Astrofotografie

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Die Astrofotografie umfasst jene Methoden der Fotografie, mit denen Sterne und andere Himmelskörper im sichtbaren Licht abgebildet und dauerhaft auf verschiedenen Medien (fotografisch oder elektronisch) gespeichert werden.

Mit ihrer Hilfe kann man auch Objekte darstellen, die zu lichtschwach für visuelle Beobachtung sind. Fotografische Emulsionen (Filme, Platten) oder elektro-optische Bildsensoren haben im Gegensatz zum Auge die Eigenschaft, die Wirkung des Lichts während langer Belichtungszeiten sammeln zu können. Dieser Vorteil kommt v.a. bei geringer Flächenhelligkeit (Galaxien, Gas-, Staubnebel) zum Tragen. Die Objekte der Astrofotografie reichen von den Körpern des Sonnensystems (Planeten. Asteroiden, Kometen, Meteore usw.) über Objekte in unserer Milchstraße (Sterne, Sternhaufen, Nebel) bis zu den fernsten Galaxien und Galaxienhaufen.

Im Allgemeinen müssen die Himmelaufnahmen der täglichen Drehung des Sternhimmels nachgeführt werden, um eine punktförmige Abbildung der Himmelskörper zu erreichen. Dazu erhält das Fernrohr bzw. die Kamera eine äquatoriale Montierung, deren eine Achse genau auf den Himmelspol (verlängerte Erdachse) ausgerichtet ist. Die Nachführung kann manuell oder maschinell erfolgen, ihre Überwachung mit einem Leitfernrohr.

Techniken der Astrofotografie werden auch in der Satellitengeodäsie, der Ballistik und der Raumfahrt eingesetzt, um von den Flugkörpern eine Bahnbestimmung durchzuführen.

Ringförmige Sonnenfinsternis von 1976 auf der griechischen Insel Santorin, aufgenommen mit Sonnenfilter-Folie ND 4 bei einem Öffnungsverhältnis von 1:26, Belichtung 0,001 s auf 64-ASA-Film

Wichtige Aufgaben der Astrofotografie[Bearbeiten]

Die Spezialkameras der Astronomie werden Astrografen genannt. Sie ermöglichen es, auf Fotoplatten große Felder des Sternhimmels zu erfassen und

Fotografische Archive[Bearbeiten]

Über eines der weltweit größten Fotoplatten-Archive verfügt die von Cuno Hoffmeister gegründete Sternwarte in Sonneberg. Es umfasst ca. 300.000 Himmelsaufnahmen, die das astronomische Geschehen im Bereich der nördlichen Milchstraße über nahezu 70 Jahre dokumentieren und auf denen bisher mehr als 11.000 veränderliche Sterne entdeckt wurden.

1948 wurde auf dem Mount Palomar die 48-Zoll-Schmidt-Kamera (heute Oschin Telescope genannt) in Betrieb genommen. Mit diesem Gerät wurde der POSS (Palomar Sky Survey) durchgeführt, die wohl wichtigste Himmelsdurchmusterung des 20. Jahrhunderts.

Das Archiv des Harvard-College-Observatoriums umfasst über 500.000 astrofotografische Platten aus der Zeit von 1885 bis 1989. 1965 begann dort mit dem Harvard Sky Patrol Program ein Vorhaben, für das Sonneberg das Vorbild darstellte: eine möglichst lückenlose Dokumentation der Veränderungen am Sternhimmel. Für diesen Zweck wurden sechs eigens hierfür konstruierte Astrografen (nach dem Sponsor „Damon-Cameras“ genannt) eingesetzt, die auf 20x25-cm-Platten 30 x 40° Gesichtsfeld in drei definierten Farben erfassten. Das Ziel war, über Jahrzehnte hinweg einheitliche und damit vergleichbare Aufnahmen zu gewinnen und zu archivieren. Dieses Programm wurde im Jahr 1989 abgebrochen.

Die Astrofotografie stellt hohe Anforderungen an die Optik sowie (angesichts der im Allgemeinen langen Belichtungszeiten) an den Teleskopantrieb. Werden diese erfüllt – heute meist mit elektronischer Steuerung – so lassen sich lang belichtete Aufnahmen extrem lichtschwacher Objekte, wie ferne Galaxien oder feine Gasnebel, gewinnen. Fast alle dieser Objekte wären ohne die Astrofotografie unsichtbar, da sie zu schwach leuchten, um von unserem Auge wahrgenommen zu werden.

Geschichte[Bearbeiten]

Bereits Monate vor der Veröffentlichung seines fotografischen Verfahrens (1838) soll Louis Daguerre eine Aufnahme vom Mond gemacht haben – dies wäre die erste Astrofotografie der Welt. 1840 fotografierte John William Draper den Mond, 1843 nahm er das erste Spektrogramm der Sonne auf. Im April 1845 gelang Léon Foucault und Hippolyte Fizeau das erste Sonnenfoto; auf ihrer Daguerreotypie mit 12 cm Durchmesser waren Sonnenflecken klar erkennbar.

1850 wurde am Harvard College Observatory von John Adams Whipple erstmals ein Fixstern – die Wega – aufgenommen; die Montierung des verwendeten Teleskops war jedoch für die Belichtungszeit von 100 Sekunden nicht präzise genug. Nach Verbesserungen gelang 1857 eine gute Aufnahme des Doppelsternsystems Alkor und Mizar – nunmehr mittels Kollodiumplatte – die sich zu einer präzisen Bestimmung der relativen Positionen nutzen ließ. Bei der Sonnenfinsternis im Juli 1860 konnte mittels fotografischer Aufnahmen die Frage geklärt werden, ob Protuberanzen tatsächlich Sonnenausbrüche darstellen. 1872 konnte Henry Draper das erste Spektrum eines Fixsterns – wiederum war es die Wega – aufzeichnen. Jules Janssen machte 1874 Fotos vom Venus-Durchgang; auf seinen Aufnahmen war erstmals die Granulation der Sonnenoberfläche zu erkennen. Am 22. Dezember 1891 fand Max Wolf als erster Astronom einen Kleinplaneten mit fotografischen Methoden.

Am 30. September 1880 gelang Henry Draper erstmals eine Aufnahme (Bromsilber) von einem Gasnebel in der Milchstraße: Es war der Orionnebel. 1884 folgte mit dem Andromedanebel (A. A. Common) die erste Galaxie; 15 Jahre später nahm Julius Scheiner in Potsdam das erste Spektrum dieses Objektes auf.

Mit der ständigen Verbesserung des Aufnahmematerials gewann der Gedanke an Boden, Himmelsatlanten mittels Astrofotografie zu erstellen. Damit würde man die Grenzhelligkeit, die etwa bei der Bonner Durchmusterung noch 9 bis 9,5 Größenklassen betragen hatte, erheblich steigern können. Das umfangreichste dieser Vorhaben war die Carte du Ciel unter der Führung des Observatoriums von Paris, das um 1880 begonnen, aber nicht zu Ende geführt wurde.

1905 nahm Edward Emerson Barnard auf dem Mount Wilson in Kalifornien (noch vor der Fertigstellung des 60-Zoll-Spiegels) 480 Fotos von Milchstraßenregionen auf, die unser Verständnis vom Aufbau der Milchstraße revolutionierten. Die Aufnahmen, die knapp 20 Jahre später mit dem 100-Zoll-Teleskop von den Außenbezirken des Andromedanebels gemacht wurden, revolutionierten dann unsere Vorstellung von der Struktur des Kosmos.

Durch die Verfügbarkeit immer größerer CCD-Sensoren haben Fotoplatten (auch weil ihre Produktion ausläuft) in der Astronomie seit dem letzten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts keine praktische Bedeutung mehr. Dazu bemerkte der bekannte Astrofotograf David Malin vom Anglo-Australian Observatory 1993:

Als das Buch schließlich fast fertiggestellt war, zeichnete sich immer deutlicher ab, dass Eastman Kodak die Produktion der speziellen Fotoplatten einstellen würde, die für die Farbaufnahmen Verwendung fanden, so daß die Bilder, um die herum das Buch geschrieben wurde, vielleicht zu den letzten ihrer Art gehören werden.[1]

Amateurastrofotografie[Bearbeiten]

Der Mond, zusammengesetzt aus 43 digitalen Einzelaufnahmen von einem Amateurastronomen

In der Amateurastronomie werden neben analogen Spiegelreflexkameras auch digitale Kameras (meist auf CMOS-Basis), CCD-Kameras und spezielle Videokameras eingesetzt. Für Mond- und Planetenfotografie werden oft Bildserien mit Webcams aufgenommen, deren digitale Überlagerung die Luftunruhe vermindert.

Astrofotografie ist bereits mit einer einfachen, ruhenden Kamera möglich. Damit bei derartigen Aufnahmen keine Strichspuraufnahmen entstehen, gilt – bei mittlerer Deklination – als Faustformel für die maximale Belichtungszeit (t) in Sekunden:

t = \frac{420}{\text{Objektivbrennweite}}

Die Amateurastrofotografie kann nahtlos in die Nachtfotografie übergehen, wenn Himmelsobjekte als Hintergrund fotografiert werden, was ästhetisch sehr ansprechende Bilder liefern kann.

Digitale Astrofotografie[Bearbeiten]

Digitale Amateuraufnahme des Großen Orionnebels

Durch die Digitalisierung hat die Astrofotografie im Amateurbereich große Fortschritte gemacht. Durch die Aufnahme mehrerer Bilder nacheinander und deren nachträglicher Verarbeitung im Computer[2] ergeben sich Bilder, wie sie vorher meist nur von großen Sternwarten gemacht werden konnten. Diese Bilder kombinieren mehrere, verschiedene Aufnahmetechniken, bis hin zum Verschmelzen von Aufnahmen mit unterschiedlicher Belichtung (Exposure Blending).

Ein digitales Ergebnisbild besteht im Idealfall aus einer ganzen Serie unterschiedlicher Aufnahmen. Gespeichert werden die Bilder möglichst im Rohdatenformat, da hier sichtbar bessere Ergebnisse als im JPEG-Format zustande kommen.

Die Aufnahmen bestehen aus:

  • den eigentlichen Fotos des Nachthimmels (Lightframes). Es wird mehrmals derselbe Himmelsausschnitt fotografiert. 5–20 Aufnahmen sind erforderlich, aber auch bis zu 100 Aufnahmen – oft auch über mehrere Nächte verteilt – sind nicht ungewöhnlich.
  • mehreren Dunkelbildern (Darkframes); benötigt werden 10–20 Stück. Diese werden mit denselben Kameraeinstellungen und bei derselben Außentemperatur gemacht, jedoch ist das Teleskop dabei abgedeckt oder ein lichtundurchlässiger Filter ist eingelegt. Diese Dunkelbilder werden später im Computer untereinander zu einem Masterdark kombiniert und dessen Inhalt von jedem Lichtbild abgezogen. Die Digitalkameras zeigen auf Dunkelbildern nur ihre internen Fehler wie Hotpixel und das Sensorglühen; die erwärmte Kameraelektronik belichtet mit ihrer Infrarotstrahlung Teile des Sensors von hinten. Diese Fehler sind auch in den Lichtbildern enthalten und werden aus diesen wieder herausgerechnet.
  • Biasframes (auch Offsetframes); benötigt werden ebenfalls 10–20 Stück. Dies ist eine Dunkelbild-Serie, die mit der kürzest möglichen Verschlusszeit und derselben ISO-Zahl wie bei den Lichtbildern gemacht wird. Sie dient dem Entfernen des Sensorrauschens, welches nur von der ISO-Zahl abhängig ist. Die kürzest mögliche Belichtungszeit wird gewählt, um andere Einflüsse auszuschließen.
  • Flatframes; benötigt werden ebenfalls 10–20 Stück. Dies sind wieder Lichtbilder, allerdings gegen eine gleichmäßig hell leuchtende Fläche aufgenommen. Mit diesen Aufnahmen werden die Vignettierung und sichtbare Staubeinlagerungen im System eliminiert. Die Belichtungszeit wird so gewählt, dass ein helles, aber nicht überstrahltes Bild entsteht. Ansonsten gelten wieder die Bedingungen wie bei den Biasframes. Weder die Kameraposition am Teleskop noch die Schärfelage dürfen für diese Aufnahmen verändert werden.

Ein Computerprogramm verrechnet diese Bilder nun alle miteinander und erstellt daraus das Ergebnisbild. Dabei kann immer nur eine Serie aus Bildern, die mit derselben Belichtungszeit entstanden sind, verrechnet werden. Sollen mehrere unterschiedliche Belichtungen angefertigt werden, so müssen zumindest sämtliche Licht- und Dunkelbilder neu erstellt werden. Die Berechnung kann je nach Rechenleistung und Anzahl der Bilder auch mehrere Stunden bei einem handelsüblichen Heim-PC benötigen (Stand 2009).

Sonnenfotografie[Bearbeiten]

Aufnahme der Sonne mit Sonnenflecken am 7. Juni 1992
Sonnenaufnahme bei dichtem Dunst; die starke Abplattung der Sonnenscheibe entstand durch Refraktion in Horizontnähe.

Die Fotografie der Sonne stellt einen Sonderfall der Astrofotografie dar, denn bei diesem Motiv hat man meistens zu viel Licht zur Verfügung. Man benötigt fast immer einen Filter. Ausnahmen sind:

  • die Fotografie der tiefstehenden Sonne
  • wenn Dunst das Sonnenlicht stark abschwächt
  • die Korona während einer totalen Sonnenfinsternis.

Für die visuelle Beobachtung der ungetrübten Sonne oder zur Fotografie mit lichtstarken Instrumenten werden vor dem Objektiv spezielle Glasfilter oder mit Aluminium bedampfte Folien der Stärke ND 5, Transmission 0,00001, oder ND 6, Transmission 0,000001 angebracht. Neuere Produkte der Sonnenfilter-Folien sind beidseitig bedampft und visuell bedenkenlos einsetzbar. Filter der Stärke ND 4, Transmission 0,0001, benützt man nur zur Fotografie der Sonne bei starker Vergrößerung durch Okularprojektion oder bei Öffnungsverhältnissen von etwa 1:20 und kurzen Belichtungszeiten um 0,001 s.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. David Malin: Blick ins Weltall. Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co, Stuttgart 1994 ISBN 3-440-06905-2. S. 18
  2. http://deepskystacker.free.fr/german/index.html

Literatur[Bearbeiten]

  • Klaus P. Schröder: Praxishandbuch Astrofotografie - eine Anleitung für Hobby-Astronomen. Franckh-Kosmos, Stuttgart 2003, ISBN 3-440-08981-9
  • Wolfgang Schwinge: Das Kosmos-Handbuch Astrofotografie - Ausrüstung, Technik, Fotopraxis. Franckh-Kosmos, Stuttgart 1993, ISBN 3-440-06739-4
  • Tony Buick: How to photograph the moon and planets with your digital camera. Springer, London 2006, ISBN 978-1-85233-990-6
  • Michael A.Covington: Digital SLR astrophotography. Cambridge Univ. Press, Cambridge 2007, ISBN 978-0-521-70081-8
  • Jeffrey R. Charles: Practical astrophotography. Springer, London 2000, ISBN 1-85233-023-6
  • David Malin: Blick ins Weltall. Neue Bilder vom Kosmos. Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co., Stuttgart 1994. ISBN 3-440-06905-2.
  • Stefan Seip: Astrofotografie digital. Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co. KG, Stuttgart 2006. ISBN 3-440-10426-5
  • David Malin: Das unsichtbare Universum. Nicolaische Verlagsbuchhandlung Beuermann GmbH, Berlin 2000. ISBN 3-87584-022-4
  • Stefan Seip: Himmelsfotografie mit der digitalen Spiegelreflexkamera. Franckh-Kosmos Verlags-GmbH & Co. KG, Stuttgart 2009. ISBN 978-3-440-11290-8

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Astrofotografie – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wikibooks: Astrophotographie – Lern- und Lehrmaterialien