Technik der Astrofotografie

Astrofotografie beginnt dort wo die meisten Leute aufhören zu fotografieren, dann wenn es dunkel wird. Wir müssen allerdings auf liebgewonnene Hilfen, wie Autofokus, Belichtungsautomatik und eine große Auswahl an Filmen verzichten. Auch die Belichtungszeiten sind anders. Sie reichen, mit Ausnahme der Sonne, von ein paar Sekunden bei Mond und Planeten bis zu 2 Stunden bei schwachen Nebeln unter dunklem Himmel. Der Schärfepunkt (Fokus) muss durch Testaufnahmen ermittelt werden, die Belichtungszeiten müssen ausprobiert und geeignete Filme durch Tests ermittelt werden. Die Anforderungen an die Qualität der Objektive ist hoch. Die Ausdauer und Geduld des Fotografen wird oft auf eine harte Probe gestellt.
Auf der anderen Seite ist es heute mit den modernen Farbfilmen und der Bearbeitung der Bilder im Computer möglich auch schon mit geringen Aufwand ansprechende Fotos zu machen.
In der WFS-Bibliothek gibt es ein paar gute Bücher über Astrofotografie und auch in den astronomischen Zeitschriften finden sich viele Bilder und nützliche Tipps. Natürlich kann man sich auch auf den AG-Treffen informieren lassen. Spezielle Fragen können auch per Email beantwortet werden.

Themenübersicht

Kamera Fotoobjektive Montierung Teleskope Filme Standort Aufnahmetechnik
 
 

Instrumentelle Ausstattung

Kamera

Die Kamera hat hier eigentlich nur die Funktion den Film aufzubewahren. Weil die Belichtungszeiten meisten länger als ein paar Sekunden sind, wird eine einfache vollmechanische Kamera verwendet. Der Langzeitverschluß (Stellung "B") muss unbedingt ohne Batterie gehen. Als Kamera-Anschluß sollte man "M42" wählen. Es gibt auch genügend Adapter von anderen Anschlüssen auf M42. Diese Kameras sind heute nur noch gebraucht in Fotoläden, Fotobörsen oder Flohmärkten zu bekommen. Im Auslöseknopf muss ein Gewinde vorhanden sein, um einen Drahtauslöser mit Feststellknopf befestigen zu können.

Ein weiteres Problem ist das Scharfstellen. Das Scharfstellen einen Sterns oder Planeten durch die meist grobkörnige Mattscheibe ist sehr schwierig. Sie durch eine Klarglascheibe zu ersetzen macht wenig Sinn, da man dann keine definierte Schärfeebene mehr hat.
Bei Normal- und Weitwinkelobjektiven kann man getrost auf unendlich stellen. Beim Fotografieren durch ein Teleobjektiv oder gar Fernrohr werden entweder Probeaufnahmen  gemacht, oder eine geeignete Fokussiermethode, wie sie in der Literatur beschrieben wird, angewendet.

Fotoobjektive

Als Fotoobjektive sind Festbrennweiten vorzuziehen. Sie haben eine höhere Lichstärke und bessere Schärfe als Zoomobjektive.
Lichtstarke Normal- und Weitwinkelobjektive sollten in der Regel auf 2,8 abgeblendet werden. Bei Teleobjektiven muß schon auf  Blende 4 oder 5,6 abgeblendet werden. Auch diese Objektive gibt es meistens auf dem Gebrauchtwarenmarkt. Welches Objektiv gut abbildet läßt sich wieder an Hand der Fotos in den astronomischen Zeitschriften oder den AG's der WFS in Erfahrung bringen.
Fotoobjektive sind für viele Astrofotografen "nur" der Einstieg. Früher oder später beginnt man mit der Fotografie durch das Fernrohr. Die Erfahrung zeigt, das Detailreichtum und Reichweite nur mit längeren Brennweiten ab ca.500mm zu erreichen sind. Bei Brennweiten über 1500 mm muß man schon sehr viel genauer nachführen, außerdem macht sich die Luftunruhe (Seeing) bereits als störend bemerkbar und leichter Wind kann das Teleskop erschüttern und so das Fotografieren unmöglich machen.
 

Montierung

Während man Konstellation von Mond und Planeten noch mit ein paar Sekunden durch ein Normalobjetiv ablichten kann, muß man bei längeren Brennweiten und Belichtungszeiten die Erdrotation ausgleichen. Dafür braucht man eine parallaktische Montierung. Die Erdrehung wird durch steuerbare Schrittmotoren ausgeglichen. Die Montierung muß exakt auf den Himmelspol, nicht den Polarstern (!), ausgerichtet werden. Eigentlich braucht man nur einen Motor für die Drehung um die Stundenachse, die zum Himmelspol zeigt. Da die Ausrichtung nicht perfekt ist, sind auch kleine Korrekturen in Deklination nötig. Sie sind mit dem Motor besser durchzuführen. Freud und Leid hängt ganz wesentlich von der Stabilität und Qualität der Montierung und der Nachführung ab. Während man visuell mit der wackligen, unterdimensionierten Montierung noch beobachten kann ist fotografieren nahezu unmöglich. Auch hier lohnt es sich wieder die Leute der Foto-AG  zu fragen.

Teleskope

Lichtstärke ist das Zauberwort in der Astrofotografie. Hat ein Objektiv bzw. Fernrohr eine Lichstärke von f/11 (wie Blende 11) ein anderes von f/5.6 müßte man bei Landschaftsfotos im ersten Fall  1/60 sec. im zweiten Fall nur 1/250 sec belichten. In der Astrofotografie ist es schon ein Unterschied ob man bei f/11 1 Stunde oder bei f/5,6 15 Minuten belichten muß.
Die verbreitesten Teleskope sind der Newton, der Refraktor und das Schmidt-Cassegrain Teleskop.
Newton Teleskope sind wegen ihrer Farbreinheit und Lichtstärke von f/4-f/6 im Vorteil. Refraktoren sind nicht so lichtstark (f/6-f/15), dafür haben sie ein größeres fotografisch brauchbares Feld. Schmidt-Cassegrain-Teleskope (f/6-f/10) sind wegen ihrer kompakten Bauweise und guter Transportabilität geschätzt.
 

Nachführung

Während der Belichtung der Aufnahme kann man die Nachführung nicht ohne Kontrolle laufen lassen. Durch mechanische Fehler in den Getrieben muß der Astrofotograf in bestimmten Zeitabständen  manuelle Korrekturen vornehmen (ähnlich leichter Lenkradbewegungen beim Autofahren). Dies erfolgt im Abstand von einigen Minuten. Die Nachführkontrolle erfolgt über das Fernrohr wenn die Kamera mit Objektiv huckepack am Teleskop befestigt ist. Beim Fotografieren durch das Teleskop erfolgt die Kontrolle entweder über ein parallel angebrachten Leitrohr oder  über einen Off-Axis-Guider, der direkt vor der Kamera sitzt und ein Teilbereich, der nicht zum fotografieren benutzt wird, ausblendet.
Um die Bewegung des Sterns zu verfolgen nimmt man ein hochvergrößerndes Okular ca. 100-200x, in der sich ein schwach beleuchtetes Fadenkreuz befindet.  Wie genau man nachführen muß hängt von der Auflösung des Films, ca. 0,03 mm, und der Brennweite des Fotoobjektivs ab.
Nachführgenaugigkeit bei Verwendung eines 400 ASA Films:

 Nachführgenauigkeit ["] = 6000 / f [mm]

Bei einem 135mm Tele sind das etwa 44 " (Winkelsekunden), das ist etwa der Winkeldurchmesser von Jupiter. Bei 2 m Brennweite sind es nur noch 3" !  Die Nachführkontrolle läßt sich auch mit dem Autoguider automatisieren.
 

Filme

Für die Aufnahme von Mond und Planeten braucht man einen möglichst feinkörnigen und kontrastreichen Film. Ein 100 ASA Diafilm ist eine gute Wahl. Zum Aufnehmen von Deep Sky Objekten braucht man einen Film mit genügender Empfindlichkeit und nicht zu großer Körnigkeit. Ein 400 ASA Film ist ein guter Kompromiss. Der Film muß ausreichend im Blauen, für die Reflexionsnebel und besonders im Roten, für die Wasserstoff-Nebel empfindlich sein. Letzteres trifft leider nicht auf alle Filme zu. Außerdem kommen fast jedes Jahr neue (Farb-) Filme heraus. Der Nachfolger eines bewährten Film kann zum Beispiel die Wasserstoff-Nebel nicht mehr registrieren. In der Tagesfotografie würde dies überhaupt nicht auffallen. Filme müssen also getestet werden. Welche Film geeignet ist,  entnimmt man den astronomischen Zeitschriften, dem Internet und nicht zuletzt wissen dies die Leute in der Foto-AG.

Für die ersten Bilder sollte man einen 400-800 ASA Diafilm nehmen. Dias lassen sich besser beurteilen und man kann eher Papierabzüge machen als von Negativfilmen. Bei Abgabe zum Entwickeln des Films unbedingt den Hinweis, "den Film nicht schneiden" angeben! Grundsätzlich sollte man seine Filme dort kaufen und entwickeln lassen, wo auch erdgebundene Profifotografen ihre Filme abgeben und nicht im Massenlabor. Filme selber entwickeln ist heutzutage auch sehr einfach und wird gelegentlich in der Foto-AG gezeigt.

Besser als Diafilme sind Farbnegativfilme mit ca. 400 ASA. Allerdings sind Papierabzüge meistens viel zu hell und kontrastarm. Hier kommt uns die Digitaltechnik und PC zugute. Der Film wird mit einem Filmscanner gescannt oder man läßt sich eine Photo-CD machen. Im Computer kann der Himmelshintergrund abgezogen werden und der Kontrast erhöht werden, ohne das die Bilder einen Farbstich bekommen. Mit einem handelsüblichen Tintenstahldrucker (Typ Photo) auf Spezialpapier sind die Ausdrucke von einem Papierabzug aus dem Labor kaum noch zu unterscheiden.

Um die Filme noch empfindlicher zu machen, können die Filme noch mit einen Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff behandelt werden. Dieses Verfahren nennt man Hypersensibilisierung oder kurz hypern genannt.
Aber bereits unbehandelte Filme bringen schon beachtliche Ergebnisse.
 

Der Standort

Beim betrachten der Web-Seiten fällt auf das viele Aufnahmen nicht in Stadt sondern auf abgelegenen Orten in den Bergen aufgenommen wurden. Lassen sich Sonne-, Mond- und Planetenaufnahmen noch gut unter dem hellen Stadthimmel machen, sind Aufnahmen von schwachen Nebeln nur unter dunklem Himmel zu gewinnen. Neben eine lichstarken Optik, einem empfindlichen Film, ist ein dunkler, mondloser Himmel das A und O in der Astrofotografie. Leider fehlen an solch dunklen Plätzen oft die nötige Infrastruktur wie Straßen und Hotels. Meist sind in den Urlaubsorten die Hotels stark beleuchtet. Eine Ausnahme bietet der Alpengasthof Sattlegger auf der Emberger Alm, nahe Greifenburg in Kärnten, Österreich. in 1800m Höhe unter sehr dunklem Himmel kann man seinem Hobby nachgehen, ohne auf die Annehmlichkeiten eines Hotels zuverzichten.

Der erste Schritt - Die Stativaufnahme

Die ersten Schritte werden noch mit feststehender Kamera gemacht. Eine Kamera wird mit Normal- oder Weitwinkelobjektiv auf einem Stativ befestigt. Als Filme nehme man einen 400-800 ASA Diafilm. Das Objektiv wird auf "unendlich" gestellt.

Die maximale Belichtungszeit damit die Sterne noch punktförmig sind ist beträgt:

tmax =  400 / (Brennweite[mm] * cos( Deklination [°]) )

Für ein 50 mm Objektiv sind das für Planeten- und Mond-Konstellationen in der Ekliptik  ca. 8 Sekunden und beim Sternbild Cassiopeia (Deklination 60°) sind es bereits 16 Sekunden. Damit lassen sich auch Sternbildformationen oder sehr helle Kometen, z.B. Hale-Bopp, fotografieren. Belichtet man noch länger werden die Sterne strichförmig.

Die Größe so fotografierten Mondes in mm auf dem Film beträgt:

Monddurchmesser[mm] = Brennweite[mm] / 110.
 

Der zweite Schritt - Die nachgeführte Aufnahme

Die nachgeführte Aufnahme ist schon mit mehr Aufwand verbunden. Zuerst muß die Montierung exakt auf den Himmelspol ausgerichtet werden. Dann wird die Kamera mit Objektiv parallel zum Teleskop bzw. an der Montierung befestigt.
Anhand eines hellen Sterns wird geprüft ob der Stern sowohl im Teleskop als auch im Sucher der Kamera in der Mitte ist.
Teleskop und Kamera sind jetzt parallel.
Dann wir die zu fotografierende Himmelsregion eingestellt. Anschließend wir ein mäßig heller Stern zu Nachführkontrolle eingestellt. Jetzt kommt das hochvergrößernde Fadenkreuz-Okular ins Spiel. Das Fadenkreuz-Okular wird solange in der Fassung gedreht, bis der eine Faden der Rektazensions- bzw. der andere der Deklinationsrichtung entspricht.
Wenn der Stern genau in die Mitte des Fadenkreuzes gestellt wird, kann man sehen ob der Stern in Rektazension oder Deklination abweicht. Bevor man mit der Belichtung beginnt läßt man die Nachführung ein paar Minuten laufen und probiert aus, welche Taste an der Handsteuerung man drücken muß und wie lange, wenn Korrekturen nötig sind.
Vor dem Start noch einen Quickcheck durchführen: Die richtige Blende, der Fokus ok, Belichtungszeit auf "B", Deckel ab? etc.
Die maximale Belichtungszeit hängt ab von der Dunkelheit des Himmels, der Lichtstärke und der Filmempfindlichkeit.

Beginnend mit dem Normalobjektiv sollte man schrittweise mit längeren Brennweiten fotografieren, denn damit wachsen auch die Anforderungen an die Nachführung und das Geschick des Astrofotografen.

Belichtungstipp

Als Richtwerte für die maximalen Belichtungszeiten eines Normalobjektiv mit Blende 2,8 und eines Teleskops mit f/10  (400 ASA Film):
 
Berliner Himmel Berliner Umland
Blende 2,8   30-40 Sekunden Blende 2,8   10 Minuten
Blende 10        5-6 Minuten Blende 10    >1 Stunde

Aufnahmen durch das Teleskop

Deep Sky
Das Teleskop wird als riesen Teleobjektiv verwendet. Die Brennweiten liegen bei den kleinen bis mittleren Teleskopen zwischen 800 mm und 2 m Brennweite. Die Nachführgenauigkeit liegt schon deutlich höher als bei Kameraobjektiven. Hier zeigt sich ob die Montierung ausreichend stabil, bzw. richtig dimensioniert ist. Die Luftunruhe, auch Seeing genannt kann die Sterne so aufblähen, daß die Sterne auf dem Foto unscharf sind und die Nachführkontrolle unmöglich wird. Auch eine leichter Wind kann das Teleskop zum "Tanzen bringen" und der Leitstern größere Bewegungen macht, als die geforderte Nachführgenauigkeit. Einen genügend hellen Leitstern zu finden, kann ebenfalls zum Problem werden. Die Belichtungszeiten betragen  bis zu 2 Stunden. Die Vorbereitungszeit für eine Aufnahme, Objekt einstellen, Fokus, Leitstern finden, Fadenkreuz ausrichten, wird nicht unter einer halben Stunde liegen. Der Astrofotograf ist also bei zunehmender Brennweite mehr und mehr gefordert.

Mond - und Planetenfotografie
Um es gleich vorweg zu nehmen, Planeten sind am aller schwersten zu fotografieren !

Der Mond
Am besten beginnt man mit dem Mond. Selbst bei 1 m Brennweite hat er nur einen Durchmesser von 9 mm auf dem Film. Mit einem Telekonverter oder einer Barlowlinse läßt sich die Brennweite nochmal verdoppeln.
Die Belichtungszeit für den Mond unter Verwendung eines 100 ASA Films:
f/10  1/30 Sekunde bzw. mit 2x Telekonverter 1/8 Sekunde.
Dies sind nur Anhaltswerte. Es sollten immer Belichtungsreihen gemacht werden. Der Belichtungsmesser in der Kamera wird wohl in den meisten Fällen falsche Werte anzeigen.
Das nächste Problem sind die Erschütterungen bei Auslösen des Kameraverschlusses. Wenn man nicht eine sehr stabile Montierung hat oder eine Kamera, die sehr leise auslöst, wird die Aufnahme wohl verwackeln. In diesem Falle entweder einen höher empfindlichen Film nehmen und kürzer belichten oder die Kamera nicht am Teleskop befestigen, sondern auf ein extra Stativ. So können sich die Erschütterungen nicht auf das Teleskop übertragen.

Die Planeten
Die Planeten haben sehr kleine Winkeldurchmesser. Selbst Jupiter mit bis zu 50" würde bei 2 m Brennweite auf dem Film nur einen Durchmesser von 0,5 mm. Dies entspricht dem Mondurchmesser beim 50 mm Normalobjektiv. Aber wie bekommt man eine Brennweite von 10 m und mehr ?
Die Antwort ist Okularprojektion. Mit den so erhalten Brennweiten lassen sich die Planeten groß genug abbilden. Die Belichtungszeiten liegen im Sekundenbereich bei Blendenwerten bis zu 100.  Damit die Aufnahmen im Sekundenbereich nicht verwackeln, wird die Hutmethode verwendet.
Das Scharfstellen ist bei diesen Blendenwerten durch das sehr dunkle Bild sehr schwer. Es müssen nicht nur Belichtungsreihen gemacht werden, sondern auch Serien mit verschiedenen Scharfeinstellungen. Wer sich eine "Planetenkamera"  zulegen will sollte darauf achten, daß die Mattscheibe austauschbar ist, und durch sehr feine, fast durchsichtige Mattscheiben ersetzt werden kann. In der Literatur gibt es viele Hinweise wie das Scharfstellen durchgeführt werden kann.

Neben denn 100 ASA Diafilmen kann, wer seine Filme selbst entwickelt, auch der Schwarz/Weiss-Film Kodak Technical Pan verwendet werden. Dieser ist sehr kontrastreich, sehr feinkörnig wie man es bei Planeten braucht. Ihn gibt es nur in Profi-Fotogeschäften.
Normale S/W-Filme sind für Planeten zu kontrastarm.
 

Okularprojektion
Bei der Okularprojektion wird ein Okular in den Okularauszug gesteckt, darauf folgt eine Abstandshülse und schließlich die Kamera. Beim Betrachten durch den Sucher der Kamera sieht der Planet oder Mond jetzt so aus, als wenn  mit einer riesigen Brennweite fotografiert wird. Der vergrößernde Effekt ist um stärker je kürzer die Brennweite des Okulars ist und je länger die Abstandshülse ist. Das sich daraus ergegebene Verhältnis von Objektivdurchmesser und Brennweite sollte das von 1:100 nicht übersteigen.

Ein handelsüblicher Projektionsansatz für Teleskope mit 1 1/4 Zoll Okularauszug.

Hutmethode
Sie eignet sich bei Belichtungszeiten von über 1 Sekunde. Nach dem das Objekt eingestellt und fokussiert wurde, der Drahtauslöser bereit ist, wird das Objektiv mit einem leicht zulösenden Deckel abgedeckt. Dann wird mittels Drahtauslöser ausgelöst und die Feststellschraube arretiert. Zur Belichtung zieht man den Deckel ab und hält in noch in der Hand,  aber so das noch kein Licht ins Objektiv gelangt. Nach ein paar Sekunden hat sich das Teleskop ausgeschwungen und jetzt wird der Deckel abgezogen und belichtet. Hat man keinen Sekundengeber zu Hand, zählt man 21, 22, 23, 24 für 4 Sekunden. Dann kommt der Deckel wieder drauf. Jetzt wird an der Kamera der Drahtauslöser entklemmt und der Film weiter transportiert.

Bildverarbeitung

Astrofotografie

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Überarbeitung: M. Kiehl, März 2001