Die Grenzhelligkeit (ermittelt mit Hilfe des lichtschwächsten Sterns, den ich im kleinen Wagen gerade noch erahnen kann und auf den Zenit extrapoliere) beträgt in den wenigen guten Nächten ca. fst 5,3. Diese ist aber nicht zu verwechseln mit der Himmelsqualität direkt am fotografierten Objekt. Diese ist bei den unter 50° Horizonthöhe stehenden Objekten meist nicht besser als fst 3-4. Objekte wie M33, M101, Flammennebel oder Nordamerikanebel konnte ich an meinem Standort noch nie sehen. Den bekannten Doppelsternhaufen h&chi Persei sowie die sechs hellsten Sterne des kleinen Wagens kann ich in wirklich klaren Nächten normalerweise mit unbewaffnetem Auge indirekt gerade so sehen, da ich weiß, wo sie sind.

Die Sicht wird in alle Richtungen durch umstehende Häuser und Bäume begrenzt. Einige Straßenlaternen und Hausbeleuchtungen stören die visuelle Beobachtung durch Blendung, aber wenig bei der Fotografie. Negativ schlagen sich nach heißen Sommertagen erwärmte Dächer oder in der Heizperiode Schornsteinfahnen auf das lokale seeing nieder. Das seeing im Urlaub über einen Wald hinweg habe ich aber als schlechter empfunden.

Der Einstieg

Anfang 2001 kaufte ich mir mein erstes Teleskop zur visuellen Beobachtung. Da ich gerade die Farbenpracht und die Formvielfalt der DeepSky-Objekte besonders faszinierend finde und diese visuell nur sehr unzureichend bis gar nicht wahrnehmen konnte, begann ich Ende 2001 mit ersten Versuchen, die hellsten Objekte auf Dia zu bannen. Als ich sehr schnell verstanden hatte, dass ohne Nachführkorrekturen nichts geht und mir ein Leitrohr beschafft hatte, kam ich zu ersten Ergebnissen. Um voran zu kommen, las ich Bücher, Zeitschriften- u. Internetartikel und verfolgte natürlich die Diskussionen in den Astronomieforen (siehe Kasten). So ging es kontinuierlich bergauf.

Zwei gewaltige Sprünge sind ganz besonders hervorzuheben: Der Einsatz von Lichtverschmutzungs- und Nebelfiltern sowie der Umstieg auf die Digitalen Spiegelreflex-Kameras (DSLRs) und letztendlich die CCD-Kamera (auf die ich in diesem Artikel jedoch nicht eingehe).

Grundsätzlich lässt sich aussagen, dass der Einstieg nicht so beschwerlich ist, wie man nach der Lektüre der ersten Artikel oder Bücher den Eindruck haben mag. In diesen wird oft beschrieben, dass erst einige reichlich Filme belichtet werden müssten, bevor man das erste brauchbare Ergebnis erhält. Befolgt man die einschlägigen Tipps, erhält man nach meiner Erfahrung überraschend schnell erste Ergebnisse, die man stolz vorzeigen kann.

In diesem Artikel werde ich nicht auf die grundsätzliche Technik der nachgeführten Astrofotografie eingehen. Dafür verweise ich auf die vielfältigen Bücher, die sich dieses Themas annehmen. Hier werden in erster Linie Aspekte behandelt, die im Hinblick auf die Fotografie aus der Stadt heraus besondere Schwierigkeiten bereiten.

Das Equipment

Als Foto-Optiken kommen bei mir ein 10-Zoll-Newton-Reflektor und ein 80mm-ED-Refraktor zum Einsatz. Normalerweise nutze ich eine EQ6, die entgegen der oft publizierten Wertungen nach meinen eigenen Erfahrungen übrigens auch unmodifiziert für die fokale Astrofotografie mit 1200mm Brennweite nutzbar ist. Das ist natürlich wenig komfortabel im Vergleich zur Arbeit mit deutlich teureren Montierungen, aber durchaus möglich. (Abb. 3) Als kleine Kombination habe ich eine GP-Montierung beschafft. Auf beiden Montierungen sind Haupt- u. Leitrohr auf einer Parallelplatte befestigt, um die Hebelarme zu minimieren. Als Leitrohr werden ein 100/1000mm-Refraktor oder ein 100/1300mm-Maksutov verwendet. Mit diesen hat man keine Probleme, einen guten Leitstern zu finden. Ich habe über längere Zeit manuell mit einem GA4-Nachführansatz bis zu 260 Minuten Gesamtbelichtungszeit erfolgreich nachgeführt. Seit eineinhalb Jahren nutze ich aber auch das Autoguiding mittels WebCamSC und QHY5, was natürlich bequemer ist. Im September 2007 habe ich die Nachführung des Newton durch einen Off-Axis-Guider realisiert, was wegen der höheren Auflösung der CCD-Bilder notwendig wurde. Dabei entfällt dann natürlich das Leitrohr. Manuell führe ich heute nur noch den ED80 auf der GP nach.

Abb.3: Der 10-Zöller mit Leitrohr auf der EQ6 im Österreich-Urlaub Der eigentlich wichtigste Teil der Ausrüstung für einen in der Stadt tätigen Astrofotografen sind aber die Filter. Empfehlenswert sind aus meiner Sicht die Interferenzfilter, die entweder die Lichtanteile der Straßenlaternen herausfiltern (Lichtverschmutzungsfilter: IDAS-LPS, Astronomik CLS) oder aber nur ganz bestimmte Wellenlängen/Farben durchlassen und alles andere nicht (Breitbandfilter: Astronomik UHC oder UHC-E, Linienfilter: Astronomik OIII, H-alpha, SII). Der Kontrastgewinn hierbei entscheidet oft über Sehen oder Nicht-Sehen ! Den Rosettennebel konnte ich filterlos nicht auf dem DSLR-Display erkennen. Mit dem H-alpha-Filter sprang er mich geradezu an. (Abb. 4) Abb.4: NGC2244, NGC2237-8/46 Rosettennebel Typ: HaHaGB-Komposit mit f=600mm Filter: Luminanz+rot: Astronomik H-Alpha 13nm, grün/blau: IDAS LPS-P1 Kamera: modifizierte Canon EOS300D Belichtungszeiten: L/rot: 7x12 min. ISO800, grün/blau: 8x7 min. ISO800 fst 5,2 im Zenit bei –13/-5°C am 28.01./19.02.2006 in Berlin-Heiligensee 80mm-ED-Refraktor f/7,5 mit Koma-Korrektor auf EQ6

Konventionelle Aufnahmen auf Dia

Nun aber zum eigentlichen Thema des Artikels: Tipps, um auch unter lichtverseuchtem Himmel vorzeigbare Astrofotos zu machen. Zuerst beschreibe ich meine Vorgehensweise bei der Dia-Fotografie. Denn wenn diese Art der Astofotografie auch am sterben ist, so kann man aus den angewandten Techniken doch die ein oder andere Anregung für die Arbeit mit digitalem Equipment erhalten.

In der Literatur werden stets manuell bediente Dia-Fotoapparate mit B-Einstellung für Langzeitbelichtung empfohlen, weil diese unabhängig von bei Kälte schwächelnden Batterien oder Akkus sind. Das ist auch aus meiner Sicht eine Empfehlung, obwohl ich immer nur eine batteriebetriebene Kamera zur Verfügung hatte, die auch ein recht beachtliches Gewicht auf die Waage brachte. Praktisch ist bei einer elektronischen Kamera aber, dass man die Belichtungszeit exakt vorwählen kann. Bei einer manuellen Kamera bedient man sich dafür eines Drahtauslösers, der im ausgelösten Zustand fixiert werden kann. Man muss dann natürlich zur Wahl der Belichtungszeit auf die Uhr sehen.

Finden und Fokussieren nicht-sichtbarer Motive

Das Objekt bei der Dia-Fotografie in der Stadt überhaupt zu finden und ordentlich zu fokussieren, stellt die erste große Schwierigkeit dar. Die meisten Motive sind nicht einmal im Okular, geschweige denn im dunklen Kamerasucher zu sehen. Daher muss man sich die Koordinaten des Objektes und eines nahen und hellen Referenzsternes heraussuchen. Man zentriert dann den Referenzstern im Okular und stellt die Teilkreise auf dessen Koordinaten ein und klemmt sie fest. Nun kann man die Koordinaten des Objektes über die geklemmten Teilkreise anfahren und hat damit das Objekt im Bildausschnitt, wenn man die Montierung gut eingenordet hat. Die zweite Möglichkeit ist, per Starhopping zum Objekt zu finden.

In beiden Fällen sollte man nun unter zu Hilfenahme einer Aufsuchkarte den gewünschten Bildausschnitt über Sternmuster der erkennbaren Feldsterne einstellen. Das ist oft eine echte Herausforderung, gelingt aber meistens. Am besten, man nimmt eine rote Taschenlampe zur Beleuchtung der Karte, weil man sonst ständig geblendet ist und man dann die Sternmuster im Okular nicht findet.

Nun muss man den Fokus für die über einen T2-Ring angeflanschte Kamera finden. Wenn man einen vergrößernden Winkelsucher mit hellem Bildfeld hat, so ist man klar im Vorteil, da man in diesem Fall direkt fokussieren kann.

Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung einer Scheinerblende. Meine Erfahrungen mit der Scheinerblende waren nicht sonderlich gut, müssen deshalb aber nicht repräsentativ sein. Daher beschreibe ich ihren Einsatz hier trotzdem. Die Scheinerblende ist eine Abdeckkappe für die Teleskop-Öffnung, die zwei oder drei kreisrunde Öffnungen im gleichen Abstand zum Tubusmittelpunkt hat. (Bilder und Bauanleitungen findet man durch eine google-Suche im Internet.) Ein heller, defokussierter Stern hat mit einer Scheinerblende eine mehrfache Abbildung. Je näher man an den Fokus kommt, desto näher rücken die Abbilder zusammen. Im Fokus ist der Stern schließlich als ein Bild zu sehen.

Die indirekte Fokussiermethode, derer ich mich zuletzt bedient habe, ist die Nutzung einer Fokussierhilfe, wie man sie z.B. beim Teleskop-Service kaufen kann. Dies ist eine Okularhalterung, die ein Okular in einem variablen Abstand zum Okularauszug halten kann und ein T2-Gewinde zur Befestigung am Okularauszug hat. Nach dem Kauf der Justierhilfe justiert man den Abstand des Justierokulares einmalig nach dem Fokus der Kamera am Teleskop, so dass Kamera und Justierhilfe die gleiche Fokuslage haben. Man stellt den Mondrand dazu am (hoffentlich vorhandenen) Schnittbildindikator im Sucher der Kamera exakt scharf ein und klemmt den Okularauszug fest. Danach stellt man den Abstand des Okulares der Justierhilfe so ein, dass ein Maximum schwacher Sterne im Okular zu sehen sind. Jetzt kann man die Justierhilfe verwenden, um einen durch das Okular eingestellten Bildausschnitt für die Kameraverwendung zu fokussieren. Man fokussiert nun wieder so, dass man am meisten schwache Hintergrundsterne sieht. Jetzt klemmt man den Okularauszug fest und ersetzt die Justierhilfe durch die Kamera.

Welche Filme verwenden und wie lange belichten ?

Ich habe ausschließlich Dia-Filme verwendet, weil deren Entwicklung genormt ist und deshalb reproduzierbare Ergebnisse liefert. Diese Reproduzierbarkeit ist Voraussetzung dafür, aus den Belichtungswerten zu lernen. Bei Negativfilmen muss das entwickelte Bild auf Fotopapier übertragen werden. Dieser Vorgang wird von den Labors unterschiedlich durchgeführt.

Die für DeepSky-Objekte am besten geeigneten Filme sind der Kodak E200 und der Elitechrome200 sowie der Fuji Provia400F. Die Kodak-Filme sind extrem empfindlich gegenüber den roten H-alpha-(Wasserstoff)-Emissionsnebeln. Der E200 ist zwar teurer und schwieriger zu bekommen, hat aber im Blauen und Grünen Vorteile gegenüber dem Elitechrome200. Der Fuji hat eine ausgewogene Farbgebung und eignet sich deshalb für Sternhaufen, Reflexionsnebel und Galaxien am besten. Alle 3 Filme haben ein gutes Schwarzschild-Verhalten, d.h. die Abnahme der Empfindlichkeit mit zunehmender Belichtungsdauer fällt moderat aus. Dadurch überholen sie bzgl. der Filmschwärzung viele Filme mit höheren ISO-Werten schon nach einigen Minuten Belichtungszeit. Trotzdem sind die genannten Filme für Farbfilme sehr feinkörnig.

In der Literatur wird meist angegeben, die Belichtungszeit so zu wählen, dass der Himmelshintergrund gerade nicht mehr schwarz ist. Bei einem dunklen Himmel hat man, bis der Hintergrund durchkommt, bereits sehr lange (30-120 Minuten) belichtet.

In der Stadt wird der Hintergrund ohne Filter jedoch bereits nach wenigen Minuten sichtbar. In dieser Zeit fallen vom Objekt nicht sonderlich viele Photonen auf den Film, so dass dessen Abbildung recht verrauscht ist. Wenn man das Dia so belassen möchte, wie man es nach der Entwicklung erhält, sollte man die Belichtung in der Tat nach dieser kurzen Zeit beenden. Wenn man das Bild jedoch noch am Computer bearbeiten möchte, um ein erheblich besseres Ergebnis zu erhalten, sollte man die Belichtung auf ca. das Doppelte bis Dreifache der Zeit bis zur Hintergrundaufhellung ausdehnen. Der Hintergrund wird dabei meist deutlich grünlich oder orangefarben, je nach vorherrschendem Typ der Stadtbeleuchtung. In dieser längeren Zeit erreicht aber entsprechend mehr Licht den Film. Das Rauschen im Bild verringert sich dadurch. Mit Rauschen ist ein "krisseliges" Erscheinungsbild durch zeitlich unregelmäßig einfallende Photonen des Objektes gemeint, nicht die Körnigkeit des Filmes selbst, die unabhängig von der Belichtungszeit ist. Der Schwarzschildeffekt verringert den Kontrast mit steigender Belichtungszeit unter hellem Himmel nach meiner Erfahrung nicht nennenswert, da auch die Filmkörner, die den Hintergrund wiedergeben, mit steigender Belichtungszeit entsprechend unempfindlicher werden.

Die Werte für die "richtige" Belichtungszeit müssen mit Bezug auf Aufnahmeort und -richtung selbst ermittelt werden. Hierfür opfert man den ersten Film und erstellt Belichtungsreihen. Es werden dabei Aufnahmen mit 1, 2, 4, 8, 16 Minuten usw. in den verschiedenen Himmelsrichtungen und mit den vorhandenen Filtern angefertigt. Man kann damit dann gut einschätzen, was unter den eigenen Bedingungen möglich ist. Nach meiner Erfahrung sind die Belichtungszeiten der o.a. Kodak- u. Fuji-Filme sehr ähnlich.

Durch Bearbeitung des mittels Scanner digitalisierten Dias kann man den Hintergrund durch Anhebung des Schwarzpunktes in der Tonwertkorrektur auf einen akzeptablen Wert absenken und mit den Gradationskurven den Kontrast schwacher Objektanteile anheben, ohne die Sterne aufzublähen. Letzteres ist bei einer Verringerung des Weißpunktwertes in der Tonwertkorrektur der Fall.

Je "glatter" das Rohbild, also das Dia selbst ist, desto intensiver kann man die Kontraste anheben und Schärfungsalgorithmen anwenden. Hier macht sich die oben empfohlene längere Belichtungszeit bezahlt.

Was tun gegen die Lichtverschmutzung ?

Einen großen Qualitätssprung erlebt man, wenn man die bereits oben erwähnten Lichtverschmutzungsfilter einsetzt. Die Belichtungszeit kann mittels eines IDAS-Filters verdoppelt bis verdreifacht werden. Der Kontrast zum Hintergrund steigt proportional. (Abb. 5) Beim CLS-Filter sollte man schon drei- bis fünfmal so lange belichten. Die Bilder sind beim CLS-Filter allerdings sehr rotstichig. Deshalb kann ich ihn nur in Verbindung mit dem Provia400F empfehlen. Der IDAS erzeugt dagegen einen nur geringen Farbstich. Er ist auch für die Kodakfilme einschränkungslos empfehlenswert. Dies gilt sogar für den Einsatz unter sehr dunklem Himmel, wo dieser Filter ebenfalls große Verbesserungen bewirkt !

Abb.5: Rohbild-Eindruck am Dia-Projektor	Abb.6: Fertigbild nach Bearbeitung am Computer
NGC7635 Bubblenebel, M52, NGC7538 Filter: IDAS LPS-P1 Belichtungszeit: 2x20 min. auf Kodak E200 fst 5,0 im Zenit am 19.10.2004 in Berlin-Heiligensee 10"-Newton f/4,8 mit Koma-Korrektor auf EQ6

Dadurch, dass ich mit der Planetenfotografie mittels WebCam in die abbildende Astronomie einstieg, hatte ich erfahren, dass die Mittelung vieler Bilder einen segensreichen Effekt auf die Rauscharmut und damit das Potential zu Kontraststeigerung hat. (Warum, beschreibe ich später näher.) Nichts lag also näher, auch bei der DeepSky-Fotografie diese Technik einzusetzen. Man braucht dafür natürlich einiges an Durchhaltewillen wegen der dauerhaften Anstrengungen zur genauen Nachführung, speziell im Winter bei zum Teil großer Kälte. Wenn man jedoch bedenkt, dass die ganzen vorbereitenden Arbeiten im Gegensatz zur eigentlichen Belichtungszeit eines einzelnen Bildes recht groß ausfallen, so relativiert sich der Mehraufwand, zwei oder mehr Bilder mit gleicher Belichtungszeit aufzunehmen. Der Effekt auf die Qualität des Endergebnisses ist sehr groß, selbst wenn man nur zwei an Stelle eines Bildes verwendet.

Die Bilder können z.B. in Photoshop oder aber in jedem anderen Fotobearbeitungsprogramm, dass mit Ebenen arbeitet, deren Transparenz gesteuert werden kann, gemittelt werden. Die unterste Ebene hat 100% Opazität, die darüber liegende 50%=1/2, die dritte 33%=1/3, danach 25%=1/4, 20%=1/5 usw.

Die Bilder müssen natürlich vorher zueinander ausgerichtet werden. Das ist am leichtesten, wenn man die oben liegende zu 50% durchsichtig macht und dann verschiebt u. gegebenenfalls rotiert. (Abb. 6)

Zur Bearbeitung der fertigen Dias

Zuletzt empfehle ich den Einsatz eines echten Dia-Scanners, die man heute über ebay bereits günstig erwerben kann. Diese haben erhebliche Vorteile gegenüber Flachbett-Scannern mit Durchlichteinheit, weil sie die dunklen Anteile, um die es ja meistens geht, viel besser wiedergeben und einen erheblich höheren Kontrastumfang haben. Ich habe mit dem Canon FS4000US gute Erfahrungen gemacht. In Verbindung mit der Steuersoftware Silverfast kann man die Dias automatisiert mehrfach einscannen und dadurch das Scannerrauschen minimieren. Darüber hinaus stellt man die Werte des Scanners vor dem Scan besser ein als mit der Standard-Software.

Das Einscannen in Foto-Geschäften habe ich trotz moderaten Preises nicht in guter Erinnerung, da die von mir beauftragten Geschäfte doch nur Flachbett-Scanner verwendeten. Professionelle Scan-Dienste von Profi-Labors sind bei mir wegen deutlich übertriebener Preise seinerzeit ausgeschieden.

Aufnahmen mit DSLRs Geradezu erdrutschartige Zuwächse an gelungenen Astrofotos sind in den Astronomieforen seit Einführung der astrotauglichen Canon-DSLRs mit für den Massenmarkt erschwinglichen Preisen zu verzeichnen gewesen. Die Techniken bei der Aufnahme und Verarbeitung der Bilder am Rechner sind in weiten Teilen die gleichen, die bei den immer noch erheblich teureren Astro-CCD-Kameras zur Anwendung kommen. Von Vorteil sind die sofortige Verwendbarkeit der Bilder ohne Dunkelkammer und Digitalisierungsvorgänge, die erheblich höhere Empfindlichkeit und die höhere erzielbare Auflösung gegenüber der Fotografie auf Film. Außerdem kann man den Fokus auf dem fertigen Rohbild sofort kontrollieren und gegebenenfalls korrigieren. Schließlich passiert es einem nicht mehr, eine falsche Himmelsregion zu fotografieren, da man den Bildausschnitt quasi in einer Vorschau perfekt positionieren kann. Der prozentuale Anteil misslungener Bilder sank bei mir von nahezu 50% auf weit unter 10%. Nachteile ergeben sich durch das kleinere Bildfeld, wenn man bei den erschwinglichen Kameras bleibt, und die beschränkte H-alpha-Empfindlichkeit bei unmodifizierten Kameras. Durch die mangelhafte Rot-Empfindlichkeit werden die H-alpha-Emissionsnebel in unserer eigenen und den Nachbargalaxien wie z.B. M33 oder M51 kaum bzw. nahezu gar nicht abgebildet. (Abb. 7) Die Sternfarben in Sternfeldern und Sternhaufen sind bei ihnen deutlich ins Grün-Blaue verschoben und wirken nicht so farbdifferenziert, wie sie das sollten. Gegen die H-alpha-Schwäche kann (und sollte) man bei den Canon-Kameras eine von drei Änderungen in Betracht ziehen. Erstens: selbst modifizieren, zweitens: durch einen Astro-Händler modifizieren lassen und drittens: eine Astro-Variante der DSLR kaufen. Bei den ersten beiden Varianten wird der originale Infrarot-Sperrfilter, der zur farbausgeglichenen Tageslicht-Fotografie unerlässlich ist, gegen ein Klarglas oder einen Astro-IR-Sperrfilter ersetzt. Abb.7: Rohbild mit unmodifizierter EOS10D durch IDAS-Filter M42/43 Orionnebel und Running Man-Nebel Filter: IDAS LPS-P1 Kamera: modifizierte Canon EOS300D Belichtungszeiten: 5x8, je 2x 4min., 90s, 30s, 15s ISO400 fst 5,3 im Zenit u. 3,5 am Objekt bei 15°C am 22.01.2006 in Berlin-Heiligensee 80mm-ED-Refraktor f/7,5 mit Koma-Korrektor auf EQ6 a

Die Kamera ist damit aber nicht mehr voll bis gar nicht für Normalfotografie geeignet. Die dritte Variante wurde von Canon als EOS20Da angeboten und ist eine vollwertige Normalfoto-Kamera mit einer ca. 2,5-fachen H-alpha-Empfindlichkeitssteigerung. Weil sie nicht mehr produziert wird, ist man auf den Gebrauchtmarkt (ebay) angewiesen. Bei mir kommt eine unmodifizierte EOS10D und zuletzt fast ausschließlich eine mit einem Klarglas versehene EOS300D zum Einsatz. Die Empfindlichkeit bzgl. der roten Wasserstoffnebel ist bei meiner 300D aufgrund der Modifikation um den Faktor 4-5 höher. Der Timer der 10D, der für die Langzeitbelichtung über 30 Sekunden notwendig ist, kann durch Anlöten eines Klinkensteckers auch für die 300D genutzt werden. (Abb. 8) Die später erschienene 20D, 350D und deren aktuelle Nachfolger haben aus meiner Sicht den Nachteil, mehr Pixel auf gleicher Chipgröße aufzuweisen. Dadurch sinkt die Grenzgröße, weil ja weniger lichtempfindliche Fläche pro Pixel existiert. Die Vorteile sind vor allem der interne Darkabzug, wenn man 50% der Zeit klaren Himmels für die Bildoptimierung opfert und die höhere Auflösung. Letztere ist aber nur von Vorteil, wenn man auch entsprechend besser nachführt. Finden und Fokussieren "sichtbarer" Motive Die Schritte Objekt finden und Fokussieren finden bei mir mit der DSLR wegen ihrer Eigenschaften in umgekehrter Reihenfolge statt. Weil man über eine Testbelichtung mit Empfindlichkeit ISO3200 schnell den Inhalt des Bildausschnittes kontrollieren kann, braucht man den Bildausschnitt nicht zuerst über ein Okular einstellen. Also hat man den Komfort, über einen hellen Referenzstern in der Nähe des Objektes fokussieren zu können, der danach gleich für die anschließende Objektpositionierung verwendet werden kann. Abb.8: Rohbild mit modifizierter EOS300D durch H-alpha-Filter M42/43 Orionnebel und Running Man-Nebel Typ: Ha-Aufnahme Filter: Astronomik H-Alpha 13nm Kamera: modifizierte Canon EOS300D Belichtungszeit: 5x10 min. ISO400 fst 5,3 im Zenit u. 3,5 am Objekt bei –15°C am 22.01.2006 in Berlin-Heiligensee 80mm-ED-Refraktor f/7,5 mit Koma-Korrektor auf EQ6

Nutzt man einen Newton, der über Fangspiegelstreben verfügt, so ist die Fokussierung über die Spikes, die durch die Streben entstehen, eine sichere Methode. Bei Refraktoren oder anderen Typen ohne Streben kann man sich künstliche Streben aus Holz während der Fokussierung vor die Öffnung setzen. Die Spikes haben im defokussierten Zustand eine doppelte Abbildung, die wie bei einer Scheinerblende immer weiter zusammenrücken, je näher man dem Fokus kommt. Im Fokus verschmelzen die Spikes zu scharf abgebildeten Strichen. Da man die Spikes im Live-Bild nicht sieht, belichtet man ohne Nachführkontrolle und mit ISO3200 5-10 Sekunden. Dieses Bild vergrößert man im Display maximal. Nun verstellt man den Okularauszug etwas, klemmt ihn und vergleicht (wieder mit Maximalvergrößerung) mit dem ersten Bild. Mit dem kleinen Rad oben an der Kamera kann man unter Beibehaltung des Zooms hin- u. herspringen und sieht die Veränderung daher optimal. Da man sich gemerkt hat, in welche Richtung man den Okularauszug verstellt hat, ist es nun recht einfach, den Fokus zu finden. 10-15 Schritte sind dabei völlig normal. Der Aufwand zahlt sich aber aus.

Evtl. erhält man ungleichmäßige Spikeabbilder, d.h. wenn 2 nebeneinanderliegende Spikes zusammengeführt sind, sind die beiden anderen weiterhin doppelt. In diesem Fall ist der Fangspiegel nicht korrekt innerhalb des Tubus positioniert. Man verstellt schrittweise die Fangspiegelposition über die Aufhängungsstreben und macht Testbilder. So merkt man schnell, in welche Richtung der Fangspiegel wandern muss, um gleichmäßige Spikes zu erhalten.

Nachdem man fokussiert hat, stellt man die Teilkreise, wie oben beschrieben, entsprechend der Koordinaten des Referenzsternes ein. Anschließend bewegt man das Teleskop auf die Koordinaten des Motivs. Hat man ein Goto-System, erübrigt sich dieses. Per Starhopping hat man es in der oben beschriebenen Vorgehensweise schwer, da man über den Kamerasucher gehen muss.

Jetzt fertigt man mit 30 Sekunden Belichtungszeit und ISO3200 ein Testbild ohne Nachführkontrolle an. Jetzt sollte man das Objekt, dass man in der Stadt im Sucher eigentlich nie sieht, im Display sehen und Feinpositionieren können. Andernfalls kann man einen neuen Versuch angehen, nachdem man die Einnordung überprüft hat, oder schlicht in der näheren Bildumgebung suchen.

Belichtungszeiten und -parameter

Ich belichte im Allgemeinen bis der Himmelshintergrund die Pixel ca. 10-20% gesättigt hat. (Abb. 10) Das beurteilt man am besten am Histogramm, dass an der Kamera einblendbar ist. Hat man einen Linienfilter im Strahlengang, der nahezu keine Lichtverschmutzung durchlässt, oder fotografiert ausnahmsweise unter dunklem Himmel, so ist die Begrenzung durch das Verstärkerglühen vorgegeben. Bei meinen DSLRs ist diese Grenze 12 Minuten bei ISO800 oder 24 Minuten bei ISO400. Mit steigender Temperatur sinkt die Zeit tendenziell. Abb.10: Kugelsternhaufen M15 Filter: IDAS LPS-P1 Kamera: modifizierte Canon EOS300D Belichtungszeit: 10x4 min. ISO400 fst 5,0 im Zenit (niedriger Halbmond) 11°C am 13.09.2006 in Berlin-Heiligensee 10"-Newton, f=1200m (f/4,8) mit Koma-Korrektor auf EQ6

Generell sollte man unbedingt eine geringe ISO-Einstellung bei entsprechend höherer Belichtungszeit verwenden. Durch die geringere Verstärkung und das Mehr an eingefangenen Photonen steigt die Dynamik des Bildes deutlich an und das Bild wird glatter und farbnuancenreicher. Die Kontraste können dadurch mehr angehoben werden (bei gleichem Rauschen im endgültigen Bild ! ) und die Details kommen besser heraus. Wo Licht ist, ist aber auch Schatten: Die Gefahr, durchfliegende Flugzeuge, Wolken oder Nachführfehler wegen nachlassender Konzentration auf dem Bild zu haben, steigt mit zunehmender Belichtungszeit an. Jeder muss bei jeder Aufnahme-Session "seinen" Kompromiss finden.

Einfluss, Möglichkeiten und Grenzen von Filtern

Mehr noch als Aufnahmen auf Dia profitieren die DSLR-Bilder vom Einsatz von Lichtverschmutzungsfiltern wie dem IDAS-Filter. Darüber hinaus können hier Breitband- und auch CCD-Linienfilter (UHC, UHC-E, H-alpha-, OIII-Filter) äußerst gewinnbringend eingesetzt werden. Diese ermöglichen erst die Aufnahme vieler Objekte unter lichtverschmutztem Himmel. Der Kontrast der Objekte zum Hintergrund steigt dramatisch an. Es treten Objektdetails und schwache Bereiche zu Tage, die ohne Filter undenkbar wären.

Den IDAS-Filter verwende ich für offene und Kugelsternhaufen, weil er nur das notwendige Minimum an Lichtanteilen wegnimmt und dadurch ein farblich ausgewogenes Bild beibehält. Außerdem nehme ich bei Bildern, bei denen ich den Rot-Kanal durch ein H-alpha-Bild ersetzen will, den Grün- u. Blau-Kanal durch den IDAS-Filter auf. Für Galaxien und Reflexionsnebel ist der IDAS ebenfalls erste Wahl. Nach meiner Erfahrung kann der Filter hier aber deutlich weniger ausrichten als bei Nebeln und Sternhaufen. Der UHC-E-Filter muss bei meiner Kamera mit einem IR/UV-Sperrfilter kombiniert werden, da er Infrarotlicht durchlässt. Ich verwende dafür den Baader-IR/UV-Sperrfilter. Besonders gut wirkt der Filter bei Planetarischen Nebeln oder aber auch Objekten wie dem Cirrus- oder Orionnebel, die jeweils starke H-alpha- und OIII-Anteile haben. Diese beiden Wellenlängen lässt der Filter durch. Der UHC-E hat eine größere Halbwertsbreite als der UHC-Filter und lässt dadurch mehr Licht vom Hintergrund durch. Der Kontrastgewinn fällt beim UHC-E deshalb etwas geringer aus. Dafür ist der bei den Breitbandfiltern immer auftretende Farbstich im Bild nicht so stark wie beim UHC. Die kontraststeigernde Wirkung beider UHC-Filter-Varianten ist bedeutend größer als die des IDAS-Filters. Den maximalen Kontrastgewinn erreicht man durch die Verwendung von Linienfiltern wie den H-alpha- oder OIII-CCD-Filtern von Astronomik. Eingesetzt werden sie bei galaktischen Nebeln oder Galaxien mit Wasserstoffanteilen sowie Sauerstoff-emittierenden Nebeln wie Planetarischen Nebeln oder Supernova-Überresten. Es klingt paradox, mittels eines Linienfilters monochrome Bilder mit einer Farbkamera zu erzeugen. Nichtsdestotrotz erhält man in den jeweiligen Wellenlängen einen Kontrast, der seinesgleichen sucht. Entweder man erzeugt ein Schwarz/Weißbild hohen Kontrastes oder verwendet dieses als Farbkanal und/oder zur Anreicherung des Luminanzbildes, um die Nebel besser herauszuarbeiten. Nach meinen Erfahrungen ist es empfehlenswert, die H-alpha-Aufnahmen als Rotkanal (Abb. 9) und Luminanzanteil zu verwenden. Abb.9: Fertigbild nach Kombination der Kanäle und Bearbeitung am Computer M42/43 Orionnebel und Running Man-Nebel Typ: HaGB-Komposit mit f=600mm Filter: rot: Astronomik H-Alpha 13nm, grün/blau: IDAS LPS-P1 Kamera: modifizierte Canon EOS300D Belichtungszeiten: rot: 5x10 min., grün/blau: 5x8, je 2x 4min., 90s, 30s, 15s ISO400 fst 5,3 im Zenit u. 3,5 am Objekt bei –15°C am 22.01.2006 in Berlin-Heiligensee 80mm-ED-Refraktor f/7,5 mit Koma-Korrektor auf EQ6

Die OIII-Aufnahmen machen sich gut, wenn man sie mit den Blau- und Grün-Kanälen von IDAS-Aufnahmen kombiniert. Farblich ausgewogene Sterne hinzubekommen ist jedes Mal eine Herausforderung, der man mit einer unterschiedlichen Gewichtung der IDAS- und Linienfilter-Kanalanteile begegnen kann. Hier muss man experimentieren !

Die Belichtungszeit ist bei diesen Filtern zu maximieren, da sie kaum Licht durchlassen. Die Fokussierung ist eigentlich nur noch an den hellsten sichtbaren Sternen durchführbar, ohne längere Belichtungszeiten dabei in Kauf zu nehmen.

Leider ist unter Stadtbedingungen, entgegen der manchmal getätigten Aussagen, bei Mondschein kein wirklich guter Kontrast zu erwarten, da der Staub in der Atmosphäre auch das über den Mond reflektierte H-alpha- und OIII-Licht der Sonne streut.

Ergebnisoptimierung durch Fleiß und Mathematik

Wenn man aufgrund der Stadtlichtverhältnisse nur einen geringen Kontrast zwischen Objekt und Hintergrund hat, muss man jegliches Rauschen so gut es geht eliminieren. In der WebCam-Planetenfotografie verwendet man mindestens 50-100 Rohbilder zur Mittelung, um ein glattes Ergebnisbild zu erhalten. Denn das Bildrauschen erscheint in einer statistischen Zufallsverteilung, das Objektsignal aber nicht. Deshalb gleicht sich das Rauschen über viele Bilder zu einem relativ einheitlichen Hintergrund aus, während das Signal konstant seinen Wert behält und dadurch immer „glatter“ wird.

Glücklicherweise ist das Rauschen der DSLRs weit geringer als das der WebCams, so dass hier entsprechend weniger Bilder reichen. Auch ist es eher die Ausnahme, dass man Details von Bogensekundengröße sichtbar machen muss, wie es z.B. die Wolkenwirbel Jupiters erfordern.

Für die DeepSky-Objekte sollte man an einem städtischen Aufnahmeort mindestens 10 Bilder mit identischen Einstellungen aufnehmen. Die Devise ist: Je mehr, desto besser, denn das Signal/Rauschverhältnis verdoppelt sich jeweils bei der Mittelung von 2, 4, 9, 16, 25 usw. Bildern. Bei 10 Bildern hat man also bereits ein ca. dreifach besseres Signal/Rauschverhältnis als beim Einzelbild. Bei 15 ist es schon fast eine Vervierfachung. Man kann wieder mehr Kontraste oder schwache Details herauskitzeln, ohne dass das Bild zu verrauscht aussieht. Hier ist also Fleiß und Geduld angesagt.

Die meisten Bildfehler einer DSLR bzw. Unvollkommenheiten ihrer Korrektur treten bei Bildern, die auf Aufnahmen unter hellem Himmel aufbauen, besonders deutlich zu Tage. Dies sind das Verstärkerglühen, die Hotpixel und die Vignettierung des Bildes durch ein nicht gleichmäßig ausgeleuchtetes Bildfeld. Der Grund ist die hier wegen des geringen Kontrastabstandes notwendige stärkere Anhebung des Kontrastes im Gegensatz zu Bildern, die unter guten Bedingungen entstanden sind. In diesem Fall hilft uns die Mathematik weiter.

Um die Hotpixel und das Verstärkerglühen zu beseitigen, fertigt man Darkframes an. Darkframes dienen dazu, zu ermitteln, was die Kamera für schwarz hält, um dies anschließend von den Rohbildern abzuziehen und dadurch das eigentliche Objektsignal zu isolieren. Man deckt die Teleskopöffnung ab und fertigt bei identischen Einstellungen mindestens so viele Darkbilder wie Rohbilder an. Andernfalls würde man durch das Rauschen der Darkbilder auch wieder das Rauschen des Endergebnisses verschlechtern. Wichtig ist, die Darkbilder unter identischen Bedingungen bzgl. Temperatur und Kameraeinstellungen anzufertigen. Das Optimum wäre, nach jedem Rohbild ein Darkbild zu machen, genauso wie es bei einer EOS 20D/350D oder deren Nachfolger automatisch gemacht werden kann. Bei dieser Vorgehensweise wird leider viel der kostbaren Zeit klaren Himmels für die Rohbilder geopfert. Ein Kompromiss zwischen optimalem Dark und effizienter Zeitausnutzung, mit dem man auch etwas zustande bringen kann, ist die Anfertigung der Darks nachdem man mit den Rohbildern fertig ist und das Teleskop abbaut. Solche Darkbilder, bei denen die Temperatur zum Aufnahmezeitpunkt der Darks nicht hundertprozentig mit der der Rohbilder übereinstimmte, haben Hotpixel, Rauschen und Verstärkerglühen, dass nicht identisch mit dem der Rohbilder ist. Dadurch würde die Korrektur der Bildfehler nicht genau genug gelingen. Das kann durch eine Gewichtung der Darkbilder vor der Fehlerkorrektur aber zum großen Teil ausgeglichen werden. Dies erledigen einige Astroprogramme wie AstroArt und ImagesPlus automatisch.

Die Vignettierung, die durch die notwendige Kontrastanhebung ebenso verstärkt wird, kann man durch eine Division eines Bildes beheben, bei dem man einen vollständig gleichmäßig ausgeleuchteten Bildausschnitt mit der identischen Ausrüstung fotografiert hat. Dieses sog. Flatfield enthält die gleichen Ausleuchtungsungleichmäßigkeiten und auch Schmutz vor dem lichtempfindlichen Sensor wie jedes aufgenommene Bild und kann deshalb zur Korrektur verwendet werden. Die Hauptschwierigkeit ist die Anfertigung eines solchen Bildes. Hierfür kann man eine gleichmäßig beleuchtete Wand etwas defokussiert fotografieren oder aber den klaren Himmel bei Dämmerung fernab der Sonne. Es ist auch möglich, eine Flatfieldbox zu bauen. Anleitungen hierzu findet man im Internet. Die Belichtungszeit sollte so gewählt werden, dass die Pixel laut Histogramm ca. zu 2/3 gesättigt sind. Auch hier muss man viele Flats anfertigen, da man sonst wieder Rauschen ins Bild bringt.

Bei den Darks und Flats ist es gleichermaßen wichtig, möglichst genau zu arbeiten, da jeder kleine Fehler bei den heftigen Kontrastanhebungen der Stadt-Aufnahmen stärker hervorgehoben wird als bei Aufnahmen unter Landhimmel. Dazu gehört auch, die RAW-Bilder der DSLR nicht durch das Canon-Programm Fileviewer ins FITS-Format übersetzen zu lassen. Dabei wird leider ein Algorithmus angewendet, der die Hotpixel nicht korrekt 1:1 übersetzt. Deshalb funktioniert dabei der Darkabzug nicht gut. Besser übersetzen Programme wie AstroArt4 oder ImagesPlus die RAWs. Diese und andere spezialisierte Astroprogramme wenden beim Einlesen keine Glättungs- oder Bildfehlerbereinigungsprozeduren auf die Bilder an, durch die schwache Bildinformationen verfälscht werden können. Alles, was durch Bildbereinigungsfunktionen verändert wird, ist im Nachhinein nicht wiederherstellbar.

Zum Zusammenrechnen der Rohbilder empfehle ich den Sigma-Algorithmus, den die meisten Astroprogramme als Alternative zum Mitteln anbieten. Dieser mittelt nur Pixel, die gegenüber den Pixeln von mindestens 3 Bildern der Aufnahmeserie keine Ausreißer darstellen. Dadurch werden u.a. sog. Cosmics beseitigt. Das sind heiße Pixel, die durch sporadisch einfallende Weltraumstrahlung einen hohen Wert annehmen. Auch wenn eine Flugzeug- oder Satellitenspur in einem Bild ist, so sieht man im fertig kombinierten Bild nur noch sehr wenig, teilweise sogar nichts mehr davon.

Gespeichert werden sollte im FITS-Format, das verlustfrei ist und auch von allen Profi-Astronomen und Astroprogrammen verwendet wird. Es können außerdem direkt in der Bilddatei die Aufnahmeumstände, das Instrumentarium, der Bildautor usw. vermerkt werden.

Bildaufbereitung im Fotobearbeitungsprogramm

Hat man nun sein fertig berechnetes Bild vorliegen, so folgt die Aufwertung im Fotobearbeitungsprogramm. Hierfür verwende ich Photoshop. Eigenartigerweise habe ich noch nie Hinweise auf die Technik der Funktionsebenen in den zahlreichen Tipps zur Astrofotobearbeitung in Photoshop gefunden. Hierbei kann man die notwendigen Funktionen auf die darunter liegenden Ebenen anwenden. Man kann zu jedem Zeitpunkt und in beliebiger Reihenfolge alle Parameter, auch bereits zurückliegender Funktionen, ändern. So können aufwändige, mehrfache Funktionsanwendungen vermieden werden, wenn die Wahl eines Parameters sich im Laufe der Bearbeitung als schlecht erweist. Gerade bei der oft schwierigen Bearbeitung von lichtverschmutzten Aufnahmen ist diese Technik sehr empfehlenswert.

Das Einlesen der FITS-Bilder in Photoshop realisiere ich über das FitsLiberator-Plugin, dass die ESA, ESO und NASA kostenfrei zur Verfügung stellt. Hier lese ich die rgb-Kanäle nacheinander ein und kombiniere sie anschließend wieder zu einem rgb-Bild, indem ich die 3 Bilder im weiteren Verlauf in die Farbkanäle eines RGB-Bildes gleicher Größe kopiere. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass ich in einem FitsLiberator-Fenster bereits während des Einlesens den Schwarzpunkt der Kanäle weitgehend optimiere und damit die Farbbalance grundlegend herstelle. Hier kann man auch schon grob die Farbstiche der Filter ausgleichen.

In Photoshop erfolgt dann ein Feintuning des Schwarzpunktes in der Tonwertkorrektur, so dass der Hintergrund annähernd gleiche Pixelwerte für rgb zeigt. Der Hintergrund sollte Werte zwischen 10 und 20 haben. Sattschwarze Bereiche wirken nach meinem Empfinden unnatürlich.

Danach strecke ich den Kontrast des Objektes, indem ich die Gradationskurve im dunklen Bereich steiler mache. Hier holt man gleichzeitig leider auch wieder den Hintergrund hoch. Also muss man iterativ mit den Werten der Tonwertkorrektur und der Gradationskurven "spielen". Ziel ist, mit "sensiblem Daumen" das Optimum aus hervorgezauberten dunklen Objektdetails und Verstärkung des Hintergrundrauschens zu finden. Durch die Anwendung der Gradationskurve und Vermeidung der Verschiebung des Tonwert-Weißpunktes behalten die Sterne ihre Farbe und brennen nicht aus.

Hat man das Objekt gegenüber dem Hintergrund hervorgehoben, kann man je nach Bildrauschen, verschiedene Schärfungen vornehmen, um grobe und feine Objektdetails besser herauszuarbeiten. Ich verwende in letzter Zeit überwiegend den Hochpassfilter. Diesen wende ich nur auf die dafür interessanten Objektbereiche an, indem ich sie markiere, kopiere und als neue Ebene einfüge und danach den Filter nur auf die neue Ebene anwende. Helle Sterne sollte man mit einem Radiergummi mit weicher Kante aus der Ebene rauslöschen, da sonst leicht dunkle Ringe um sie entstehen können, die sehr unansehnlich sind. Auch kann hier leicht die Farbdifferenzierung der Sterne abhanden kommen. Die Sterne sehen darüber hinaus schnell wie ausgestanzt aus. Dieselben Hinweise gelten natürlich für die beliebte Unscharfmaske.

Je größer der Hochpass-Pixelwert, desto gröber die geschärften Konturen. Werte zwischen 3 und 15 sind meist sinnvoll. Nach Anwendung des Hochpassfilters muss man die Ebenenoption in der Ebenenpalette auf "überlagern" einstellen. Wie stark der Filter wirken soll, bestimmt man zuletzt mit der Ebenentransparenz. Hier reichen meist 15-30% Deckkraft. Diesen Vorgang kann man mit verschiedenen Pixelwerten des Filters wiederholen und dadurch verschiedene Bereiche gezielt schärfen.

Auch hier gilt wieder, das Objekt ohne den Hintergrund und mit Bedacht zu schärfen, da das Rauschen sonst wieder zunimmt.

Zum Abschluss der Bearbeitung kann man das verbliebene Rauschen mit dem kostenfreien Programm NeatImage bekämpfen. Eingelesen wird das Bild im verlustfreien TIFF-Format. Zur Glättung sollte man die vordefinierten Werte nicht verwenden. Unterhalb des Reiters "noise profile" muss man (nach Aufziehen eines Fenster über dem Hinterund) über den "rough noise analyzer" die grobe Rauschverteilung berechnen lassen. Danach drückt man auf "auto fine-tune" und NeatImage berechnet das genaue Rauschprofil. Bei den "noisefilter-settings", die unter dem nächsten Reiter zu finden sind, sollte man Werte für high und mid um 70% oder darunter und für low um 0-25% einstellen.

Die Wirkung kann man in Echtzeit in einem (mit der linken Maustaste aufgezogenen) Vorschaufenster kontrollieren, das mit Hineinklicken das Originalbild im Vergleich zeigt. Unter dem Reiter "output image" kann man die Glättung auf das ganze Bild anwenden, mit dem Original vergleichen und sicherstellen, dass das Bild nicht zu weichgezeichnet aussieht. Danach speichert man in TIFF und nimmt evtl. letzte Feinkorrekturen in Photoshop vor. Bei mir dauert die Bildbearbeitung meist deutlich länger als die Belichtungszeit. Auch hier lohnt die Mühe ! (Abb. 11) Abb.11: M27 Hantelnebel Typ: H-Alpha/OIII/GB-Komposit mit f=1200mm Filter: H-Alpha: Astronomik H-Alpha 13nm OIII: Astronomik OIII 13nm GB: IDAS LPS-P1 Kamera: modifizierte Canon EOS300D Belichtungszeiten: H-Alpha: 10x10 min. ISO800 OIII 6x10 min. ISO800 GB: 10x8 min. ISO400 fst 5,0 im Zenit 17-12°C am 15./21.09.2006 in Berlin-Heiligensee 10"-Newton f/4,8 mit Koma-Korrektor auf EQ6

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass man unter lichtverseuchtem Himmel die widrigen Randbedingungen oder Schwachstellen bezahlbarer Hardware durch Fleiß, Ausdauer und genaues Arbeiten weitgehend kompensieren kann und dabei Aussicht auf Erfolg hat. Die Hilfestellung durch die modernen Interferenzfilter erlaubt auch in der Stadt eine Darstellung von Objekten, die dem Auge verborgen bleiben. Besonders lohnenswert sind mit Filtereinsatz die Objekte, die in engen Wellenlängenbereichen erstrahlen, wie Emissionsnebel, Planetarische Nebel und Supernova-Überreste. Bei ihnen kann der Kontrast stark gesteigert werden. Helle offene und Kugelsternhaufen sind mit Lichtverschmutzungsfiltern oft sehr ansehnlich. Objekte wie Galaxien und Reflexionsnebel, die kontinuierlich und flächenhaft leuchten, sind leider weit schwieriger bis gar nicht möglich. Für diese hilft leider nach wie vor nur die Flucht auf's Land. Den Einsatz der modifizierten digitalen Spiegelreflexkameras kann ich wegen ihrer vielen genannten Vorteile nur wärmstens empfehlen.

Ich spreche also allen lichtgeplagten DeepSky-Freunden ausdrücklich Mut zu, denn auch die bekannten und erfolgreichen Astrofotografen kochen nur mit Wasser. Und einige von ihnen haben auch keinen tollen Himmel.

Literaturangaben und Web-Adressen Umfassende Anleitung zur analogen u. digitalen Astrofotografie: Praxishandbuch Astrofotografie von Klaus-Peter Schröder. Tipps und Anleitungen speziell zur digitalen Astrofotografie: Astrofotografie Digital von Stefan Seip Astronomie-Foren zur Klärung offener Technik-Fragen: http://www.astronomie.de http://www.astrotreff.de http://www.astronomicum.de http://www.deepsky.de Lohnenswerte Objekte bei Verwendung der beschriebenen Filter: Deepsky-Reiseführer von Ronald Stoyan NeatImage-Download: http://www.neatimage.com

09.12.2007, Mark Achterberg