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Die Deep-Sky-Fotografie umfasst alle Objekte, die sich ausserhalb des Sonnensystems befinden. Hierzu zählen Sterne, Sternhaufen, Nebel und Galaxien. Auch die bereits behandelte Fotografie von Sternbildern und Sternstrichspuren gehört in den Bereich der Deep-Sky-Fotografie. Alle diese Objektklassen sind sehr eindrucksvoll mit Einsteigerteleskopen und selbst mit einer herkömmlichen Fotoausrüstung fotografierbar. Diese Einführung in die Deep-Sky-Fotografie ist wegen ihres Umfangs in zwei Teile geteilt: Die vorliegende Folge beinhaltet die allgemeinen Grundlagen der Deep-Sky-Fotografie, der nächste Teil behandelt die einzelnen Objektklassen im Detail.
Für die Deep-Sky-Fotografie bedarf es eines absolut dunklen Himmels ohne jegliche Lichtquellen. Selbst der Halbmond ist so hell, dass Nebel, Galaxien und Sternhaufen nur eingeschränkt oder überhaupt nicht fotografiert werden können. Schwache Partien dieser Objekte werden im Mondlicht überstrahlt. Störende Lichtquellen ("Lichtverschmutzung") äussern sich in einem schmutzig-grünen bis blauen Himmelshintergrund.
Ausserdem bedarf es eines klaren, dunstfreien Himmels mit guter Durchsicht. Dunst setzt die visuelle Grenzgröße zum Teil stark herab, lichtschwache Objekte können dann also trotz eines klaren und wolkenlosen Himmels nicht richtig fotografiert werden. Aus diesem Grund sollten die aufzunehmenden Objekte nahe ihres höchsten Punktes am Himmel, also nahe der Kulmination, stehen. Es sind immer horizontnahe Dunstschichten vorhanden, die bis mindestens zehn Grad über den Horizont reichen. Auch über dieser Grenze gilt, dass die Durchsicht besser wird, je weiter man sich vom Horizont in Richtung Zenit entfernt. Selbst Objekte, die in unseren Breiten nur zwanzig Grad über den Horizont steigen, sind nur eingeschränkt fotografierbar. Ausserdem ist der horizontnahe Bereich auch bei dunkelstem Himmel bei Langzeitbelichtungen stets geringfügig aufgehellt.
Andererseits sind kristallklare Nächte häufig mit einem schlechten Seeing (Luftturbulenzen, die sich in Form von flimmernden Sternen äussern) verbunden. Dieses Seeing verringert Schärfe und Auflösung einer Aufnahme. Die Sterne haben auf Bildern einen größeren Durchmesser als bei ruhiger Luft. Nebel und Galaxien werden vom Seeing nicht beeinträchtigt, hier ist nur die Durchsicht (wenig Dunst) entscheidend.
Möchte man sehr lichtschwache Objekte erfassen, muss man die Optik dem Lauf der Gestirne nachführen. Dies kann im Extremfall mehrere Stunden dauern. Man kann so Objekte fotografisch erfassen, die visuell mit der verwendeten Optik nicht nachweisbar sind. Dass liegt daran, dass das bildaufzeichnende Medium die auftreffenden Lichtteilchen (Photonen) speichert. Auf diese Weise erkennt man bereits bei der Verwendung herkömmlicher Kameraobjektive, die zum Lieferumfang einer Kamera gehören, bereits nach wenigen Sekunden Belichtungszeit schwächere Sterne, als sie mit bloßem Auge sichtbar sind, einen dunklen Himmel vorausgesetzt.
Für den Anfang sollte man ein Kameraobjektiv nachführen, indem es auf das Fernrohr bzw. die Gegengewichtstange montiert wird. Mit dieser sog. Piggyback-Methode kann man sehr anspruchsvolle Panorama-Aufnahmen des Nachthimmels gewinnen. Das folgende Foto zeigt die Anordnung bei der Piggyback-Fotografie.
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Aufgrund der langen Belichtungszeiten ist eine stabile Aufstellung und absolut steife Verbindung der Kamera mit der Montierung bzw. dem Stativ unerlässlich. Kompakte Geräte wie kurzbrennweitige Newton-Reflektoren und katadioptrische Teleskope haben bei einer gegebenen Öffnung den Vorteil, dass sie weniger windanfällig sind und sich somit die Gefahr des Verwackelns durch Wind und Erschütterungen drastisch reduziert.
Die benötigte Empfindlichkeit hängt hauptsächlich von drei Faktoren ab: Der Lichtstärke der Optik, der Helligkeit des Zielobjektes und natürlich nicht zuletzt von den individuellen Ansprüchen und Zielen des Fotografen. Bei einer geringen Lichtstärke der Optik muss man beispielsweise eine höhere ISO-Empfindlichkeit wählen, wenn das Objekt mit einer kurzen Belichtungszeit gut abgebildet werden soll.
Grundsätzlich sollte man versuchen, die Empfindlichkeit so gering wie möglich zu wählen, da dies eine bessere Abbildungsqualität zur Folge hat. Das kommt daher, da das Rauschen des Sensors mit der Empfindlichkeit zunimmt. Ausserdem wird der Kontrast erhöht, wenn die Empfindlichkeit abnimmt. Im weiter unten stehenden Abschnitt "lange Digitalbelichtungen" werden Tipps zur Reduzierung des Hintergrundrauschens gegeben. Geringe Empfindlichkeiten bieten also insgesamt bessere Farben und höher aufgelöste, kontrastreichere Fotos.
Geringe Empfindlichkeiten haben andererseits eine längere Belichtungszeit zur Folge. Die Gefahr, dass Aufnahmen durch Erschütterungen oder Wind verwackeln, steigt erheblich an. So muss beispielsweise mit ISO 100 viermal länger belichtet werden als mit ISO 400 bei gleicher Lichtstärke und Objekthelligkeit. Ein vernünftiger Kompromiss zwischen Belichtungszeit und Bildqualität ist eine ISO-Empfindlichkeit von 200 bis 400.
Für all jene, die noch nicht auf Digitalfotografie umgestiegen sind, sei kurz erwähnt, dass man mit analogem Film natürlich auch hochwertige Deep-Sky-Aufnahmen anfertigen kann. Hierbei eignen sich Diafilme aufgrund ihres besseren Kontrastes besser als Negative. Es gelten die gleichen Vor- und Nachteile und ihre Auswirkungen, die oben beschrieben wurden. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass mit zunehmender Empfindlichkeit das Filmkorn anstelle des Rauschens stärker in Erscheinung tritt.
Der Deep-Sky-Bereich umfasst eine sehr große Objektpalette von Doppelsternen über hell leuchtende Gasnebel bis hin zu fernen, lichtschwachen Galaxien. Die Belichtungszeiten reichen von einigen Sekunden bei hellen, farbigen Doppelsternen bis hin zu einigen Stunden bei extrem lichtschwachen Galaxien. Daher kann man, im Gegensatz zu Sonne oder Mond, keine allgemeingültigen Faustregeln zur Belichtungszeit angeben. Bei Gasnebeln oder Kugelsternhaufen und Galaxien kann die Belichtungszeit selbst bei ein und demselben Objekt je nach gewünschtem Detail extrem schwanken, je nachdem, ob man die meist hellen Zentralbereiche oder weiter aussen liegende, lichtschwache Randbereiche ablichten möchte.
Digitale Spiegelreflexkameras (in diesem Beitrag als DSLRs bezeichnet) basieren auf dem Prinzip der CCD-Technik: Beide Kameratypen haben einen Flächensensor, der aus einzelnen Bildpunkten (Pixeln) besteht. Jeder Pixel empfängt Lichtteilchen (Photonen), die es speichert. Die Menge der gespeicherten Photonen entspricht der Helligkeit des Pixels im Bild. Nach der Belichtung werden die Photonen ausgelesen und zu Bilddaten verarbeitet.
DSLRs haben gegenüber CCD-Kameras den Vorteil, dass sie in der Regel einen grösseren Sensor haben, es können also flächenhafte Objekte mit einer einzelnen Aufnahme abgedeckt werden. Der Nachteil von DSLRs gegenüber CCD-Systemen ist, dass der Sensor keine interne Kühlung hat und somit das thermische Rauschen stärker ausfällt als bei CCD-Systemen.
Dem Thema CCD-Kameras bin ich bisher in dieser Serie aus dem Weg gegangen, da sie erheblich teurer und etwas umständlicher in der Handhabung sind als DSLRs. Für ihren Betrieb wird ein PC in Reichweite des Teleskops benötigt. Ausserdem benötigt man für den Betrieb der Kamera eine Steuerungssoftware.
Ein weiteres Problem, dass die Anwendung von CCD-Systemen für den Anfänger schwierig macht, ist die Fokussierung: Im Gegensatz zu DSLRs hat man bei ihnen keinen Blick durch den Strahlengang, eine direkte Fokussierung wie bei Spiegelreflexkameras ist also nicht möglich. Man muss das Bild Schritt für Schritt fokussieren, indem man kurzbelichtete Aufnahmen heller Sterne anfertigt und bei jedem Bild nachfokussiert, bis der Fokus gefunden ist.
CCD-Kameras haben ein auf minus zehn Grad Celsius und weniger gekühlten Sensor. Dadurch wird das Bildrauschen nahezu vollständig unterdrückt, die Fotos erscheinen schärfer, und der Himmelshintergrund ist schwarz. Bei starkem Rauschen erscheint er schmutzig grau-braun. Bei Langzeitbelichtungen haben die CCD-Systeme also gegenüber den DSLRs einen leichten Vorteil.
Ein Problem bei CCD-Systemen und DSLRs sind die sog. Hotpixel. Das sind einzelne Pixel, die bei der Belichtung weiss erscheinen, obwohl sie nicht belichtet wurden. Man kann sie von Sternen daran unterscheiden, dass sie keinen Hof aus schwächer belichteten Pixeln um sich haben.
Man kann Hotpixel folgendermaßen aus dem Bild entfernen: Zunächst wird ein Dunkelbild aufgenommen, das die gleiche Belichtungszeit wie die eigentliche Aufnahme hat. Ein Dunkelbild ist ein Foto, dass mit aufgesetztem Objektivdeckel aufgenommen wird, es fällt also kein Licht auf den Sensor. Es werden also nur die Hotpixel aufgenommen, die auf dem Dunkelbild weiss erscheinen. Danach wird das Dunkelbild mit der Software der Kamera vom eigentlichen Foto abgezogen. Danach hat man die unverfälschten Bildinformationen.
Langzeitbelichtungen sind mit CCD-Kameras aufgrund der Kühlung des Sensors unproblematisch.
Bei DSLRs ist das Rauschen das Hauptproblem bei Langzeitaufnahmen. Belichtet man sehr lange, macht sich dieses Hintergrundrauschen in Form eines ungleichmässigen, grau-schwarzen Hintergrundes bemerkbar. Das Rauschen lässt sich reduzieren, indem man wie eingangs erwähnt die ISO-Empfindlichkeit reduziert. Das verlängert jedoch die Belichtungszeit erheblich, die Nachteile wurden oben erörtert.
Es gibt einen Trick, mit dem sich das Hintergrundrauschen nahezu vollständig eliminieren lässt: Man fertigt eine Serie von Aufnahmen an, die nur so lange belichtet werden, dass das Hintergrundrauschen nicht in Erscheinung tritt. Die hierfür benötigte Belichtungszeit hängt vom Kameramodell ab und muss experimentell ermittelt werden. Diese Einzelbelichtungen werden mit einem Bildverarbeitungsprogramm addiert. Das Resultat ist eine Aufnahme, die einer einzelnen Langzeitbelichtung entspricht.
Nebelfilter sind spezielle Filter, die fast das gesamte einfallende Licht reflektieren und nur den kleinen Wellenlängenbereich passieren lassen, in dem Gasnebel typischerweise leuchten. Das sind für die rötlichen Emissionsnebel, zum Beispiel der Orion-Nebel M42 die HII-Linie (sprich "H zwei") und für planetarische Nebel (zum Beispiel der Ringnebel in der Leier M57) das OIII-Licht des Sauerstoffes (sprich "O drei").
Durch die Ausfilterung der übrigen Bereiche des Spektrums werden Nebelpartien kontrastreicher und heller dargestellt. Man kann mit ihnen Nebelpartien erkennen, die ansonsten nur mit lichtstärkeren Teleskopen erfassbar sind. Allerdings werden Sterne schwächer abgebildet, da auch ihr Licht von der Filterung erfasst wird. Lichtschwache Sterne werden folglich nicht abgebildet.
Auf Fotografien erscheinen Nebel, wenn sie mit Nebelfiltern aufgenommen werden, in abgefälschten Farben. Dafür sind der Kontrast und die Auflösung unübertroffen gegenüber Aufnahmen ohne Filter. Man kann auch Fotos ein und desselben Objektes mit verschiedenen Nebelfiltern anfertigen und diese überlagern. Das führt zu einem extrem detailreichen Foto.
Es gibt ausserdem Filter, die gezielt das Licht der Wellenlängen filtern, die von Strassenlaternen ausgestrahlt werden. Das ist das Licht der Quecksilber- und Natriumdampflampen. Solche Filter lassen alle anderen Wellenlängen nahezu ungehindert passieren. Solche Filter werden in der Regel angewendet, um die künstliche Himmelsaufhellung ("Lichtverschmutzung") zu umgehen. Mit ihnen werden keine Sterne "Geschluckt". Die Farben der Nebel werden mit ihnen nicht verfälscht.
Für die Deep-Sky-Fotografie mit ruhender Kamera gilt prinzipiell das gleiche, was bereits in Folge sieben dieser Serie über Sternstrichspuren und Konstellationen gesagt wurde.
Als lohnende Motive seien an dieser Stelle die Sommermilchstrasse im Sternbild Schwan und Schütze und die Region um das Sternbild Orion genannt. Diese Himmelsregionen enthalten Emissionsnebel, die unter guten Bedingungen (dunkler Himmel, gute Transparenz) mit ruhender Kamera und Normalbrennweite bei mittleren bis hohen Empfindlichkeiten gut abgebildet werden können.
Das folgende Foto zeigt die benötigte Anordnung der Ausrüstung:
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Die folgende Aufnahme zeigt die Region um das Sternbild Orion, aufgenommen mit ruhender Kamera im Vollformat. Die Belichtungszeit betrug 30 Sekunden bei 28 Millimeter Brennweite. Das Foto ist eine Ausschnittsvergrösserung. Der Orion-Nebel M42 ist bereits deutlich als roter Punkt im Oriongürtel erkennbar. Auf dem Originalbild erscheint er trotz der Stadtnähe (das Foto entstand ca. 2 km nördlich von Berlin) deutlich diffus.
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Mit einer elektrischen Nachführung erzielt man wesentlich bessere Ergebnisse als mit ruhender Kamera. Die Sterne und Deep-Sky-Objekte werden wesentlich heller abgebildet, da jeder einzelne Pixel länger belichtet wird. Lichtschwache Sterne und Deep-Sky-Objekte werden mit Nachführung dadurch überhaupt erst sichtbar.
Bei Brennweiten ab etwa 100 Millimeter, also auch bei astronomischen Teleskopen, ist eine Nachführung erforderlich, um überhaupt sinnvoll fotografieren zu können. Die benötigte Ausrüstung wurde in Folge zehn "Nachführung und Piggyback-Fotografie" ausführlich erläutert.
Am besten beginnen Sie mit kurzen Brennweiten und der Piggyback-Fotografie, auf die ebenfalls in Folge zehn genau eingegangen wird. Hierbei machen sich kleine Nachführfehler nicht so stark bemerkbar wie bei langen Brennweiten, oder sie werden sogar völlig geschluckt.
Später kann man die Kamera ans Fernrohr ansetzen und Detailaufnahmen von Sternhaufen, Nebeln und Galaxien gewinnen. Bedenken Sie jedoch, dass umso genauer nachgeführt werden muss, je länger die verwendete Brennweite wird.
In der nächsten Folge werden die Deep-Sky-Objekte im Detail besprochen.
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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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