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Wir haben in Folge sieben dieser Serie gesehen, dass Himmelsobjekte je nach Brennweite maximal 30 Sekunden belichtet werden können, wenn sie punktförmig erscheinen sollen. Diese Belichtungszeit reicht häufig nicht aus, um lichtschwache Objekte in voller Schönheit zu fotografieren oder sie überhaupt zu erfassen. Um Langzeitbelichtungen zu realisieren, muss die Optik der täglichen Himmelsdrehung nachgeführt werden. In diesem Artikel lernen Sie die hierfür benötigte Ausrüstung sowie die Techniken der Nachführung kennen.
Um Sterne absolut punktförmig abzubilden, muss die Nachführung äusserst präzise erfolgen. Mit Ausnahme der Piggyback-Fotografie mit kurzen Brennweiten (siehe unten) kann von der Nachführung per Hand nur dringend abgeraten werden, da hierbei die benötigte Präzision kaum erreicht werden kann und die Gefahr, dass die Aufnahme durch Erschütterungen verwackelt, steigt beträchtlich.
Die erforderliche Präzision wird mit Motoren erreicht, die über eine Handsteuerung mit verschiedenen Geschwindigkeiten angesteuert werden können, um immer auftretende Nachführfehler zu korrigieren. Es empfehlen sich in die Montierung integrierte Motoren, da aussen angebrachte Modelle gerade bei den weit verbreiteten Deutschen Montierungen während der Nachführung mit den Achsen der Montierung kollidieren können und die Nachführung dann abgebrochen wird.
Jede Montierung hat einen konstruktionsbedingten Nachführfehler, den sog. periodischen Schneckenfehler. Er äussert sich in einer periodisch auftretenden Pendelbewegung um die Ruhelage des Leitsterns in Rektaszension. Zwischen den Pendelbewegungen steht der Leitstern still. Gute Montierungen haben einen periodischen Schneckenfehler von höchstens einigen Bogensekunden. Mit Normal- und Weitwinkelobjektiven kann er vernachlässigt werden.
Bei Langzeitbelichtungen wird die Optik auf einen Leitstern nachgeführt. Da der Strahlengang, durch den fotografiert wird, zur Nachführkontrolle nicht zur Verfügung steht, muss die Nachführung über einen separaten Strahlengang erfolgen.
Dies ist die einfachste Methode der Nachführung. Hierbei wird die Kamera mit angesetztem Objektiv mit einer Halterung an einer geeigneten Stelle des Teleskops befestigt. Meist geschieht das an einer Rohrschelle oder der Gegengewichtsstange. Einige Teleskope haben Halterungen am optischen Tubus. Die Orientierung des Objektivs muss exakt parallel zum Hauptrohr erfolgen, da die Sterne ansonsten während der Nachführung konzentrische Strichspuren bilden. Die Nachführung erfolgt hierbei durch das Hauptrohr mit einem Fadenkreuzokular (siehe unten).
Das Foto zeigt die Aufnahmegeometrie bei der Piggyback-Fotografie:
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Die Piggyback-Fotografie wird in erster Linie für die Nachführung von Weitwinkel-, Normal- und Teleobjektiven mittlerer Brennweite verwendet. Ist die Aufnahmeoptik sehr schwer, müssen auf der gegenüberliegenden Seite ggf. Ausgleichsgewichte angebracht werden. Das ist wichtig, da sonst die Nachführgenauigkeit leidet und im Extremfall der Antrieb des Teleskops Schaden nehmen kann.
Natürlich ist die Piggyback-Methode nicht nur auf kurze Brennweiten beschränkt. Sofern die Montierung das Gewicht tragen kann, können auch kleine Spiegelteleskope nachgeführt werden. Die weit verbreiteten „Russentonnen“ wiegen beispielsweise knapp zwei Kilo bei zehn Zentimetern Öffnung und 1000 Millimetern Brennweite und können mit stabilen Montierungen gut per Piggyback nachgeführt werden. Die Grenzen dieser Methode liegen also eher beim Gewicht der aufzusattelnden Optik als bei den Brennweiten.
Die Piggyback-Fotografie eignet sich hervorragend für den Einstieg in die Astrofotografie mit langen Belichtungszeiten. Die benötigte Ausrüstung ist nicht extrem teuer. Man braucht keine speziellen Adapter, um die Kamera ans Teleskop zu adaptieren. Das Teleskop dient gleichzeitig als Leitrohr, das sonst extra gekauft werden müsste. Es empfiehlt sich, mit Weitwinkel- und Normalobjektiven zu beginnen und sich dann zu den längeren Teleobjektiven hochzuarbeiten.
Die Anwendungsgebiete der Piggyback-Fotografie sind Panoramafotos der Milchstraße und des Sternenhimmels, Meteorfotografie mit Nachführung, ausgedehnte Sternhaufen, Nebel und Galaxien, Fotos von Kometen mit langen Schweifen und Mondfinsternisse mit Hintergrundsternen. Mit mittleren bis langen Teleobjektiven sind ausgedehnte Sternhaufen, Nebel und Galaxien sogar eindrucksvoller aufzunehmen als mit langbrennweitigen Teleskopen.
Soll die Kamera direkt an das Teleskop angeschlossen werden, gibt es die im Folgenden vorgestellten zwei Methoden der Nachführung.
Ein Leitfernrohr ist ein kleines Fernrohr, das parallel zum Hauptrohr, durch das fotografiert wird, am Teleskop angebracht und ausgerichtet wird. Leitfernrohre sind in der Regel kleine Linsenteleskope mit 60 bis 80 Millimeter Öffnung. Gelegentlich werden auch kleine Maksutovs verwendet. Das Leitrohr wird in der Regel in zwei Rohrschellen mit je drei Schrauben befestigt und justiert, die Konstruktion ähnelt dem Lagerbock eines Sucherfernrohres.
Der Vorteil eines Leitfernrohrs ist seine relativ hohe Lichtstärke. Bei den für eine genaue Nachführung benötigten hohen Vergrößerungen können auch schwächere Sterne als Leitsterne zur Nachführung herangezogen werden. Mit einem Leitfernrohr steht auch ein relativ großes Gesichtsfeld zur Verfügung. Somit findet sich meistens ein ausreichend heller Stern in der Nähe des Beobachtungsobjektes. Die Zentrierung des Motivs auf dem Sensor ist also unproblematisch.
Allerdings hat ein Leitfernrohr auch Nachteile, die sich speziell bei den in der Regel leichteren Einsteigergeräten bemerkbar machen: Es handelt sich um ein eigenständiges Teleskop und ist somit relativ teuer. Um für eine genaue Nachführung auch bei hohen Vergrößerungen absolut punktförmige Sterne zu erzeugen, muss die Optik von guter Qualität sein, die sich im Preis niederschlägt. Aufgrund des höheren Gesamtgewichtes bedarf es einer stabileren und somit teureren Montierung, die die Kombination Teleskop/Leitfernrohr sicher tragen kann. Dies ist besonders wichtig, da ein Leitfernrohr eine nicht zu unterschätzende Angriffsfläche für Wind darstellt. Die Verwackelungsgefahr erhöht sich somit auch bei stabilen Montierungen beträchtlich.
Es kommt wie bei der Piggyback-Fotografie zur Bildfelddrehung, wenn das Leitrohr nicht exakt parallel zum Hauptrohr ausgerichtet ist.
Das ist die zweite Methode, eine an ein Teleskop angesetzte Kamera nachzuführen. Der Off-Axis-Guider wird zwischen Teleskop und Kamera montiert. Er hat zwei Anschlüsse, von denen einer direkt zur Kamera führt. Der zweite Anschluss befindet sich im rechten Winkel zum Strahlengang des Teleskops. Im Off-Axis-Guider befindet sich ein kleines Prisma, das einen kleinen Teil des vom Teleskop kommenden Lichtes in den zweiten Strahlengang lenkt. Hier wird das Fadenkreuzokular zur Nachführung angebracht.
Skizze eines Off-Axis-Guiders mit Strahlengang von links nach rechts (siehe Pfeile):
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Ein Off-Axis-Guider hat einige Vorteile gegenüber einem Leitfernrohr: Es ist ein sehr kleines Bauteil, die zusätzliche Windanfälligkeit kann vernachlässigt werden. Ausserdem wird durch das geringere Gewicht die Montierung entlastet, die Stabilität einer gegebenen Montierung erhöht sich gegenüber der Verwendung eines Leitrohres enorm. Ein Off-Axis-Guider ist auch preiswerter als ein Leitfernrohr.
Umgekehrt sollen auch die Nachteile gegenüber einem Leitfernrohr nicht verschwiegen werden: Durch das Umlenkprisma können Abschattungen und somit Lichtverluste entstehen, der Effekt ist ähnlich dem eines Fangspiegels bei Spiegelteleskopen. Man findet nicht immer einen geeigneten Leitstern in unmittelbarer Nähe des Beobachtungsobjektes, da nur ein kleiner Teil des Strahlenbündels in das Fadenkreuz gelenkt wird (siehe Skizze oben). Aus diesem Grund ist das Bild des Leitsterns lichtschwächer als bei einem Leitrohr.
Dies hat zur Folge, dass das Zielobjekt mitunter nur am Bildrand positioniert wird. Hierdurch erhöht sich die Gefahr, dass sich Randunschärfen, die nahezu jedes Teleskop aufweist, störend bemerkbar machen.
Fadenkreuz-Okulare sind Okulare mittlerer Brennweiten, in die ein oder mehrere Fadenkreuze eingeätzt sind. Im Zentrum des Fadenkreuzes muss der Leitstern gehalten werden (siehe unten). Es gibt folgende Grundtypen von Fadenkreuz-Okularen:
Bei der preiswertesten Version, dem einfachen Fadenkreuz, sind zwei Linien in die Okularlinse eingeätzt, die sich im Mittelpunkt des Gesichtsfeldes schneiden.
Bei besseren Versionen wird ein doppeltes Fadenkreuz verwendet: Hier stehen jeweils zwei parallele Linien im rechten Winkel zueinander. Im Zentrum des Gesichtsfeldes befindet sich also ein Viereck, in dessen Zentrum der Leitstern zu halten ist. Diese Version hat den Vorteil, dass der Leitstern in der Sollposition nicht vom Fadenkreuz verdeckt wird.
Hochwertige Modelle haben verschiebbare Fadenkreuze. Man kann mit ihnen das Fadenkreuz bewegen, so dass ein Leitstern im Okular im Fadenkreuz zentriert werden kann, ohne das Teleskop schwenken zu müssen. Das hat den Vorteil, dass die Zentrierung des Objektes nicht verändert werden muss, sofern sich ein Leitstern im Gesichtsfeld des Okulars befindet.
Eine Beleuchtung des Fadenkreuzes mit einer roten Leuchtdiode erleichtert die Erkennbarkeit des Fadenkreuzes. Die Helligkeit sollte veränderbar sein, damit schwache Leitsterne nicht überstrahlt werden. Ein Dioptrienausgleich ist für Brillenträger sinnvoll, wenn sie am Teleskop ohne Brille arbeiten.
Das Foto zeigt ein beleuchtbares Fadenkreuzokular:
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Eine Barlowlinse ist ein optisches Element, das die Brennweite eines Teleskops verlängert, meistens um den Faktor zwei, drei oder vier. Die Barlow-Linse erhöht bei einem gegebenen Teleskop und Okular die Vergrößerung um den Verlängerungsfaktor der Barlow-Linse.
Beispiel: Ein Teleskop mit 500 Millimetern Brennweite erzeugt mit einem Okular mit zehn Millimetern Brennweite eine 50-fache Vergrößerung. Mit einer Zweifach-Barlow-Linse, die zwischen Teleskop und Okular gesetzt wird, verdoppelt sich die Vergrösserung, da die Brennweite um den Faktor zwei auf 1000 Millimeter verlängert wird.
Barlow-Linsen werden häufig bei der Nachführung angewendet: Durch die Erhöhung der Vergrösserung werden kleine Nachführfehler viel deutlicher erkannt. Die Optik kann also präziser nachgeführt werden, zumal Leitfernrohre ohne Barlow-Linse oft zu kurzbrennweitig sind, um mit einem Fadenkreuz-Okular in die Nähe der maximal sinnvollen Vergrösserung zu kommen.
Mit einer Barlow-Linse kann man auch bei der Fotografie die Brennweite und somit die Abbildungsgröße kleiner Objekte auf dem Sensor beeinflussen. Dies eignet sich besonders für kleine Sternhaufen und Nebel. Hierbei wird die Belichtungszeit bei Verwendung einer Zweifach-Barlow-Linse vervierfacht, größere Barlows sind also nicht empfehlenswert, zumal sich die Gefahr, dass die Aufnahme durch Wind, Schwingungen etc. verwackelt, drastisch erhöht.
Foto einer Barlow-Linse:
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Einnorden ist die Ausrichtung der parallaktischen Montierung auf den Himmelsnordpol. Bevor die eigentliche Einnordung erfolgt, muss die Montierung parallel zur Schwerkraft ausgerichtet werden. Hierfür werden die Höhen der Stativbeine so lange verstellt, bis eine parallele Ausrichtung erreicht ist.
Die parallele Ausrichtung kann mit einer Dosenlibelle, die in die Montierung eingelassen ist, sehr präzise vorgenommen werden: Die Dosenlibelle ist eine kleine, mit Flüssigkeit gefüllte Kapsel mit einem Kreis auf dem Deckel. In der Dosenlibelle ist eine Luftblase. Die Ausrichtung ist parallel, wenn sich diese Luftblase genau in der Mitte des Kreises befindet.
Foto einer Dosenlibelle:
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Hat man keine Dosenlibelle, kann man sich mit einer Wasserwaage behelfen: Sie wird an geeigneter Stelle in Nord-Süd und Ost-West-Richtung angesetzt. Die Aufstellung ist korrekt, wenn sich die Luftblase der Wasserwaage in beiden Fällen in der Mitte der Markierung befindet.
Jetzt kann die eigentliche Einnordung erfolgen:
Ein Polsucherfernrohr übernimmt diese Arbeit binnen weniger Minuten: Ein Polsucher verläuft innerhalb der Polachse und hat eine Markierung, mit der er sehr präzise auf den Himmelspol ausgerichtet werden kann. Die genaue Vorgehensweise ist modellspezifisch und der jeweiligen Bedienungsanleitung zu entnehmen.
Ohne Polsucher ist die Einnordung leider um ein Vielfaches komplizierter. Hier bedarf es der Scheiner-Methode.
Die Montierung wird zuerst mittels eines Kompasses grob in Nordrichtung und mittels der Skala näherungsweise die Polhöhe eingestellt. Bei der Ausrichtung mit einem Kompass ist unbedingt die magnetische Missweisung zu berücksichtigen. Diese kommt daher, dass ein Kompass auf den magnetischen Nordpol zeigt, der nicht mit dem geographischen Nordpol zusammenfällt. Die magnetische Missweisung fällt je nach Standort verschieden aus. Sofern die magnetische Missweisung bekannt ist, kann man sie bei der Ausrichtung mit einrechnen.
Jetzt beginnt die eigentliche Arbeit, die Feineinstellung auf den Himmelspol. Die folgenden Angaben beziehen sich auf den Anblick im Okular mit Zenitprisma:
Zentrieren Sie in einem beleuchteten Fadenkreuzokular einen Stern in der Nähe des Punktes, an dem sich Himmelsäquator und der Meridian (die Verbindungslinie zwischen Nord- und Südpunkt) schneiden. Der Stern steht also für uns auf der Nordhemisspäre in Südrichtung.
Driftet der Stern nach Süden (unten), zeigt die Polachse zu weit nach Osten (rechts vom Polarstern), driftet er nach Norden (oben), liegt die Polachse zu weit westlich.
Verstellen Sie die Azimuteinstellung (horizontal) der Teleskopmontierung entsprechend, bis keine Drift des Sterns im Okular in Deklination auftritt.
Richten Sie das Fernrohr auf einen Stern in der Nähe des Osthorizontes (etwa 20 Grad Horizonthöhe), aber in der Nähe des Himmelsäquators.
Driftet der Stern nach Süden (unten), zeigt die Polachse zu weit nach unten. Bei einer Drift nach Norden (oben) zeigt sie zu weit nach oben. Mit einem Leitstern am Westhorizont sind die Driftrichtungen bei den jeweiligen Ausrichtungsfehlern umgekehrt.
Verstellen Sie die Polhöhe entsprechend, bis keine Drift des Sterns in Deklination mehr auftritt.
Diese aufwendige Einnordung ist nur bei Langzeitaufnahmen mit mehr als fünf Minuten Belichtungszeit erforderlich. Ist die Einnordung ungenau, macht sich ab diesem Zeitpunkt die bereits oben beschriebene Bildfelddrehung störend bemerkbar. Die Einnordung sollte mindestens mit einer Genauigkeit von plus / minus 0,25 Grad erfolgen. Zum Vergleich: Der Polarstern ist 0,8 Grad vom exakten Himmelspol entfernt.
Während der Nachführung muss der Leitstern mit Hilfe von Feinkorrekturen, die mit der Handkontrollbox vorgenommen werden, im Zentrum des Fadenkreuzes gehalten werden. Bei langen Brennweiten ist wegen der Verwackelungsgefahr von einer Nachführkorrektur mit der Hand abzuraten.
Bei der Verwendung eines doppelten Fadenkreuzes kann man sich eines Tricks bedienen: Die Optik, mit der nachgeführt wird, wird leicht unscharf gestellt, bis der entstehende Zerstreuungskreis des Leitsterns das durch die parallelen Fadenkreuze gebildete Viereck exakt ausfüllt. Auf diese Weise erkennt man kleine Nachführfehler viel deutlicher als bei einem exakt fokussierten Stern.
Bei Off-Axis-Guidern kann man auch defokussieren, indem man das Fadenkreuzokular ein Stück aus der Hülse herauszieht und festklemmt. Dies erfordert Fingerspitzengefühl, da die Verstellung nicht so präzise ist wie bei einem Okularauszug.
In der nächsten Folge behandle ich die Fotografie der Sonne.
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| Serie-Inhaltsübersicht | |
| Konzept und Ziele der Serie | |
| Grundausrüstung und der richtige Beobachtungsort | |
| ISO–Empfindlichkeiten und Belichtungszeiten | |
| Objektive vom Weitwinkel bis zum Supertele und ihre Anwendungen in der Astrofotografie | |
| Fokussierung von Astrofotos | |
| Erste Astrofotos mit ruhender Kamera: Der Mond | |
| Erste Astrofotos mit ruhender Kamera: Sternenhimmel, Strichspuren und Konstellationen | |
| Das Einsteigerteleskop für die Astrofotografie und Gebrauchtgeräte | |
| Montierungen | |
| Nachführung und Piggyback-Fotografie | |
| Die Sonne | |
| Deep–Sky–Fotografie I | |
| Deep–Sky–Fotografie II | |
| Kometen | |
| Meteore | |
| Einführung in die Fotografie mit Webcams und verwandten Aufnahmesystemen | |
| Astrofotografie und (Fern-)Reisen | |
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