Teleskop-Service

Mit speziell für die Astrofotografie konstruierten Kameras, den sogenannten Astrokameras, lassen sich Aufnahmen in der bestmöglichen Qualität anfertigen. Sie sind zur Zeit (Stand 2009) mit hochempfindlichen CCD-Chips ausgerüstet, deren Empfindlichkeit 20.000 ISO und höher entsprechen. Praktisch alle Geräte sind gekühlt und lösen das Bild mit 65.536 Helligkeitsstufen auf. Das entspricht dem derzeitigen Stand der Technik - mehr geht nicht. Es gibt diese Kameras mit sehr unterschiedlichen Chipgrößen, was auch letztlich auf den Preis neiderschlägt. Von der Bildqualität her sind die Kameras untereinander jedoch ebenbürtig.

Das Bild wird sofort per USB zum Rechner übertragen und dort als 16-Bit FITS-Datei gespeichert. Die Dateigröße kann je nach Auflösung recht stattlich werden.

Die Abbildung links zeigt die sehr empfehlenswerte Astrokamera Atik 4000 M mit quadratischem Chip, welcher das verfügbare Bildfeld der gängigen, preiswerten 1,25"-Filter gerade voll ausnutzt.

Wie bringt man die Astrokamera ans Teleskop?
Die meisten Astrokameras sind bereits standardmäßig mit einem T-2 Innengewinde ausgestattet, dadurch lassen sie sich an die meisten Filterräder / Off-Axis-Guider einfach aufschrauben. Sehr praktisch ist das TS-Rotationssystem oder eine einfache Kupplung von Baader. Damit läßt sich die Kamera leicht vom Teleskop trennen, aber auch ´einnorden´ damit die natürliche Orientierung am Himmel - Norden oben, Osten links - schnell eingestellt werden kann.

Was darf man erwarten?
Visuell: Für unsere Augen sind bei geringer Lichtstärke nur die Stäbchen zuständig, die etwa 95% der Gesamtfläche unserer Netzhaut ausmachen und damit praktisch alle Hell-Dunkel-Informationen liefern. Die restlichen 5% bilden die sogenannten Zäpfchen, diese liefern die Farbinformation, allerdings mit nur geringer Auflösung und Empfindlichkeit. Dieser Umstand wird beim weiter unten beschriebenen LRGB-Verfahren ausgenutzt. Der Wirkungsgrad unserer Stäbchen ist im Vergleich zu einem CCD-Chip mit ca. 30% eher bescheiden,  hinzu kommt die kurze Integrationszeit von einigen 1/10s. Und deshalb wird man beim Blick durch das Okular an einem 10-Zoll-Teleskop nur Sterne ab ca. 14. Magnitude überhaupt wahrnehmen. Bei flächigen Objekten sorgt ein ausgeklügelter Algorithmus in unserem Gehirn dafür, daß wir diese deutlich besser wahrnehmen können.

Fotografisch: Der etwas bessere Wirkungsgrad (=Quanteneffizienz) moderner CCD-Chips zusammen mit Integrationszeiten von bis zu einigen Stunden läßt eine Abbildungsqualität zu, wie sie mit unseren Augen nicht einmal ansatzweise möglich ist. Lichtschwache Sterne, Nebel und Galaxien können damit bis über 1.000-mal heller dargestellt werden. Sterne bis zur 22. Magnitude können mit dem gleichen Teleskop dargestellt werden.

Beide Aufnahmen zeigen die Galaxie NGC 3521 im Löwen. Visuell sind nur der Galaxienkern und die helleren, inneren Bereiche der Spiralarme wahrnehmbar, während fotografisch eine prächtige, sfrukturreiche Galaxie zum Vorschein kommt.

Fotografieren
Und schon kann´s losgehen. Kamera einschalten, und nach wenigen Sekunden zeigt sich auf dem Bildschirm das erste ´Livebild´. Das wird freilich noch kein APOD sein, denn es müssen noch ein paar Dinge beachtet werden.

Scharf stellen (Fokussieren)
Das geht Dank ´Livebild´ am Monitor noch recht einfach. Meist kann man um einen hellen Stern mit der Maus ein kleines Quadrat aufziehen und ein ´ROI´ eingeschaltet werden. Die Belichtungszeit sollte nur ca. 0,1 - 1s betragen. So werden die Bilder in sehr schneller Folge zum Rechner übertragen, und man kann nun in aller Ruhe perfekt scharf stellen. Doch nun kommt der schwierige Teil!

Farbkamera oder Schwarz-Weiß-Kamera?
Nicht selten wird über das Für oder Wider farbiger oder monochromer Kameras diskutiert. Die einen möchten schnell ein ´Pretty Picture´ sehen und sprechen sich daher für eine Farbkamera aus. Gewiß - der Aufwand für ein Farbbild mit einer Schwarz/Weiß-Kamera ist ungleich höher, denn man muß mit 3 (RGB) oder sogar 4 (LRGB) Filtern hantieren und für jeden Filter eine eigene Aufnahmeserie machen. Das schreckt viele Einsteiger ab. Die Befürworter monochromer Kameras weisen darauf hin, daß man mit monochromen Kameras eine weit bessere Auflösung und außerdem eine 3-mal höhere Empfindlichkeit zur Verfügung hat. Die ´Profis´ möchten auch gerne mit Schmalbandfiltern (Abbildung rechts) ´arbeiten´, was nur mit monochromen Kameras sinnvoll ist. Solche Filter blenden das irdische Streulicht nahezu vollständig aus und lassen nur das Licht einzelner Spektrallinien angeregter Gase durch, wie sie für Emissionsnebel und Planetarische Nebel typisch sind. Dadurch läßt sich die Belichtungszeit einer einzelnen Aufnahme gewaltig - um das bis zu 40-fache - steigern.

Die Nachführung / Guiding
Wenn wir, sagen wir mal, 1 Minute belichten, dann muß man sich über eins im klaren sein: Während dieser Zeit muß das Teleskop hochgenau der scheinbaren Bewegung der Gestirne am Himmel folgen. Was bedeutet hochgenau? Nehmen wir mal nur eine moderate Brennweite von ca. 1.000mm an (viel mehr ist bei unserem Seeing meist ohnehin nicht sinnvoll) und betrachten den Abbildungsmaßstab eines einzelnen Pixels. Dieser wird dann üblicherweise bei ca. 1,5"/Pixel landen. Und das heißt, daß die Abweichung in der Nachführung eine Minute lang den Wert von 1,5" nicht einmal erreichen darf, denn sonst kommt es zu Bewegungsunschärfen (´Verwackeln´), die sich sofort als ´längliche Sternchen´ äußern. Das Thema Guiding ist allerdings so komplex, daß man es nicht mal schnell in einem Absatz abhandeln kann. Der interessierte Leser möge sich auf der Seite ´Das hochgenaue Nachführen´ über die Einzelheiten näher informieren.

Farbbilder mit der monochromen Kamera (LRGB-Verfahren)
Ein recht aufwendiges Verfahren, aus mehreren monochromen Bildern ein Farbbild anzufertigen, ist das sogenannte LRGB-Verfahren. Es ist aber gleichzeitig das mit Abstand leistungsfähigste Verfahren und wird daher von allen ernsthaften Astrofotografen angewendet, denn es liefert am Ende die bestmöglichste Abbildungsqualität.
Was bedeutet LRGB?
Es ist ein Komposit aus einer Luminanzaufnahme (durch ein ´normalen´ UV/IR-Sperrfilter) über den gesamten sichtbaren Spektralbereich und den Farbinformationen, die jeweils mit vorgeschaltetem Rot- Grün- und Blaufilter gewonnen werden. Da die Farbbilder nur die reinen Farbinformationen tragen, müssen sie nicht hochauflösend dargestellt werden, sie können also gebinnt aufgenommen werden. Informationsträger für Helligkeit und scharfe Details liefert die Luminanzaufnahme, die selbstverständlich ungebinnt aufgenommen werden sollte. Die Summenbilder aller 4 Aufnahmeserien lassen sich durch geeignete Bildbearbeitungssoftware am Rechner zu einem Farbbild zusammenfügen.

Tipp:
Als sehr praktisch hat sich bei der Aufnahme solcher LRGB´s ein solches motorisiertes Filterrad (Abbildung rechts) erwiesen. Einmal sind solche Filterräder völlig lichtdicht, so daß kein Streulicht in die Kamera geraten kann. Das kann besonders auf Balkonsternwarten mit beleuchtungsfreudiger Nachbarschaft ein großer Vorteil sein, wenn länger belichtet werden soll. Und zum anderen lassen sich die einzelnen Filter damit praktisch vibrationsfrei wechseln. Dadurch wird ein eventuell eingesetzter Autoguider bei seiner ´Arbeit´ nicht gestört, und der Leitstern bleibt immer schön auf dem Fadenkreuz und muß nicht jedesmal neu eingestellt werden. Aufpassen bei Teleskopen mit wenig Backfokus, z.B. Newtos oder Refraktoren, bei diesen Geräten kommt man durch die Verlagerung der Kamera nach hinten (ca. 20mm) unter Umständen nicht mehr in den Fokus.