Einstieg in die Astrofotografie

Was ist Astrofotografie

Die Astrofotografie ist im Allgemeinen ein sehr weit gefasstes Feld. Man versteht hier drunter die Kometenfotografie, die Planetenfotografie und die Deep-Sky-Fotografie. Die ersten beiden Disziplinen sind leider nicht meine Stärke, aber dennoch sehr interessant. Stellen sie doch im wesentlichen Objekte aus unserem Sonnensystem dar und zeigen zum Beispiel an Jupiter eine überaus große Dynamik in der Bewegung.
In diesem Artikel möchte ich aber hauptsächlich auf die Deep-Sky-Fotografie eingehen.

Es soll keine exakte Schritt für Schritt-Anleitung werden. Davon gibt es mehr als genug. Ich möchte hier hauptsächlich darauf eingehen, was die grundlegenden Anforderungen an den Fotografen und die Ausrüstung sind.

Unter der Deep-Sky-Fotografie versteht man das Fotografieren von Objekten außerhalb unseres Sonnensystems, häufig sogar außerhalb unserer Heimatgalaxie.
Bei den Objekten handelt es sich im Wesentlichen um entweder offene oder Kugelsternhaufen, um Galaxien oder um Nebel. Das können wiederum Dunkelnebel, Gasnebel oder Planetarische Nebel sein, welche entgegen des Namens nichts mit Planeten zu tun haben, sondern die Überreste einer Supernova darstellen.

Nach meiner Erfahrung gibt es in der Regel zwei Wege wie man an die Astrofotografie geraten kann.
Das eine sind mehr oder weniger erfahrene, visuelle Amateurastronomen, die das Gesehene gerne auch mal auf dem Bild festhalten wollen und so den Weg über vorhandene Ausrüstung in die Fotografie finden.
Das andere sind Hobbyfotografen, welche sich für das Thema interessieren und meist schon eine ordentliche Kamera und vermutlich auch ein ordentliches Objektiv haben.

Das Wichtigste bei der Deep-Sky-Fotografie ist Belichtungszeit. In der Summe kann es niemals genug Belichtungszeit geben.
Und hier stoßen wir bereits auf das erste Problem: Unsere Erde dreht sich. Und zwar von West nach Ost und das bei einer konstanten Geschwindigkeit. Dabei benötigt sie ziemlich exakt 23 Stunden 56 Minuten 4,0989 Sekunden. Die 24 Stunden die wir für unseren Tag nehmen ergeben sich aus der Eigendrehung und der Bewegung der Erde um die Sonne.
Was dazu führt, dass die Objekte am Nachthimmel jeden Tag um knapp vier Minuten früher untergehen.

Wenn man jetzt einfach die Kamera auf ein Stativ stellt und los belichtet kommt eine Strichspuraufnahme, bzw. eine Stratrail-Aufnahme dabei raus.

Strichspuraufnahmen sind beeindruckend. Und können echt toll werden. Aber wenn man Deep-Sky-Objekte fotografieren will muss man sich überlegen was man gegen diese Drehung tun kann.

Die Technik

Und hier gibt es nun auch wieder mehrere Ansätze. Bei großen Teleskopen wird nicht nur der Azimut und die Objekthöhe nachgeführt, sondern die Kamera wird noch gedreht. Damit auch die Drehung im Bildfeld eliminiert wird.
Im Amateurbereich ist aber eine so genannte parallaktische Aufstellung der Nachführung üblich. Das bedeutet dass ich eine motorisierte Achse habe, die möglichst parallel zu der Achse aufgestellt wird, um die sich die Erde dreht. Und diese dreht sich im Grunde genau entgegengesetzt. Damit habe ich mit nur einer nachgeführten Achse die komplette Bewegung erreicht.
Diese einachsigen Modelle stellen gleichzeitig die einfachsten kommerziell erhältlichen Nachführungen für die Astrofotografie dar.

Aber bevor ich hier weiter drauf eingehe, möchte ich das Thema der verwendeten Optik anschneiden.
Diese richtet sich im Regelfall danach, was man fotografieren möchte. Die meisten denken dabei an die großen Teleskope in Kuppeln für abertausende Euro und mit hochqualifiziertem Fachpersonal.
Allerdings richtet sich die verwendete Optik nach dem ausgewählten Objekt, der verwendeten Kamera und dem eigenen Anspruch an das Ergebnis.
Der Einfachheit und auch der Verbreitung halber werde ich mich hier im Wesentlichen auf Kameras mit APS-C-Chip beschränken. Das bedeutet dass man einen Cropfaktor von 1,6 annehmen muss um das Bildfeld mit einer KB-Kamera zu vergleichen.

Das obige Bild zeigt unsere Nachbargalaxie den Andromedanebel. Mit einer scheinbaren maximalen Ausdehnung am Himmel von 191’×62′, also fast 3×1 Grad, ist es ein überaus großes Objekt. Zum Vergleich: der Mond ist gerade mal etwa 0,5 Grad groß.
Die Aufnahme entstand mit einer minimalen Ausrüstung: ein stabiles Stativ, einer einfachen Reisemontierung und einem Lichtstarken Objektiv an einer Kamera.
Das Erstellen von DS-Aufnahmen ohne eine Nachführung ist möglich, aber die Einschränkungen sind enorm. Die Belichtungszeit beschränkt sich auf meist 1-2 Sekunden (je nach Brennweite und Abstand zum Himmelspol) und man muss das Objekt ständig manuell zurück in die Bildmitte holen.

Belichtungszeit

Das obige Bild wurde 265,5 Minuten lang belichtet. Natürlich könnte ich jetzt meine Ausrüstung aufstellen und die Blende viereinhalb Stunden öffnen. Aber das wird in die Hose gehen. Zum einen lässt sich keine Ausrüstung so präzise aufstellen um so lang ohne zusätzliche Korrekturen und zum anderen wäre der Chip bereits wesentlich früher gesättigt und im Rauschen würden sämtliche Details und Informationen untergehen.

Aus diesem Grund nimmt man üblicherweise Serien mit kurzen Belichtungszeiten auf, um in der Summe eine hohe Gesamtbelichtungszeit zu erreichen. Im Falle dieses Bildes habe ich eine ganze Nacht die Kamera mit 30 Sekunden Einzelbelichtungszeit durchlaufen lassen und so über die Nacht verteilt insgesamt etwas über 800 Bilder aufgenommen. Hierzu habe ich an die Kamera einfach ein Intervallometer angeschlossen und dieses entsprechend programmiert.
Nachgeführt wurde mit einer einfachen Reisemontierung von Skywatcher. Diese ist zwar mit bis zu 200mm Brennweite angegeben, aber da muss man schon sehr genau aufstellen und bereit sein viel Ausschuss in Kauf zu nehmen. Aber da ich hier nur mit 135mm Brennweite gearbeitet habe war das kein großes Problem. Aber man sieht: bereits mit verhältnismäßig kleiner Ausrüstung sind überraschend gute Ergebnisse zu erreichen.

Auf jeden Fall sollte aufgrund des wesentlich höheren Datengehalts die Verwendung von RAW-Bildern bevorzugt werden. Auch wenn diese auf den ersten Moment nicht so kontrastreich wirken. Ein RAW-Bild zu einem kontraststarken aber komprimierten Bild zu verarbeiten ist relativ einfach. Aber Informationen die durch die Komprimierung verschwinden, sind halt weg.

Diese gut 800 Bilder habe ich in der Stackingsoftware nach Rundheit und Anzahl der Sterne bewerten lassen und alle über einem gewissen Schwellwert verarbeitet. In diesem Fall blieben 531 Einzelaufnahmen á 30 Sekunden übrig.

Auch bei nur 30 Sekunden Belichtungszeit muss man das Rauschen und die Randabschattung der Optik berücksichtigen. Bei einer solch großen Anzahl an Einzelbildern kann man auf Darkframes zum Reduzieren des Rauschens verzichten. Aber Flat-Aufnahmen sollten erstellt werden.
Aus diesen wurde dann das Summenbild errechnet und weiterverarbeitet.
Was mich bereits zum nächsten Thema führt.

Bildarten

Ich hatte bereits die Flat- und Darkframes angesprochen. Hier möchte ich auf die einzelnen Bilderarten eingehen:

Lights: die eigentlichen Bilddaten des Objektes. Persönlich arbeite ich hier mit Belichtungszeiten von 15-300 Sekunden. Dieses sind Erfahrungswerte und müssen persönlich ermittelt werden.

Darks: Bilder die bei abgedecktem Instrument oder besser noch komplett verdunkelter Kamera mit der gleichen Chiptemperatur und den Gleichen ISO- und Belichtungsdaten wie die Lightframes aufgenommen werden müssen. die Abhängigkeit von der Temperatur macht deren Erstellung an ungekühlten Kameras schwierig. Diese Bilder dienen dazu das Kamerarauschen der Lights zu reduzieren.

Flats: Diese Bilder dienen zum Korrigieren von Verschmutzungen auf der Optik, Abschattungen durch Fokussierer und Cold-Pixel. Gerade bei DSLR sind diese meiner Meinung nach wichtiger als Darks. Bei Lights muss beachtet werden, dass diese mit exakt der Kamera und der Fokusposition am Instrument erstellt werden wie die Lights. Zum Erstellen muss das gesamte Bild möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet werden. Bewährt haben sich hier neben einer schattenfrei ausgeleuchteten Wand, die im Regelfall unscharf ist ein weißer Stoff gegen den Himmel. Die Belichtungszeit sollte möglichst kurz sein bei gleicher ISO-Zahl wie die Lights.

Bias: Diese dienen dem Erkennen von Hotpixeln und ähnlichen Bildfehlern. Hierzu gelten die gleichen Bedingungen wie bei den Darks, mit Ausnahme der Belichtungszeit. Diese sollte so kurz wie möglich sein.

Bildbearbeitung

Bei der Bildbearbeitung verwende ich proprietäre Software wie PixInsight, Lightroom und Photoshop.
Allerdings gibt es hier auch kostenlose Alternativen, die zumindest für den Einstieg auf jeden Fall geeignet sind.

Hier möchte ich für die Vorbereitung wie die Verarbeitung der Kalibrieraufnahmen, das Kalibrieren und Stacken selbst auf den Deep Sky-Stacker verweisen. Das Programm ist intuitiv und auf jeden Fall gut zu verwenden.
Hier werden einfach die entsprechenden Bilder importiert und definiert und gestackt. Im Anschluss kann man das Bild dann noch ein wenig strecken und die Farbkanäle anpassen und vorzugsweise als TIFF oder FITS speichern. Letzteres ist eine Variante des TIFF-Formates, das speziell für die Astronomie entwickelt wurde. Leider wird dieses im Normalfall nicht von gängigen Bildbearbeitungsprogrammen unterstützt.

Ich bearbeite das Bild dann erst noch in PixInsight weiter, bevor ich es an Lightroom übergebe. Allerdings kann das Ergebnis des DeepSky-Stacker auch direkt zum Beispiel in GIMP weiterverarbeitet werden. Hierzu gibt es im Netz jede Menge Tutorials.

Fazit

Der Einstieg in die Astrofotografie kann komplex sein. Es kommt auf die gestellten Ansprüche an und das verfügbare Budget.

Ein Minimum wäre eine kleine Reisemontierung auf einem stabilen Stativ, eine Kamera die nicht so sehr rauscht, eine gute Optik, also eine gute Festbrennweite (Telezoomobjektive haben meist zu viele Linsen) oder ein kleines Teleskop und einen Intervallometer um die Kamera definiert auslösen zu können.

Wenn man sich ernsthaft mit dem Hobby befassen möchte, das überaus viel Spaß macht sollte man sich Hilfe vor Ort suchen. Diese findet man im Regelfall bei den Sternwarten vor Ort oder anderen Vereinen aus der Astronomie. Ob es einen Verein in deiner Nähe gibt, findest du bei der Vereinigung der Sternfreunde heraus.