Sonntag, 2. Februar 2014

Wikibook Astrophotographie - Gerätekunde

wikibook Astrophotographie
Kapitel 2 - Gerätekunde

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Ausstattung

Bei der Astronomie gibt es was die Finanzen angeht, genauso wie beim Universum, keine Grenzen.
Es gibt immer die Möglichkeit mit nur wenig Ausstattung anzufangen und sich von Zeit zu Zeit etwas neues dazu zu kaufen. Angeboten wird sehr vieles und auch gutes. Als Anfänger ist es da nicht leicht, die Spreu vom Weizen zu trennen. Vom kleinen Spiegelteleskop mit Stativ bis zur komplett vollautomatischen computergesteuerten Fernrohrkuppel gibt es alles was das Herz verträgt. Die Preise fangen bei etwa 400 Euro für ein gutes Teleskop mit 1¼ Zoll Okularauszug und passender Montierung an und liegen im Falle der automatischen Kuppel, die man sich Zuhause aufs Dach bauen lassen kann bei um die 100.000 Euro. Um die Kosten niedrig zu halten, kann es vorteilhaft sein, sich einem astronomischen Verein anzuschließen. Erstmal wegen der geteilten Kosten und auch wegen der Möglichkeit des Erfahrungsaustauschs.

Die wichtigsten Arbeitsmittel bei der Astrofotografie sind zuerst die Montierung und dann erst das Teleskop. Die Genauigkeit der Montierung bestimmt zum größten Teil die erzielbaren Ergebnisse. Ein Teleskop sollte für die Aufnahmen einen möglichst großen Hauptspiegel haben, um dadurch möglichst kurze Belichtungszeiten zu erreichen. Jeder Zentimeter mehr ist eine gute Investition. Dabei gilt zu beachten, dass die Montierung das Teleskop und weitere Geräte wie die Kamera tragen muss. Deshalb sollte eine nicht zu kleine Montierung gekauft werden. Ab einer gewissen Preisklasse kann man sich beim Kauf die Genauigkeit schriftlich bestätigen lassen.
Für die Astrofotografie ist es natürlich nötig, dass die Montierung mit Motoren für beide Achsen (RA und DEC) ausgestattet werden kann oder bereits damit ausgestattet ist. Bei großen, stationären Montierungen ist ein Polsucher absolut nicht notwendig, da sie sowieso eingescheinert wird.
Dann fehlen noch die Steuerung für die Montierung, ein Notebook und eine Kamera um die Bilder aufzunehmen.

Welche Art von Teleskop oder Objektiv für welchen Zweck?

Um das Licht der Sterne einzufangen, wird eine große Querschnittsfläche benötigt, um das einfallende Licht möglichst gut zu sammeln. Spiegelteleskope sind mit großen Spiegelflächen um ein vielfaches kostengünstiger als ein Linsenteleskop gleichen Durchmessers. Bei Linsenteleskopen kommt noch der verschlechternde Effekt der chromatischen Aberration dazu. Das bedeutet, das Glaslinsen Licht mit unterschiedlicher Wellenlänge verschieden stark ablenken. Deshalb würde ein blauer Lichtstrahl seinen Brennpunkt eher haben als ein roter Lichtstrahl, der weninger stark von der gleichen Linse gebündelt wird. Das kann mit Apochromatischen Linsen ausgeglichen werden, doch ein apochromatisch korrigiertes Teleskopobjektiv ist für Normalverdiener unbezahlbar. Deshalb sollte abgewogen werden, ob ein Spiegeltelekop nicht besser geeignet wäre.
Es gibt sogar Hobbyastronomen, die sich, um Kosten zu sparen, einen Spiegel für ihr Teleskop selbst herstellen. Doch das ist nicht das Thema dieses Buches.
Das größte Linsenteleskop hat einen Linsendurchmesser von einem Meter. Das größte Spiegelteleskop hat einen Spiegeldurchmesser von 8,4 Metern. Da sich Glaslinsen durch ihr Gewicht je nach Lage des Teleskops durchbiegen, macht es keinen Sinn in der Gravitation der Erde Linsenteleskope von über einem Meter Durchmesser zu bauen und zu verwenden. Bei Spiegelteleskopen kann die Durchbiegung heutzutage mit Stellgliedern ausgeglichen werden. Bei Linsen ist das Bauartbedingt nicht möglich.

Kameras für astronomische Aufnahmen

Analoge Kameras (Filmmaterial)

Analoge Kameras sind immernoch weit verbreitet zu bekommen, doch sie werden immer stärker von Digitalkameras abgelöst, da das Filmmaterial nicht besonders kontrastreiche Bilder liefert. Auch die Farbdarstellung ist von Filmemulsion zu Filmemulsion sehr verschieden. Als tauglich in Bezug auf Farbwiedergabe hat sich der Diafilm Kodak Gold 200 ASA bei den Hobbyastronomen durchgesetzt, da er eine gute Rotenpfindlichkeit und Wiedergabe besitzt, was bei der Aufnahme von Emmisionsnebeln im H-alpha Licht ein großer Vorteil ist. Benutzt werden kann jede Spiegelreflexkamera, die sich mit einem T2-Adapter ausrüsten lässt und an der ein Fernauslöser angeschlossen werden kann. Der Fernauslöser ist wichtig, um die über das T2-Gewinde an das Teleskop angeschraubte Kamera durch das Drücken des Auslösers nicht zu bewegen. Es würde sonst das Teleskop zum Schwingen bringen und damit die Aufnahme unnötig verschlechtern.

Digitale Kameras

Astronomische CCD-Kameras

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Astronomische CCD-Kameras sind das Beste, was an Empfindlichkeit und Rauscharmut des CCDs für Astronomen zu bekommen ist. Die Austattung dieser Kameras ist speziell an die Bedürfnisse der Astronomen angepasst. Dies drückt sich leider auch im Preis dieser Kameras aus, da es nicht viele Hersteller dafür gibt.
Die Astronomische Kamera verfügt über meist zwei empfindliche CCD-Sensoren, um das wenige Licht, was von den Sternen zu uns kommt, möglichst effektiv aufzufangen und auszuwerten. Zwei Sensoren deshalb, weil ein Sensor nur für die hochauflösende Aufnahme des Sternenhimmels zuständig ist und der andere kleinere CCD-Sensor für die Steuerung der Montierung eingesetzt wird, in dem ein Stern auf diesem Sensor in seiner Bewegung verfolgt und korrigiert wird. Dadurch können wiederkehrende mechanische Ungenauigkeiten der Montierung ausgeglichen werden.
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Elektronische Lichtsensoren haben leider die Eigenschaft selbst bei vollkommener Dunkelheit ein wenig Licht zu detektieren. Das wird Grundrauschen genannt. Es handelt sich dabei nicht um Licht, sondern um Rauschen, das von der Wärme des Sensors verursacht wird und durch Herunterkühlen verringert werden kann. Dazu ist ein kleines Kühlgerät in die Kamera mit integriert das für eine Absenkung der Sensortemperatur von 30° Celsius gegenüber der Umgebungslufttemperatur sorgen kann.
Die Kamera besitzt auch einen Verschluss, um die Belichtungszeit steuern zu können und meißt auch eine Möglichkeit um Farbfilter in den Lichtweg einzuschwenken. Bei manchen Modellen geht das automatisch über die Steuerung am Computer oder es muss manuell mit der Hand ausgeführt werden.

CCD und CMOS Spiegelreflexkameras

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Seit einigen Jahren gibt es digitale Spiegelreflexkameras zu kaufen, welche sich wegen verbesserter Empfindlichkeit mittlerweile auch recht gut eignen, um an einem Teleskop verwendet zu werden. Ihr Grundrauschen ist zwar erheblich höher, als bei den speziellen Astronomischen Kameras, weil sie keine Kühlung für den Sensor besitzen, aber mit etwas Nachbearbeitung am Computer, können die Aufnahmen mittlerweile gegen die Aufnahmen auf Filmmaterial bestehen, da Aufnahmen auf digitalen Sensoren kontrastreicher als Aufnahmen auf Film sind und die Bearbeitung einfacher ist, da es schon in digitaler Form gespeichert ist.
Angefangen hat das mit dem Modell EOS 300D der Firma Canon. Mittlerweile bietet diese Firma auch Kameras an, die einen im Vergleich zur Serie etwas empfindlicheren CMOS-Sensor und ein paar Anpassungen der Kamerasteuerung bietet, welche auf die Benutzung als Astro-Fotoapparat zugeschnitten wurde.
Im Vergleich zu einer speziellen Astronomischen CCD-Kamera bieten solche digitalen Spiegelreflexkameras einen günstigen und einfachen Einstieg mit guten Resultaten. Allerdings ist gerade dieses Modell besonders unempfindlich für blaues Licht, was die Astrobilder damit übertrieben Rot erscheinen lässt. Die Entwicklung an den Sensoren geht ständig weiter, deshalb sind neuere Kameras den älteren Modellen vorzuziehen.
Hierbei ist auch darauf zu achten, das die Kamera über die Möglichkeit verfügt, einen Fernauslöser oder Intervallauslöser und einen T2-Adapter anzuschließen.

Astronomische Webcam

Versuche von Hobbyastronomen mit herkömmlichen CCD-Webcams haben ergeben, das einige Modelle eines Herstellers empfindlichere CCD-Sensoren eingebaut haben, als die der anderen Hersteller. Die Astrotauglichkeit wurde überprüft und einige findige Bastler haben die Elektronik der Kamera so modifiziert, das mit ihr Langzeitaufnahmen möglich wurden. Die Astro-Webcam war geboren.
Da es sich bei den Webcams um Farbccdsensoren handelt, ist die Lichtempfindlichkeit gegenüber speziellen monochromen Sensoren etwa um den Faktor 10 unterlegen, doch die einfache Handhabung und vor allem der günstige Preis haben ihr einen festen Platz im Materialkoffer der Hobbyastronomen gesichert.
Mit ihr lassen sich viele Bilder in Form eines Films von Planeten anfertigen und später am Computer die Besten Bilder aussortieren und übereinanderlegen. Mit dieser Methode können beeindruckend scharfe Bilder von hellen Objekten angefertigt werden. Die Kamera eignet sich auch in Verbindung mit spezieller Software, um damit die Steuerung der Montierung zu übernehmen, da die Kamera für hellere Sterne ausreichend empfindlich ist.

Sie verfügt meist nicht über einen T2-Anschluss, sondern wird anstatt des Okulars in den 1 ¼ Zoll Okularauszug eingesetzt. Gesteuert und mit Strom versorgt wird die Kamera über das USB-Kabel am Computer.

Zubehör

Fernauslöser

Ist als Drahtauslöser zu bekommen, oder moderner bei digitalen Kameras ein Steuergerät an dem die Belichtungszeit und das Intervall eingegeben werden kann.

Scheinerblende

Die Scheinerblende ist ein sehr wichtiges Hilfsmittel, um die Schärfe schnell und korrekt einzustellen. Sie begrenzt den Lichtweg vor dem Teleskop auf nur zwei gleich große Löcher in ungefär gleichem Abstand von der Linsen- oder Spiegelmitte. Diese Löcher müssen nicht Rund sein, sondern können auch aus zwei Dreiecken bestehen. Sie wird nur kurz zum Einstellen der Schärfe an einem hellen Stern in den Lichtweg vor das Teleskop gehalten oder eingeschwenkt. Bei schlecht eingestelltem Fokus erscheint der Stern als zwei Lichtpunkte nebeneinander. Durch Drehen am Rad des Okularstutzens können diese zwei Punkte zur Deckung gebracht werden. Die Scheinerblende vereinfacht und beschleunigt die Schärfeeinstellung und sollte deshalb bei helleren Objekten unbedingt verwendet werden.

Filter

Filter für die Astronomie sind runde, gefärbte Glasscheiben, die in einem Metallrahmen gefasst sind, in dem ein Gewinde mit dem genormten Durchmesser von 31,5 mm geschnitten wurde. Diese Farbfilter gibt es für die verschiedensten Wellenlängenbereiche, in denen sie das Licht blockieren oder durchlassen. Das Glas des Filters bewirkt eine (je nach Dicke) kleine Verschiebung des Brennpunktes. Deshalb sollte die Schärfe immer mit einem eingelegten Filter eingestellt werden, wenn bei der Aufnahme überhaupt Filter eingesetzt werden sollen. Es gibt auch Polarisationsfilter welche benutzt werden können, um die Menge des einstrahlenden Lichts beim Mond oder bei Planeten stufenlos zu reduzieren oder den Kontrast zu erhöhen. Bei Farbaufnahmen sind die Filter R,G und B zu verwenden. Sollen aber wissenschaftliche Aufnahmen für spätere Photometrie angefertigt werden, müssen spezielle Filter dafür benutzt werden, um die Vergleichbarkeit mit den Aufnahmen der professionellen Sternwarten zu garantieren. Mit einem Filter, welcher Infrarotlicht durchlässt, können kontrastreichere Aufnahmen von Planeten angefertigt werden, da infrarotes Licht von der Atmosphäre weniger stark gebrochen wird.

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