beobachten 06 - Astrofotografie: Vom sehen & finden

[iamsiggi]

Helligkeiten - was kann man so sehen?

Astronomie ist eine sehr alte Wissenschaft: Schon die Babylonier hatten eine 6 stufige Helligkeitsskala. Und gleich vorweggenommen: Unter besten Bedingungen sehen wir Sterne bis ca. 5,5.
Über die Jahrtausende wurde daraus unser System um die Helligkeit am Sternenhimmel festzulegen. Daraus wurde dann eine Helligkeitsskala entwickelt, die als mag (Magnitudo,  kurz auch m) bekannt ist. Da man ja in den letzten Jahrhunderten die Helligkeit immer besser vermessen konnte, gibt es Sterne, die nicht nur 0 haben sondern Minuswerte aufweisen. Also nicht weiter daran stoßen!

Jedenfalls wurde der Unterschied zwischen einer mag Stufe so festgelegt, dass die alte Skala in etwas vergleichbar blieb. Der Unterschied zwischen einer mag beträgt 2,5 mal heller oder dunkler je nachdem ob man nach oben (dunkler) oder unten (kleinerer Wert=heller) geht.

Wer die Helligkeit der Hauptsterne kennt, kann bei einem Blick auf den Sternenhimmel die Grenzgröße ablesen. Bei uns bietet sich z.B. der kleine Wagen an, denn er ist das ganze Jahr sichtbar: 



Sieht man den gesamten Kasten, hat man +5 mag. Oder am Winterhimmel der Orion:
Wer vom Gürtel keinen Stern sieht ist bei mag +1, bei zwei Gürtelsterne mag+2 bei 3 +mag3 und sieht man 4 (der unterhalb des linken - da wo der Pferdekopfnebel ist) hat man mag+4 etc.

Der hellste Stern ist Sirius mit mag -1,4, sieht man ja derzeit im Winter links unterhalb des Orion. Die Planeten Saturn Merkur haben so um die -1 und -0,5 Jupiter wird bis -3 mag hell, Venus um die -4,5 (z.B. am 14.2.2025). Der helle Vollmond erreicht -12 die Sonne -27. 

Mit um die -4 mag kann man die ISS über den Himmel ziehen sehen. Iridiumflares* gehen bis mag -8 und sind daher auch am Tag sichtbar, ebenso wie die Venus: Wenn man weis, wo genau sie steht, kann man sie auch am Tageshimmel finden, und in der Dämmerung wird man dann halt die sehr hellen nahen Planeten und Sterne als erstes sehen.

 * Wenngleich Iridiumflairs (wo eine der 3 großen Antennentafeln kurzzeitig das Sonnenlicht spiegelten) der Vergangenheit angehören, es gibt jede Menge an Satelliten, die ab und an aufblitzen. Manche erzeugen dabei regelmäßige Helligkeitsmuster beim Blinken. Also nicht irritieren lassen, es sind keine UFO's oder UAP, wie immer man das jetzt nennen mag. Da wird einfach Sonnenlicht an Teilen reflektiert, oft rotieren diese Dinger ja auch, oftmals unkontrolliert. Meist sind es relativ tieffliegende Objekte, und man sieht sie am "Rande der Nacht" besonders gut, weil sie da noch nicht vom Erdschatten verdunkelt werden. Das ist auch der Grund, warum Satelliten scheinbar plötzlich verschwinden, sie tauchen in den Erdschatten.

Wie oben erwähnt: Mit eigenen Augen unter besten Bedingungen kann man bis mag +5,5 sehen. Das betrifft dann ca 3000-5000 Sterne. Aus der Stadt mit mag +2 sind es gerade mal 70. Ein normales Fernglas wird uns Objekte bis mag +8 herum zeigen. Also selbst der fernste Planet Neptun wäre sichtbar, Uranus sowieso, falls man das "Punkterl" zuordnen kann. Mit dem Fotoapparat hat man dieses "Punkterl" auf so ziemlich jedem Bild, wenn man einige Sekunden lang belichtet. Will man ihn aber jetzt mal genauer sehen, dann nimmt man ein Teleobjektiv und wird genau die Belichtungszeit herausfinden (je nach Blende im Sekundenbereich) wo er nicht ausbrennt und sollte dann ein grünblaues "Etwas" im Bild sehen.

Im Gegensatz zum Auge kann ja der Fotoapparat Licht sammeln und deshalb sind am Bild  gleich so viel mehr Sterne zu sehen, als wir es jemals selbst mit eigenen Augen einem Fernrohr sehen könnten. 
 

Ich hatte mal den Kleinplaneten Pluto fotografiert, waren leider nur 2 Bilder mit 4 Minuten bei ISO800 möglich, bevor mein Grünfilter (Baum) im Weg war: Selbst auf diesem Bild ist er mit seinen mag+14,5 herum leicht zu identifizieren. Es war nur ein Einzelbild, da braucht man nicht mal bearbeiten, aber herzeigen will ich so etwas nicht wirklich...

Es gibt einen alten Spruch in Beobachter Kreisen: "ab 200mm öffnet sich der Himmel"

Das gilt für visuelle Beobachter, jede Digitalkamera, wo das Lichtsammeln nur durch die Himmelshelligkeit begrenzt wird, katapultiert einem in eine andere Liga.  Ich selbst habe nur wenige Bücher zum Thema (Stellarium und Webseiten sind ja aktueller), aber es gibt ein Buch, dass ich öfter zur Hand nehme: Ronalnd Stoyan "Deep Sky - Reiseführer". Er beschreibt uns als wirklich begnadeter Beobachter, was man mit welchen Gerätschaften visuell sehen kann. Ergänzt durch Bilder, so wie man sie auch sehen kann, und nicht mit Hochglanz DeepSky Bilder. So kann man dann selbst abschätzen, ob sich gerade ein Objekt, dass in unserem gerade verfügbarem Zeitfenster günstig steht, lohnt, abgelichtet zu werden.
Schon alleine bei dieser Auswahl von 666 "Visuellen Objekten" brächte es viele Jahre, alle entsprechend abzulichten. Fotografisch wird die Auswahl um wohl zig-tausende weitere Objekte erweitert. Es gäbe also viel zu tun, abseits der paar allgemein bekannten Objekte 😉 

An meinem Teleskop mit 200mm Öffnung und 800mm Brennweite (=F/4) kann ich auf meinen üblichen Belichtungen von ISO 800 und 4 Minuten ohne probleme Sterne bis mag+17 herum finden. Nach Stacken von in Summe 3 Stunden (so um die 50 Bilder herum) finde ich Sterne bis mag +21. Dabei habe ich es bei der Bearbeitung jetzt nicht drauf angelegt möglichst auf große Tiefe zu kommen, sondern als Beifang zu meinem Hauptobjekt. Damit sind Quasare bis zu einer Entfernung von fast 12 Mrd Lichtjahren auffindbar. Das für uns sichtbare Universum ist 13,8 Mrd LJ groß.

Mit der Fotolinse ist der Quasar 3C 273 (im Sternbild Jungfrau im Frühjahr zu sehen) auch in der Reichweite.

Der 2019 im Betrieb gegangene Satellit Gaia  (dessen Beobachtungsende 2025 erreicht ist) hat unseren Sternenhimmel genau vermessen und geht auch bis in diesen  Helligkeitsbereich.

Daher ist es wenig verwunderlich, dass wenn ich in einem Bild die Sterne bezeichnen lasse und dabei diesen Katalog verwende das Bild an sich vor lauter Beschreibungen weiß wird, weil alles zugepflastert ist.

Man kommt also auch mit geringen Mittel überraschend sehr tief. Eine Unzahl von Kleinplaneten und Kometen kann man jedenfalls finden und noch in den 2010er Jahren mit etwas Glück auch neu entdecken, was aber durch die vielen robotischen Überwachungen für uns mittlerweile nahezu unmöglich geworden ist..

Siegfried

bearbeitet 1. Januar von iamsiggi

[iamsiggi]

Unsere Atmosphäre

Im Alltag nehmen wir gewisse Dinge als gegeben hin und das ist auch gut so, denn oft müssen wir das Beste daraus machen. Wer allerdings mit zunehmenden Erfahrungen seine Bilder genauer ansieht, wird dann zu ergründen versuchen wie man das eine oder andere verbessern kann.

Was unseren "Himmel" betrifft, so befinden wir uns in einer Situation die in etwa dem entspricht die in 10m Wassertiefe herrscht und wir wollen da ein vernünftiges Bild von Objekten außerhalb der Wasseroberfläche machen.  Warum 10m? Taucher wissen jetzt spontan die Antwort, denn eine Wassersäule von 1cm2 und 10m wiegt 1 kg und die Luftsäule über uns (auf Meeresniveau) auch.

Meist ist es auch leider so, dass unsere "Wasseroberfläche" nicht plan ist, was optischen Effekte berechenbar machen würde und selten ist das Wasser wirklich glasklar. In der Luft sind es kleinste Teilchen (Staub,feste Teilchen und  Aerosole, kleinste Tröpfchen). Dies streuen das Licht weshalb der helle Mond einer der größten Lichtverschmutzer ist, aber auch schlimmer weil allgegenwärtig und immer: Sie reflektieren das Licht dass wir freisetzen.

Wind am Boden kennen wir, stellt er ja stark erhöhte Anforderung an die Stabilität unsere Montierungen, vor allem wann das ganze ein langes dickes Rohr ist ;-).
In größerer Höhe nimmt die Windstärke schnell zu, In ca 10-13 km Höhe gibt es sogenannte Jetstreams die einige 100 km/h erreichen, denn hier findet der Druckausgleich zwischen den Hoch und Tiefdruckgebieten statt. Es ist ein relative dünner "Schlauch" und im Flugverkehr wird das gerne genutzt, denn aus den ca. 820 km Reisegeschwindigkeit addiert sich das zumindest was Geschwindigkeit über Grund betrifft dazu. So ist man schneller am Ziel, bei entsprechen geringerem Treibstoffverbrauch.

Für uns macht sich dieser starke Höhenwind durch ein sehr schlechtes "Seeing" bemerkbar. Das kann man auch visuell an hellen Sternen sehen: Während Sterne ja für unsere Auge punktförmig sind unterliegen sie stark diesen Turbulenzen, sie flackern stark, während die Planeten schon an die Auflösungsgrenze unsere Augen kommen, jedenfalls bedeutend großflächiger, sind die eher stabil in der Helligkeit und so kann man zwischen Plante oder Stern auch unterscheiden.
Der Webdienst Meteoblue kann uns da durch Analyse der Verhältnisse in der Atmosphäre in unterschiedlichen Höhen eine Seeingvorhersage machen. So habe wir zumindest einen Anhaltspunkt. Letzte Gewissheit hat man aber erst, wenn man es praktisch versucht.

Wer den Mond bei hoher Vergrößerung ansieht wird das Flimmern sehen, dass sich so über die Mondoberfläche zieht. Es kann dabei aber durchaus vorkommen, dass für ein kurze Zeit das Seeing wirklich gut ist. Also Geduld zahlt sich hier durchaus aus.
Was man noch machen kann sind viele sehr kurz belichtete Bilder zu machen. Danach werden die wirklich sehr guten herausgepickt. Nennt sich "lucky Image".  Man friert so quasi das Flimmern ein, weshalb es oft besser ist, man erhöht die Empfindlichkeit indem man die ISO erhöht zugunsten einer kürzeren Belichtungszeit. Und wenn man dann viele der spärlichen guten Bilder zusammenrechnet, erhält ein Ergebnis, das in punkto Auflösung jedes Andere bei weitem Übertrifft. Auch wenn es zunächst nicht so aussieht 😉, aber man wird feststellen das man mehr Reserven beim herausholen feinster Details hat, weil Artefakte stark zurückgedrängt wurden.

Bei Planeten natürlich ebenso, wobei man bei Planeten, die ja noch erheblich stärker vergrößert werden müssen schon wesentlich mehr Bilder zu verarbeiten sind, als beim großflächigen Mond. Ist man beim Mond mit einigen Hundert Bildern gut dabei, wird er bei Planten nur ansatzweise reichen. Wer da weiterkommen will, wird aber schnell andere Kameras als Digitale Fotoapparate einsetzten. Für das kleine Scheibchen reicht ein kleiner Sensor, dafür muß man möglichst viele Bilder in kurzer Zeit auslesen können.
Eine E-M1.II schafft zwar an die 60 Bilder pro Sekunde (OM-1 kurzfristig über 100 Bilder/Sek), aber nur etwas über eine Sekunde lang und dann brechen die Frameraten stark ein. Beim Jupiter hat man zum Beispiel nur 1 Minute Zeit so 10.000 Bilder zu sammeln denn er rotiert sehr schnell (etwas über 9 Stunden für eine Umdrehung) und dann verwischen die Strukturen. Es gibt allerdings eine  Freeware: WinJupos, womit man seine Bilder derotieren kann.... Jedenfalls solche Sachen macht man nicht mehr im Vorbeigehen.

Beim großen Mond ist wenigsten der Sensor nahezu gefüllt an unsere Digitalkameras. Übrigens ist das Flimmern am Mond im Infraroten bedeutend weniger, weshalb so manche (schwarzweiße) Mondfotos durch ca 750nm - 850nm  Filtern gemacht wurden. Bedarf natürlich einer offen modifizierten Kamera, aber besser eine mit s/w Chip ohne Bayer Matrix.


Lichtglocke über unseren Städten kennen wir ja. Helle Objekte sind aber durchaus drinnen sie aus einem Bild herauszulösen, mit Schmalbandfotografie geht aber mehr, wie Herwig aus der Wiener Innenstadt zeigt, ist aber definitiv nichts für Anfänger. Da hilft eine CLS oder ähnlicher Filter etwas, mit den Einschränkungen hinsichtlich Farbtreue, aber so leid es mit tut, man muss hinaus aus diesem Lichtsumpf. Ein dunklerer Himmel ist eine Offenbarung, vor allem aber wird einem die Bildbearbeitung wesentlich einfache von der Hand gehen. 

Warum es aber doch nicht gar so gut ist, bei hellem Mondlicht DeepSky Bilder machen zu wollen hat uns Frank (AstroCologne) erklärt.  Solche Nächte kann man für Sternhaufen, vor allem aber zum Anpassen seiner Gerätschaften benützen. Nebenher seine Arbeitsweise zu verfeinern, also Praxis zu sammeln.

In der Nacht kühlt es ab und ist die Luft nicht extrem trocken, bildet sich schnell Nebel, der das Licht von Beleuchtungskörpern auch darüber stark reflektiert. Daher ist es keine gute Idee über Straßenbeleuchtung hinweg fotografieren zu wollen. Also lieber ein paar Meter einen geeigneten Standort suchen. Schornsteine aber auch Gebäude strahlen Wärme ab ab, die schlierenartig aufsteigt. Aus dem selben Grund ist es überhaupt nicht gut, aus einem Raum, selbst bei geöffneten Fenster zu fotografieren.

Wer jetzt mit viel Akribie sein tolles hochauflösendes Mondbild will, wird hoffentlich eine Stativ verwenden und nicht Freihand. Wir wollen ja alles was Fehlerquellen möglichst ausschließen oder zumindest minimieren und nicht weitere hinzufügen.

Der Frühling ist übrigens die beste Jahreszeit für gutes Seeing.

Naturgemäß ist die Luftschichte  im Zenit am dünnsten, also so ca. 10 km, und daher gegen den Horizont immer dicker. Man spricht hier von Luftmassen (AirMass). Das kann man z.B. in Stellarium auch ablesen. Daher ist es gut, die Objekte möglichst am Höchststand zu haben. Wenn man auf ein bestimmtes Objekt aus ist, ist das die Zeit des Meridiandurchgang (also genau im Süden) und damit am höchsten steht, also um Mitternacht. Da befindet sich die Sonne ja gerade auch Gegenüber (=Opposition). Daher findet man diese Angabe in viele Astronomie Apps für die wichtigen Objekte.

Die wesentlich dichtere Atmosphäre bewirkt aber ein Aufspalten (Diffraktion) der Farben, was zu einem deutlich sichtbaren roten und blauen Saum führt. Ein schnelle Lösung dazu ist, dass Bild in seine 3 Farbkanäle zu spalten und die Farben aufeinander in Deckung zu bringen und danach wieder zu einem RGB Bild zu vereinigen, oder man verschiebt einzeln die Farbkanäle bis es passt. Das ganze geht natürlich nur kleinräumig, denn hat meine einen weiten Bereich, dann ist der Betrag der Aufspaltung ja von der Höhe über dem Horizont abhängig. Was aber auch auf diese Weise nicht korrigiert wird: Es werden ja auch die Objekte etwas in die Länge gezogen. Wenn es also um höchst mögliche Auflösung in Horizontnähe geht, wie bei uns meist bei Planetenfotografie wird man um eine ACD (Athmosperic Dispersions Corrector) nicht herumkommen. Da sind zwei zueinander verstellbare Prismen drinnen, die das gerade richten können. Ist auch ein heikle Angelegenheit. Um den zu entgehen, muss man sich schon Richtung Südhalbkugel bewegen, damit "sein" Objekt möglichst hoch am Himmel steht.

Gerade im Winter kommt es in den Bergen zu ausgedehnten Inversionswetterlagen: Über der kalten und damit dichten Luft in den Tälern liegt warme Luft. Grenzschichten flimmern wie man oft feststellen kann, aber meist bedeutete das dann auch: Unten trüb und Nebelig, oben am Berg beste Sichtbedingungen und trockene Luft. Noch dazu wird durch die dichten Wolken die Lichtverschmutzung mehr oder weniger stark abgeschirmt.

Viel Erfolg beim Beobachten
Siegfried

bearbeitet 1. Januar von iamsiggi