden. Das ist der Bereich, der zwischen Licht und Dunkelheit liegt. Dort sind die Schatten der Kraterwände besonders gut zu sehen. Das gibt einen sehr plastischen Eindruck. Anfänger machen häufig den Fehler die Krater im hellen Bereich zu Fotografieren. Dort erscheinen die Krater aber nicht besonders kontrastreich.

Planeten

Bei den Planeten sollte nicht zu viel erwartet werden, da hierfür sehr große Brennweiten nötig wären (mehrere zehn Meter), um die Planeten einigermaßen formatfüllend auf den Film zu bekommen. Nicht zu schaffen für Amateurastronomen.

Jupiter

Webcam an 2,4 Meter Brennweite

Bei dem Jupiter gibt es als einzig Interessantes, dessen Monde zu Fotografieren. Die Monde bewegen sich recht schnell, so das an einem Abend eine Bewegung der Monde erkannt werden kann. Zwei Aufnahmen sind dafür nötig. Eine früh am Abend und die Zweite spät in der Nacht.

Die Monde haben eine andere Helligkeit als Jupiter selbst, weshalb unterschiedliche Belichtungszeiten nötig sind, um Beide richtig Abzulichten. Die Monde sind erheblich dunkler, wenn die Belichtungszeit auf Jupiter abgestimmt wird, um die Wirbelstürme der Jupiteratmosphäre sichtbar zu machen. Ein Filter, der nur Infrarotlicht (800nm) durchlässt oder ein Rotfilter wird empfohlen, um die Kontraste zu steigern. Jupiter ist hell genug, da er der größte Planet unseres Sonnensystems ist und damit genügend Licht von der Sonne zu uns zurückstrahlt. Trotzdem ist er im Vergleich zum Mond nur sehr klein, so das er auf der Sensorfläche einer Spiegelreflexkamera nur winzig erscheint.

Mars

Für Aufnahmen vom Mars braucht man ein Teleskop mit großer Brennweite, eine sehr empfindliche CCD-Kamera, und verschiedene Farbfilter, um diesen einigermaßen scharf abzulichten. Es werden mit einem Filter, der Infrarotstrahlen durchlässt viele Aufnahmen gemacht, um diese später nach schärfe zu sortieren und die besten mit der Bildbearbeitung übereinander zu legen, um die Helligkeit zu steigern, das Rauschen des CCD zu vermindern und den Kontrast zu verstärken. So kann ein relativ kontrastreiches Bild vom Mars gewonnen werden. Es müssen dann nur noch ein paar Bilder mit den Farbfiltern angefertigt werden, um daraus eine Farbmaske zu erstellen, welche Digital über das kontrastreiche Schwarzweißbild gelegt wird. Damit ist die farbige Abbildung des Mars gelungen. Mit dieser Methode werden auch Farbbilder der planetarischen Nebel gewonnen.

Saturn

Saturn mit Webcam bei gutem Seeing

Ebenso wie beim Mars ist es beim Saturn möglich mit Aufnahmen der einzelnen Farben nacheinander ein kontrastreicheres Bild zu bekommen, als das mit nur einem "Schuss" mit einer digitalen Spiegelreflexkamera erreichen lässt.

Kugelsternhaufen

Messier 15

Kugelsternhaufen sind schon visuell ein schöner Anblick. Durch die Ansammlung von ein paar Milliarden Sternen in so einem engen Gebiet am Himmel, sieht es so aus, als ob die Sterne zu einer galaktischen Kugel zusammengebaut worden sind. Dadurch, das es so viele sind, erscheint ihr Licht auch ziemlich Hell, so das nicht allzulange belichtet werden muss. Mit einer Teleskopbrennweite von 1 bis 3 Metern sollte eine formatfüllende Abbildung möglich sein. Farben sind nicht zu sehen. Deshalb kann auch Schwarzweiß aufgenommen werden.

Sternfelder und Galaxien

Weiträumig ausgebreitete Sternfelder wie H und chi oder Galaxien wie die Andromedagalaxie sind recht ausgedehnt. Sie sind größer als der Monddurchmesser und sollten deshalb mit einer Brennweite von 800 mm aufgenommen werden oder aber digital mit mehreren nebeneinanderliegenden Aufnahmen zusammengefügt werden.

Planetarische Nebel

M42 und M43 mit digitaler Spiegelreflexkamera durch ein Spiegeltelekop mit 1,2 Metern Brennweite aufgenommen.

Dies sind Gasansammlungen, welche von der Strahlung eines nahegelegenen Neutronensterns zum Leuchten gebracht werden. Die Farbe strahlt aber leider nicht besonders intensiv, weshalb sehr empfindlicher Film oder besser eine CCD-Kamera benutzt wird. Sie gehören zu dem Sternenhintergrund und müssen deshalb mit einer Montierung zum Ausgleich der Sternenbewegung aufgenommen werden, da solche Aufnahmen mehrere Minuten dauern können. Von der räumlichen Ausdehnung her, gibt es da ebenfalls sehr große Unterschiede. Der Bekannteste und einer der hellsten Planetarischen Nebel ist M42 im Sternbild Orion. Er ist etwas größer als der Vollmond. Es gibt aber auch viel kleinere Nebel, wie M57. Und einen, der sich über mehrere Sternbilder ausbreitet.

Hier ist bei den Hellen Sternen deutlich ein helles Kreuz zu sehen. Das ist verursacht von der Spinne des Spiegelteleskopes. Je heller der Stern ist, desto größer ist das Kreuz. Es wurden für dieses Foto 4 Aufnahmen a 180 Sekunden angefertigt, um diese dann zur Erhöhung der Helligkeit digital übereinanderzulegen.

Kometen

Kometen sind sehr große schmutzige Schneebälle, die je näher sie der Sonne kommen, anfangen aufzutauen und dabei große Mengen Materie verlieren. Je näher an der Sonne, desto deutlicher ist der Schweif des Kometen zu sehen. Sie bewegen sich nicht mit dem Sternenhintergrund mit, das bedeutet sie haben eine andere Geschwindigkeit und Richtung als die Sterne am Himmel. Deshalb sollte die Geschwindigkeit und Richtung vorher berechnet werden und in die Steuerung der Montierung eingegeben werden, um den Kometen möglichst genau mit dem Teleskop verfolgen zu können. Die umliegenden Sterne sind dann bei der Aufnahme verwischt.

Kometen bewegen sich am Himmel recht langsam, so das im Abstand von einem Tag eine Bewegung festzustellen ist, wenn die umliegenden Sterne als markante Punkte bekannt sind. Wenn der Komet schon deutlich ohne Teleskop zu sehen ist, dann lohnt auch eine Aufnahme ohne Montierung mit einem Weitwinkel-Objektiv. Dazu wird ein Diafilm mit einer Empfindlichkeit von ca. 400 ASA und eine Belichtungszeit von 1 bis 3 Minuten benötigt. Das Fotostativ sollte möglichst stabil sein und der Vordergrund sollte einen Baum oder ein interessantes Gebäude haben, um dem Betrachter des Bildes außer dem Kometen noch etwas anderes zu bieten. Das macht das Bild insgesamt interessanter. Ebenso sollte bei Strichspuraufnahmen vorgegangen werden.

Mit dem Teleskop auf Kometenjagd zu gehen ist bei den Hobbyastronomen ein sehr beliebtes Betätigungsfeld, da in diesem Bereich noch echte Entdeckungen zu machen sind. Wenn ein neuer Komet entdeckt wurde, was durch eine zentrale Stelle für Kometenmeldungen bestätigt werden muss, dann kann der Entdecker ihm einen Namen geben.

Ein australischer Hobbyastronom ist so schon zu über dreißig Kometenentdeckungen gekommen. Er benutzt ein Spiegelteleskop mit einem Durchmesser von 50 cm für sein Hobby. Wenn Sie mal einen Kometen mit dem Namen McNaught sehen, dann ist es eine seiner Entdeckungen.