Astro – How to

Es gibt nichts faszinierenderes, als eine sternenklare Nacht bei völliger Dunkelheit zu beobachten. Die unzähligen Sterne, deren Formationen und auch künstliche Erscheinungen wie das Sonnenlicht reflektierende Satelliten fixieren den Blick gen Himmel.

Das menschliche Auge ist dabei sehr sensibel, auch bei wenig Licht. Um Gleiches oder sogar Detaillierteres mit einer Kamera festzuhalten, bedarf es verschiedener Dinge, die zu beachten sind. Ich habe die einzelnen Aspekte in Punkte unterteilt, um dem Ganzen eine bessere Übersicht zu geben. Nicht alle Punkte sind für das Fotografieren von Sternen relevant, manche aber essenziell.

Um genug Licht für die Kamera zu erfassen, muss die Belichtungszeit auf mehrere Sekunden erhöht werden. In dieser Zeit sollte die Kamera vollständig fixiert sein, da bereits kleinere Erschütterungen durch eine Unschärfe der Sterne zu erkennen ist. An einem Stativ führt also kein Weg dran vorbei. In vollständig windstillen Nächten, muss dieses nicht einmal sehr hochwertig sein. Zu beachten ist dabei jedoch, dass bei günstigen Halterungen für die Kamera, manchmal sogar das Auslösen des Spiegels als Vibration ausreicht, um diese im Bild wiederzufinden. Auslösen im LiveView-Modus und mit Zeitverzögerung können diesem negativen Effekt entgegensteuern, aber ein gutes Stativ ist und bleibt trotzdem eine der Grundlagen für scharfe Bilder.

Die Empfindlichkeit des Sensors gegenüber der auftreffenden Photonen lässt sich über den ISO einstellen. Bei Tageslicht befindet sich dieser auf dem Minimum von ca. 100. In der Nacht bietet fordert die geringe Lichtstärke jedoch eine weit höhere Empfindlichkeit. Wie hoch diese gewählt werden sollte, ist dabei unter anderem vom Kameramodell abhängig. Hohe ISO Zahlen führen auch zwangsläufig zu fehlerhaft erfassten Bildinformationen, die sich in Form des Rauschens im Bild wiederfinden. Dies stellt ein Problem dar, wenn man einzelne Sterne zwischen all dem Rauschen erkennen möchte. Einsteiger Kameras beginnen dabei schon bei geringeren ISO Werten zu rauschen. Ebenso ältere Kameras. Welchen Wert genau man einstellen sollte. lässt sich über simples Ausprobieren herausfinden.

Eine Funktion, die manche Kameras bieten, nennt sich „Rauschreduzierung bei Langzeitbelichtung“. Diese klingt an sich nach einer guten Sache, führt aber zu einer doppelten Zeitdauer der Aufnahme. Nach dem eigentlichen Ablichten des Bildes, verarbeitet die Kamera für die selbe Zeit noch einmal das Bild um Rauschen zu minimieren. Meiner Erfahrung nach, hat dies selten zu besseren Ergebnissen geführt. Vor allem dann nicht, wenn die Bilder sowieso am Computer nachträglich bearbeitet werden.

Da es wie immer ums Licht geht, und diese in der Nacht maximal erfasst werden sollte, ist die Verwendung der Offenblende des jeweiligen Objektivs sinnvoll. Diese stellt die kleinste Zahl dar, die sich an der Kamera einstellen lässt und ist meist auch direkt am Objektiv mit angegeben. Der genaue Wert ist von der Bauart abhängig wobei gilt: je kleiner die Zahl, umso besser. Denn der Unterschied von einer „Blende“ entspricht hierbei der doppelten bzw. halben Lichtmenge, die durch das Objektiv geleitet wird. Die Abstufungen sind hierbei ungefähr im Abstand von der Wurzel aus zwei. Beginnend mit der Blende eins, folgt somit 1,4, dann 2 – 2,8 – 4 – 5,6 – 8 und so weiter. Realistische Offenblenden liegen dabei im Bereich zwischen 2,8 und 4.

Wie schon angesprochen, muss die Belichtungszeit stark erhöht werden. Wie hoch, hängt dabei von dem ab, was man letztendlich fotografieren will. Möchte man die Sterne als einzelne scharfe Punkte ablichten, darf die Belichtungszeit nicht zu lange ausfallen, da ansonsten aufgrund der Erdrotation die Punkte langsam zu Strichen werden. Wie hoch die Belichtungszeit dabei maximal eingestellt werden darf, um diesen Effekt zu vermeiden, lässt sich über die so genannte 500-rule (500-Regel) ermitteln. Sie besagt, dass die Belichtungszeit so hoch sein darf, wie das Ergebnis aus „500/Brennweite“. Die Brennweite ist dabei in mm angegeben und lässt sich am Objektiv ablesen. Je Weitwinkliger folglich ein Objektiv ist, umso länger kann man mit diesem Belichten. Bei einem 14 mm beträgt die maximale Zeit so beispielsweise 35,7 Sekunden. In dieser Rechnung ist allerdings zu beachten, welche Kamera verwendet wird. Oder um genauer zu sein, welcher Sensor. Kleinere Sensoren, so genannte APS-C Sensoren, stellen an kleineren Kameras zu einem zuschneiden des Bildes (englisch crop, dadurch auch der Name Crop-Kameras). Der Faktor um die die Kameras dabei die Brennweite vervielfältigen, liegt dabei meist bei 1,6. Folglich lautet die angepasste Rechnung „500/(Brennweite*1,6)“. Für das 14 mm bleiben für scharfe Bilder also nur noch 22,32 Sekunden.

Wem all das Rechnen zu viel ist, kann auf der Webseite von Ian Norman and Diana Southern, die zusammen unter dem Namen „Lonley Speck“ passioniert Astrofotografie betreiben, Eckdaten eingeben, um die Belichtungszeit berechnen zu lassen. An dieser Stelle empfehle ich auf jeden Fall einen Blick auf ihre Seite zu werfen, da die beiden atemberaubende Aufnahmen zeigen.

Die Schärfe der Sterne kam nun schon mehrfach als Schwerpunkt hervor. Doch sowohl ein gutes Stativ, als auch eine angepasste Belichtungszeit helfen nur, wenn auch der Fokus auf der richtigen stelle sitzt. Der Autofokus lässt sich aufgrund der geringen Lichtmenge nicht auf Sterne anwenden, weshalb nur noch das manuelle Fokussieren bleibt. Dabei ist es am leichtesten, sich vom Stativ aus einen sehr hellen Stern zu suchen, um diesen im LiveView bei maximaler Vergrößerung zu betrachten. Dadurch lässt sich durch das Drehen am Fokusring des Objektivs auch auf sehr Lichtschwache Objekte scharf stellen. Der Hebel für den Autofokus sollte zuvor natürlich ausgeschaltet werden. Ebenso der Bildstabilisator, der in manchen Objektiven verbaut ist. Durch die Verwendung eines Stativs ist dieser folglich sinnlos und würde im eingeschalteten Zustand aufgrund der Ausgleichsbewegungen sogar zu einer Unschärfe im Bild sorgen.

Manchmal ergibt sich jedoch aber auch die Möglichkeit, auf eine weit entfernte helle Lichtquelle automatisch zu fokussieren, wenn diese hell genug ist. Danach sollte der Autofokus aber selbstverständlich wieder abgeschaltet werden.

Der folgende Absatz ist für alle Fotografen, die das RAW-Format verwenden überflüssig, da sich der Weißabgleich in der Nachbearbeitung noch ohne Qualitätseinbußen anpassen lässt. Allen anderen soll gesagt sein, dass sich der Umstieg auf dieses Format lohnt! Trotz der größeren Daten und des unhandlicheren Formats, bieten sich viele wertvolle Korrekturmöglichkeiten. Denn nichts ist ärgerlicher, als nach einer Nacht draußen im Anschluss am Computer festzustellen, dass eine Einstellung nicht perfekt war und deshalb alle Aufnahmen einen Fehler aufweisen. Wer trotzdem beim JPG-Format bleiben möchte, sollte den Weißabgleich manuell festlegen. Dieser stellt ein, wie viele Gelb- und Blauanteile sich im Bild befinden, wodurch das Bild wärmer oder kälter wirkt. Je nach Umgebung schwankt die genaue Zahl (angegeben in K, Kelvin), da Einflüsse wie das Straßenlicht einer Stadt am Horizont oder Wolken am Himmel den Weißabgleich beeinflussen.

Beim RAW-Format stellt sich ebenfalls diese Herausforderung. Lonely Speck zeigt in seinem Tutorial dabei eine gute Möglichkeit, wie die Farben authentisch wirken (ca. nach dem ersten drittel).

Lange Belichtungszeiten, eine hohe Lichtempfindlichkeit und die Offenblende des Objektivs machen die Kamera sehr sensibel für Licht. Die Lichtverschmutzung durch Dörfer oder Autos stellt somit ein massives Problem dar. Einen dunklen Fleck zu finden ist dabei meist nicht sehr einfach, auf der Webseite von Microsoft lassen sich jedoch weltweit (!) die Orte finden, an denen der Einfluss einzelner Dörfer und Städte durch ein Satellitenbild in der Nacht ersichtlich wird. In Deutschland sind Orte völliger Dunkelheit kaum zu finden, aber nach Mitternacht geht in kleinen Dörfern auch das Straßenlicht aus, wodurch sich in dem Netz aus hell erleuchteten Stellen durchaus dunkle Standorte finden lassen.

Neben den künstlichen Lichtquellen, kann auch der Mond massiv zur Lichtverschmutzung beitragen. So kann auch der Nachthimmel bei ausreichender Belichtung in einem hellen Blau leuchten, wobei die Sterne in das Hintertreffen geraten. Es ist also auch zu beachten, wann man was fotografieren möchte. Einen schwarzen Himmel kann lediglich bei Neumond oder bei passendem Auf- und Untergang des Mondes erreicht werden. Wie sich dieser Zeitpunkt finden lässt, habe ich in meinem Beitrag unter Apps beschrieben.

Der Mond kann aber auch positiv dazu beitragen, da er den Vordergrund in ein dezentes Licht setzen kann. Hier zwei Beispiele, bei denen ich jeweils einen Zeitraffer an der Anhäuser Mauer und auf einer Weide erstellt habe.

Dieser Punkt kann aufs erste etwas kurios wirken, aber das ist tatsächlich ein Problem, das bei längerem Aufenthalt im Freien zwangsläufig auftritt. Aufgrund der relativ kalten Luft bei sternenklaren Nächten und durch die ständige Wärmeabstrahlung der Kamera in den Nachthimmel, kühlt sich diese mit der Zeit stark ab. An der Frontlinse kann dies nach einer gewissen Zeit zum Beschlagen führen, wodurch auf dem gesamten Bild eine Art Schleier liegt (bei einem meiner ersten Zeitraffer habe ich diesen Effekt zu spüren bekommen). Das Beschlagen der Linse beginnt dabei zu dem Zeitpunkt, an dem die Linse derart abgekühlte ist, dass die Umgebende Luft die Feuchtigkeit nicht mehr halten kann. Warme Luft ist in der Lage, mehr Feuchtigkeit zu tragen als kalte, wodurch das Wasser an der kalten Linse aus der Luft frei wird und kondensiert. Folglich sollte dafür gesorgt werden, dass sich das Objektiv nicht unterhalb dieser kritischen Temperatur abkühlt. Dies lässt sich durch einen einfachen Handwärmer erreichen, den man auf das Objektiv legt. Eine zusätzliche gute Möglichkeit ist die, dass man die Kamera vor der direkten Wärmeabstrahlung in den Himmel schützt. Hierfür lege ich meist eine Objektivtasche auf Kamera und Objektiv, wodurch auch ein langes fotografieren ohne Beschlagen problemlos funktioniert.

Für einen optimalen Bildaufbau kann ein Vordergrund gewählt werden, der sich dem Sternenhimmel als Schatten oder als ausgeleuchtetes Objekt aufprägt. Den potentiellen Standort sollte man dabei bereits am Tag begutachten, um mögliche Positionen der Kamera und die Relation des Vordergrundes zum Sternenhimmel festzustellen. Die Milchstraße lässt sich beispielsweise durch die passende App bereits am Tag so anzeigen, wie sie zur gewünschten Uhrzeit in der Nacht ausgerichtet ist.

Zeitraffer des Sternenhimmels sind eine relativ dankbare Art der Zeitraffer, da die Kamera nicht durch hunderte von Auslösern belastet wird. Trotzdem lassen sich „am laufenden Band“ Bilder aufnehmen, wodurch die Bewegung des Sternenhimmels, bzw. der Erde, ersichtlich wird. Hierfür lässt sich die für einige Canon Kameras erhältliche Software Magic Lantern verwenden, um die Intervallaufnahme festzulegen. In der Nachbearbeitung stellt LRTimelapse eine optimale Möglichkeit dar, um in Verbindung mit Lightroom aus den Einzelbildern ein Video zu erzeugen (ein Kurzbeitrag hierüber ist geplant. Gunther Wegner, ein Fotograf und der Entwickler des Programms, zeigt in seinen Tutorials jedoch schon alles Wissenswerte).

Aus den Einzelbildern lassen sich neben dem Zeitraffer auch die Effekte hervorrufen, die ich in den Beschreibungen bisher vermeiden wollte. Durch das kostenlose Programm StarStaX, von Markus Enzweiler, wird es einem ermöglicht, schnell und einfach schöne Sternspuren zu erzeugen. Dadurch wird die relative Rotation um den Polarstern deutlich, wobei dieser als Punkt zu erstarren scheint und sich alles andere um diesen dreht. Das Programm ist zudem in der Lage, jeden Zwischenschritt abzuspeichern. Dadurch lässt sich die Methode auch als Zeitraffer darstellen.

Eine der größten Herausforderungen stellen sehr kleine, schwach leuchtende Objekte wie Galaxien und Nebel da. Aber diese lassen sich, bei der passenden Technik, nicht nur mit teuren Teleskopen und Nachführungen ablichten. Der so genannte DeepSkyStacker umschifft die Problematik kurzer Belichtungszeiten (Aufgrund der Verwendung von Teleobjektiven mit beispielsweise 200 mm und somit, nach der 500-rule, lediglich 2,5 Sekunden Belichtungszeit) und starken Rauschens durch die Kombination mehrerer hundert Bilder. Durch das Überlagern der Einzelbilder wird das Rauschen im Mittel geringer, da sich die Bildinformation der jeweiligen Stelle aus der Summe der Einzelbilder ergibt. Forrest Tanaka zeigt in seinem Tutorial die genaue Herangehensweise und was beim Aufnehmen zu beachten ist. In der Wüste Israels konnte ich den Orion-Nebel und die Andromeda Galaxie auf diese Art und Weise fotografiere. Diese beiden Objekte sind recht schnell am Nachthimmel zu finden und sie sind zusätzlich auch noch relativ hell, wodurch die Anzahl der Aufnahmen minimiert wird.

„Barndoor“ (englisch, Scheunentor) beschreibt in abstrakter Weise, was diese Apparatur bewirkt. Durch den Aufbau mit einem Scharnier, lässt sich mit der aufgesetzten Kamera die Bewegung der Sterne nachverfolgen, wodurch auch bei längerer Belichtungszeit diese nicht zu Linien werden. Stattdessen verschmiert der Vordergrund in der Art und weise, wie es normalerweise der Himmel tun würde.

Als Voraussetzung für diese Funktionsweise müssen mehrere Dinge gegeben sein. Die Achse, um die sich das Scharnier verkippt, muss auf den Polarstern ausgerichtet sein. Dies kann man grob erzielen, indem man über die Achse auf diesen hin fluchtet, was sich mitten in der Nacht jedoch etwas schwer exakt erreichen lässt. Sauberer gelingt dies mit einem kleinen „Zielfernrohr“, das man an dem Adapter ansetzen kann um so eine genaue Ausrichtung vorzunehmen. Darüber hinaus muss das Öffnen oder Schließen des Scharniers (Offene Seite nach Osten = Öffnen, Offene Seite nach Westen = Schließen) mit der selben Winkelgeschwindigkeit erfolgen, wie die der Erde. Dies wird durch die Positionierung der Gewindestange an der genau definierten Stelle in der technischen Zeichnung, sowie der Verwendung einer M8 Gewindestange ermöglicht. Eine Umdrehung entspricht bei dieser eine Verschiebung von einem Millimeter. Mit der definierten Position entspricht folglich eine Umdrehung in der Minute genau der Verkippung, in der die Erde relativ zum Nachthimmel rotiert. Den Bauplan für den Adapter habe ich mir selbstverständlich nicht selbst ausgedacht, sonder mich an Torsten Frank orientiert.

An dieser Stelle muss ich vermutlich nicht näher auf die Mathematik dahinter eingehen, da sie für den Interessierten sicherlich keine Herausforderung darstellt und für den Desinteressierten nicht von Relevanz ist. Wer sich jedenfalls genau an den Bauplan hält, kann dadurch Belichtungszeiten von mehreren Minuten erreichen, wodurch sich die Lichtempfindlichkeit und somit das Rauschen reduzieren lässt. Ebenso kann damit ein Zeitraffer erstellt werden, in dem sich nicht die Sterne, sondern der Boden bewegt.

Momentan betreibe ich die gesamte Apparatur noch von Hand, da mein Verständnis für Elektronik nicht ausreicht, um das Ganze zu automatisieren. Wer an dieser Stelle also Lust auf ein wenig Bastelarbeit hat, darf mir gerne zur Hand gehen und sein Wissen mit mir teilen.