Einstieg ins Hobby AstronomieTeil 10: Einfache Astrofotografie mit dem Teleskopvon Ullrich Dittler Die Serie »Einstieg ins Hobby Astronomie«, die mit dieser Ausgabe zu Ende geht, zeichnet den typischen Weg eines Astronomie-Interessierten zum engagierten Amateur nach: Von der Beobachtung des gestirnten Himmels mit bloßem Auge oder einem Fernglas bis zur Anschaffung eines Teleskops zur Beobachtung von Sonne, Mond, Planeten und heller Deep-Sky-Objekte. Anschließend führt der Weg oft zur Astrofotografie, die, dies zeigen viele Erfahrungen, für Jahrzehnte faszinieren kann. Da Verbreitung und Leistungsfähigkeit digitaler Kameras in den letzten Jahren rasant zugenommen haben, war der Einstieg in dieses faszinierende Hobby noch nie so einfach wie heute. Dieser Beitrag zeigt die ersten Schritte, damit faszinierende und detailreiche Aufnahmen durch ein Teleskop mit parallaktischer Montierung gelingen.
Bei der Auswahl des Teleskops (siehe hierzu auch Teil 4 dieser Serie in interstellarum 43) kann man sich vom geplanten Einsatzgebiet leiten lassen: Für Fotos des Mondes und der Planeten eignen sich langbrennweitige Teleskope mit kleinen Öffnungsverhältnissen sehr gut. Für die Fotografie von (ggf. ausgedehnten) meist nicht ganz so hellen Gasnebeln, Galaxien und Sternhaufen spielt hingegen die Öffnung und ein großes Öffnungsverhältnis eine entscheidendere Rolle. Neben der optischen Qualität und der Leistungsfähigkeit des Teleskops kommt bei der Astrofotografie auch der Teleskopmontierung eine größere Bedeutung zu, da die präzise Nachführung des Teleskops und der Kamera über die gesamte - nicht selten mehrere Minuten lange - Belichtung hinweg sichergestellt sein muss. Da das Ziel, einen Stern über Minuten hinweg möglichst auf die selben Pixel des Kamerachips zu projizieren, nur mit einer exakt arbeitenden parallaktischen Montierung zu realisieren ist, macht diese Montierungen zur Voraussetzung für erfolgreiche Deep-Sky-Fotografie. Aufnahmen des Mondes mit einer Webcam Als astrofotografischer Anfänger sollten Sie jedoch nicht direkt mit lichtschwachen Nebeln und Galaxien, sondern zunächst mit dem Fotografieren des hellsten nächtlichen Objektes beginnen: Die einfachste und günstigste Art den Mond zu fotografieren, stellt der Einsatz einer handelsüblichen Webcam als Aufnahmegerät am Teleskop dar; aufgrund ihrer technischen Spezifikation haben sich die Philips ToUCam 840 und ihr Nachfolger, die Philips SPC 900NC als Astro-Webcams etabliert. Da es die genannten Webcams ermöglichen, die Linse bzw. das Objektiv heraus zu schrauben und durch einen entsprechenden Teleskopadapter zu ersetzen, ist es möglich, eine Webcam fokal anstelle des Okulars in das Teleskop einzusetzen. Der in den Philips Webcams verwendete CCD-Chip ist im Bereich der Infrarot- und UV-Strahlung deutlich empfindlicher als analoge Filme und als das menschliche Auge. Da viele Teleskope für die visuelle Beobachtung entwickelt werden, sind deren optische Linsensysteme für die Brechung des Infrarot- und UV-Lichtes jedoch oft nicht ausreichend korrigiert, um auch Infrarot- und UV-Licht im Fokus des sichtbaren Lichtes zu bündeln. Um unscharfe Bilder mit abgeschwächtem Kontrast und unschönen Lichthöfen zu vermeiden, sollte daher das in der Brechung nicht korrigierte IR- und UV-Licht vor der Aufnahme herausgefiltert werden. Da zusammen mit der Aufnahmelinse auch der (aufgedampfte) IR- und UV-Filter der Webcams herausgeschraubt wird, ist zusätzlich zum Teleskopadapter auch der Einsatz eines IR- und UV-Filters notwendig.
Die Konstruktion aus Webcam, Adapter und Filter lässt sowohl preislich als auch aufnahmetechnisch viele Verbindungen aus Teleskop und adaptierter Kamera hinter sich: Mit weniger als 150 Euro ist ihr Teleskop bereit für das »First (Photo-) Light« am Mond. Gerade im täglich wechselnden Bereich des Terminators (die Grenze zwischen Tag- und Nachtseite auf dem Mond) erlauben die markanten Schattenwürfe eindrucksvolle und plastische Aufnahmen einzelner Regionen des Mondes. Die große Helligkeit des Mondes und die hohe Empfindlichkeit der Webcam ermöglichen sehr kurze Belichtungszeiten und stellen somit noch keine hohen Anforderungen an das Seeing und die Teleskopmontierung. Für einen ersten Versuch bietet es sich daher an, das Teleskop mit der Webcam auf einen eindrucksvollen Krater im Bereich des Terminators auszurichten und mit der Standard-Software der Webcam eine Aufnahmeserie zu starten: In der Regel muss, nachdem der Krater auf dem PC-Monitor zu sehen ist - und hier wird der Nachteil der Webcam, der im Vergleich zu Spiegelreflexkameras sehr kleine Bildausschnitt deutlich -, nur die Schärfe des Bildes am Monitor kontrolliert und über den Okularauszug des Teleskops eingestellt werden. Belichtungszeit und Anzahl der aufgezeichneten Bilder regelt die Webcam-Software in einem ersten Schritt automatisch. Da sich die Software einer Webcam bei der Festlegung der Belichtungszeit am gesamten Bildausschnitt orientiert, kann die Qualität der Aufnahmen gesteigert werden, indem die vorgeschlagene, automatische Belichtungszeit manuell korrigiert wird. Entscheidend für die Qualität der gewonnenen Aufnahme des Mondes ist nicht nur die Qualität des Teleskops, sondern auch die Luft zwischen Kamera und Mondkrater: Wie leicht zu beobachten ist, steht die Luft selten still, sondern »flirrt« und »wabert« unruhig hin und her. Bei einer längeren Belichtungszeit verursacht alleine die Bewegung der Luft schon ein unscharfes Bild auf dem Chip (abgesehen von Fehlern im Bild, die bei fehlender oder ungleichmäßiger Nachführung ebenfalls zur Unschärfe beitragen können). Eine Webcam umgeht dieses Problem elegant, da der relativ empfindliche CCD-Chip nicht nur ein oder zwei Bilder aufzeichnet, sondern eine ganze Aufnahmeserie. Bei Belichtungszeiten von 1/25 Sekunde kommen schnell hunderte oder tausende von Bildern zusammen. Diese tausend aufgezeichneten Mondbilder sind - bedingt durch die geringe Qualität der Webcam - jedoch nur von minderer Qualität: Die Bilder sind meist dunkel, zeigen wenig Konturen und Details und sind stark verrauscht. Dennoch lassen sich bei der digitalen Nachbearbeitung durch Addition der besten Bilder aus der großen Menge der Aufnahmen hervorragende Abbildungen generieren.
In Programmen zur astronomischen (Massen-)Bildverarbeitung (beispielsweise Giotto oder Registax; siehe Kasten) lassen sich die schärfsten Bilder aus der gewonnenen Aufnahmeserie auswählen und durch automatische Addition der besten Bilder auch das Rauschen der CCD-Aufnahmen eliminieren. In den genannten Programmen kann hierzu auf vorgefertigte Empfehlungen zurückgegriffen werden. Es muss lediglich der Pfad zur Datei mit den Mondaufnahmen angegeben werden. Innerhalb von ein paar Minuten errechnet Giotto zunächst ein Vergleichsbild aus allen Einzelbildern, wählt die besten Einzelbilder aus und addiert diese zu einer Kompositaufnahme, die in Detailreichtum, Schärfe und Kontrast die Einzelaufnahmen bei weitem übertrifft. Die Qualität der Kompositaufnahme kann schon bei der Erstellung verbessert werden, da Giotto auch die automatische Optimierung der Einzelbilder schon vor deren Auswahl und Addition ermöglicht. So können beispielsweise lineare oder logarithmische Vorverstärkungen der einzelnen Abbildungen ebenso vorgenommen werden, wie RGB-Korrekturen und die Anwendung verschiedener Rauschfilter. Mit dieser Aufnahmetechnik, bestehend aus Teleskop, Webcam, Webcam-Adapter und UV-IR-Filter sowie der geschilderten Aufnahmetechnik, können auch Aufnahmen der hellen Planeten Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn gewonnen werden (Abb. 2). Da bei der Aufnahme von Planeten in der Regel mit einer stärkeren Vergrößerung gearbeitet wird (beispielsweise durch den Einsatz einer Barlow-Linse), ist in den meisten Fällen der Einsatz einer exakten motorischen Nachführung des parallaktisch montierten Teleskops unerlässlich, um den aufzunehmenden Planeten solange im Bild zu halten, bis die mehreren hundert Einzelbilder für die spätere Addition zu einem Summenbild gewonnen sind. Aufnahmen des Mondes mit einer (digitalen) Spiegelreflexkamera Dem Vorteil einer Webcam als Detektor für Mondfotos (geringe Kosten, geringes Gewicht, einfache Bedienung, hohe Empfindlichkeit, einfache Handhabung, quasi »Live«-Bild auf dem PC-Monitor zur Einstellung der Schärfe, etc.) steht ein entscheidender Nachteil der Webcams gegenüber: Der sehr kleine und qualitativ nicht besonders gute Aufnahmechip ermöglicht es nur Ausschnitte des Mondes, d.h. einzelne Krater aufzunehmen. Um den gesamten Mond auf einmal zu fotografieren, ist der Einsatz eines deutlich größeren Aufnahmechips notwendig. Der Anschluss einer digitalen Sucher- oder Spiegelreflexkamera ermöglicht es die wechselnden Mondphasen fotografisch festzuhalten (Abb. 1). Gleichzeitig kann auch hierbei durch die große Helligkeit des Mondes noch auf ein besonders lichtstarkes Teleskop, eine aufwändige Nachführung oder gar eine GoTo-Steuerung verzichtet werden. Die interstellarum-Einsteiger-Serie
Für die Adaption einer digitalen Kamera an das Teleskop gibt es verschiedene Möglichkeiten: Digitalkameras können fokal, d.h. im Brennpunkt des Teleskops eingesetzt werden. Alle gängigen analogen und digitalen Spiegelreflexkameras können über entsprechende Adapter (T-Ringe) fest mit dem Teleskop verbunden werden, so dass auch eine Betrachtung des Mondes durch den Sucher der Spiegelreflexkamera problemlos möglich ist. Bei der afokalen Adaption von Digitalkameras mit eingebautem (Zoom-)Objektiv am Teleskop besteht die Möglichkeit die Kamera einfach dicht hinter das Okular zu halten und in Okularprojektion durch das Kameraobjektiv zu fotografieren. Sehr viel eleganter und erfolgreicher als das freihändige Arbeiten mit der Kamera hinter dem Teleskop ist die Möglichkeit die Kamera über das (meist vorhandene) Filtergewinde des eingebauten Kameraobjektivs mit einem inzwischen bei immer mehr Okularen unter einer abschraubbaren Augenmuschel ebenfalls vorhandenen Gewinde des Okulars zu verbinden. Entsprechende Adapterringe halten die Digitalkamera dann stets an der exakt gleichen Position hinter dem Okular, so dass auf diese Weise hervorragende Fotos beispielsweise des Mondes oder von Monddetails gewonnen werden können. Die Fotografie der einzelnen Mondphasen über einen gesamten Zyklus von beispielsweise Neumond zu Neumond - eine spannende Aufgabe für den beginnenden Mondfotografen - setzt (neben der Bereitschaft für die Bilder der schmalen Sichel des abnehmenden Mondes früh morgens aufzustehen) zunächst nichts anderes als ein Teleskop mit bis zu rund 1600mm Brennweite voraus, um den Mond noch komplett auf dem meist rund 22,5mm×15mm großen Chip einer digitalen Spiegelreflexkamera abbilden zu können. Da bei der Verwendung handelsüblicher digitaler Spiegelreflexkameras (DSLR) die eingestellte Schärfe nur im Sucher oder (nach der Aufnahme) auf dem kleinen Monitor der Kamera kontrolliert und korrigiert werden kann, ist sehr viel Übung und Erfahrung notwendig, um mit fokal adaptierten DSLR-Kameras Aufnahmen zu gewinnen, die so scharf sind, dass sie auch bei hohen Vergrößerungen keine Unschärfe zeigen. Um das leidige und zeitaufwändige Einstellen des optimalen Schärfepunktes zu vereinfachen, empfiehlt sich der Einsatz von zwei Hilfsmitteln: einem optimierten Fokussierer und einer Software zur sofortigen Kontrolle der Bildqualität, denn der Bereich der Bereich der optimalen Bildschärfe bewegt sich je nach Blende des Systems im zehntel Millimeterbereich. Bei einem üblichen SCT mit 8 Zoll Öffnung und 2000mm Brennweite ist dieser Bereich beispielsweise nur 0,22mm groß. Die Einstellung der Schärfe muss daher sehr feinfühlig und in kleinen Schritten vorgenommen werden. Hilfreich sind hierfür Mikrofokussierer mit einer 1:6 oder 1:10 Untersetzung. Da jede Berührung des Auszugs bzw. des Fokusknopfes das Teleskop in Schwingung versetzt und so zunächst zu einem unruhigen Bild führt, kann der Einsatz eines motorisch betriebenen Fokussierers sinnvoll sein. Auch kann mit diesen Geräten in der Regel der Schärfepunkt sehr viel genauer und reproduzierbarer eingestellt werden, als bei händischem Scharfstellen. Zur schnellen und zuverlässigen Kontrolle der eingestellten Schärfe empfiehlt sich eine Software wie DSLR Focus, die es nicht nur ermöglicht, die gesamte Steuerung fast aller Kameras vom PC aus zu übernehmen, sondern DSLR Focus zeigt die aufgenommenen Bilder direkt auf dem angeschlossenen PC-Monitor an, so dass die eingestellte Schärfe sofort beurteilt werden kann. In Abb. 4 ist ein solcher Aufbau zur Fotografie durch das Teleskop zu sehen. Deep-Sky-Aufnahme mit einer (digitalen) Spiegelreflexkamera Grundsätzlich eignet sich der beschriebene Aufbau aus DSLR-Kamera am Teleskop in Verbindung mit einem Micro- oder motorisiertem Fokussierer auch für die Aufnahme von Deep-Sky-Objekten. Die Kamera sollte dann jedoch unbedingt mit einer Software wie DSLR Focus oder einem Fernauslöser ausgestattet sein, um auch die Steuerung der Belichtung vom PC aus oder mit der Kabel-Fernbedienung vornehmen zu können (beispielsweise Belichtungsreihen und Aufnahmen von bis zu mehreren Minuten). Da digitale Spiegelreflexkameras im Gegensatz zu vielen analogen SLR auch bei Langzeitbelichtungen (»B-Modus« / »bulb-Modus«) die Kamerabatterie beanspruchen, empfiehlt sich für längere Einsätze in kalten Nächten entweder ein zweiter und dritter Akku oder ein entsprechendes Netzteil für die Kamera. Denn nichts ist ärgerlicher als eine Fotosession, die beendet werden muss, da die Kamera »schlapp« macht.
Da bei der Aufnahme von Deep-Sky-Objekten Belichtungszeiten bis zu mehreren Minuten nötig sind (der Himmelshintergrund darf in der Aufnahme aber auch nicht zu hell werden, um das Deep-Sky-Objekt nicht zu überstrahlen), ist eine sehr genaue Nachführung der parallaktischen Montierung notwendig. Hierzu hat es sich bewährt, entweder einen Autoguider (wie SBIG STV) an einem zweiten, parallel montierten Fernrohr, dem sog. Leitrohr, zu verwenden oder mittels eines Fadenkreuzokulars am Leitrohr das Teleskop manuell nachzuführen bzw. manuell die automatische Nachführung der Montierung zu korrigieren. Alternativ zum Einsatz eines zweiten Teleskops als Leitrohr kann auch ein Off-Axis-Guider eingesetzt werden, der einen Teil des Lichtes vom Bildrand im rechten Winkel zu einem Fadenkreuzokular ablenkt und so ebenfalls eine Möglichkeit bietet, nachzuführen bzw. die automatische Nachführung zu kontrollieren und zu korrigieren. Auch bei der Aufnahme von Deep-Sky-Objekten ist es unumgänglich, mehrere Aufnahmen des Objektes zu machen, um diese (ähnlich wie bei der oben beschriebenen Bildung eines Summenbildes bei der Aufnahme von Mond oder Planeten) durch die Addition mehrerer Bilder zu einem optimalen Summenbild zu kombinieren. Um das technisch bedingte Rauschen des Aufnahmechips von DSLR-Kameras bei langen Belichtungszeiten aus dem Summenbild herausrechnen zu können, sollte direkt im Anschluss an die Aufnahmeserie ein, besser mehrere Dunkelbilder (Darkframe), die gemittelt werden, erstellt werden, d.h. Aufnahmen mit aufgesetztem Objektivdeckel, bei denen die Belichtungszeit und die Temperatur mit denen der Aufnahmen des Deep-Sky-Objektes übereinstimmen. Die Beschreibung der einzelnen Schritte der Verarbeitung der Astroaufnahmen und die Möglichkeiten der Bildbearbeitung und -optimierung würden den Rahmen dieses Beitrags deutlich sprengen; hierfür sei auf die im Kasten genannte Literatur und die dort genannten Web-Adressen verwiesen. Da das angesprochene Rauschen der verwendeten CCD-Chips auch von der Chiptemperatur abhängt, stellt der Einsatz von gekühlten Astro-Kameras den konsequent nächsten Schritt in der Astrofotografie dar. Da aber spätestens dann nicht mehr von einem Einstieg in die Astronomie gesprochen werden kann, sollen diese Spezialkameras und die Besonderheiten ihres Einsatzes hier nicht besprochen werden. Ausblick Wie gezeigt werden konnte, ist der Einstieg in die Astrofotografie des Mondes und der Planeten mit einer Webcam bereits mit sehr geringem technischem und finanziellem Aufwand möglich. Durch den Einsatz einer digitalen Spiegelreflexkamera ergeben sich darüber hinaus neue Möglichkeiten, was die Dokumentation der einzelnen Mondphasen und der Libration angeht und auch der Einstieg in die Deep-Sky-Fotografie ist damit sehr leicht möglich. Wenn lichtschwache Deep-Sky-Objekte zu den bevorzugten Fotomotiven zählen, so kann der zu betreibende Aufwand für die Astrofotografie schnell zunehmen: Neben einer DSLR-Kamera (mit entsprechendem Adapter, mit einem oder mehreren Ersatzakkus oder Netzteil, einem Notebook mit einer Software wie DSLR Focus und ggf. einem Ersatzakku für das Notebook) und einem Teleskop mit Micro- oder motorisiertem Fokussierer als Aufnahmeoptik braucht man eine sehr genau ausgerichtete und exakt nachführende parallaktische Montierung, sowie ggf. ein zweites Teleskop mit Fadenkreuzokular als Leitrohr, einen Standalone-Autoguider oder einen Off-Axis-Guider. Der Aufwand wächst, aber durch den Einsatz einer DSLR-Kamera zur Deep-Sky-Fotografie werden Aufnahmen möglich, die Sie für den Aufwand entschädigen. Und der Einstieg in die Astrofotografie ist mit einer Webcam schnell gemacht... Webadressen
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