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Grundlagen und Grundausrüstung

Inhalt
1. Die Spiegelreflexkamera 5. Wichtige Grundbegriffe
2. Das Fotostativ 6. Kamerabefestigung
3. Kabel- und Selbstauslöser 7. Fokalfotografie
4. Ersatzbatterien 8. Okularprojektion

In diesem Abschnitt beschreibe ich ausführlich die für den Einstieg benötigten Ausrüstungsgegenstände und allgemeingültige technische Grundlagen der Astrofotografie. Weiterführendes Zubehör, zum Beispiel für die Nachführung und Montierungen, werden in separaten Artikeln beschrieben.

Die Spiegelreflexkamera

Hier werden Eigenschaften der Kamera beschrieben, die für analoge und digitale Modelle gleichermaßen gelten. Besonderheiten digitaler Spiegelreflexkameras werdem im Artikel Digitalkameras ausführlich besprochen.

Die Abbildung zeigt eine Spiegelreflexkamera mit angesetztem festbrennweitigen Normalobjektiv und Kabelauslöser. Bereits mit dieser Minimalausrüstung gelingen eindrucksvolle Astrofotos:

Die Spiegelreflexkamera

Eine Spiegelreflexkamera, die für die Astrofotografie geeignet ist, muss folgende Merkmale aufweisen:

  • Die Auslösung muss frei von jeglichen Erschütterungen sein. Es muss also zumindest ein Selbstauslöser vorhanden sein, der mit einer ausreichend langen Verzögerung nach Drücken des Auslösers die Belichtung erst in Gang setzt, wenn die Erschütterungen durch die Berührung des Gehäuses abgeklungen sind. Die mir bekannten Modelle verzögern die Belichtung um etwa zehn Sekunden, diese Zeit ist ausreichend, um das Instrument ausschwingen zu lassen. Bei Aufnahmen mit ruhender Kamera muss diese Verzögerung ggf. bei der Zentrierung des Objektes berücksichtigt werden, da das Objekt durch die tägliche Himmelsdrehung je nach Brennweite in zehn Sekunden zum Teil ein beträchtliches Stück im Sucher weiterwandert. Für eine erschütterungsfreie Auslösung ist ein Kabel- oder Infrarot-Fernauslöser noch besser geeignet (siehe unten). Mit ihnen wird eine Berührung der Kamera vollkommen überflüssig.

  • Eine Spiegelreflexkamera ermöglicht im manuellen Modus die freie Wahl von Belichtungszeit und Blende. Beide Einstellungen müssen, auch in Kombination mit einem Kabel- oder Selbstauslöser, unabhängig voneinander frei wählbar sein. Diese Option bieten leider nicht alle Kameramodelle. Hier sollte man sich beim Kauf von einem Fachhändler beraten lassen und die Einstellmöglichkeiten wenn möglich vorher testen.

  • Unmittelbar vor der Belichtung schwingt der Klappspiegel nach oben und gibt den Strahlengang auf den Film bzw. Sensor frei. Bei vielen Modellen geschieht diese Bewegung so heftig, das die hierbei entstehenden Schwingungen das Bild verwackeln lassen. Einige Kameramodelle haben daher eine Klappspiegel-Vorauslösung. Dieses Feature beinhaltet eine Verzögerung der Auslösung für die Dauer der auftretenden Schwingungen. Diese Spiegelschwingungen sind eine häufige Ursache für das Misslingen von korrekt fokussierten Fotos. Die Klappspiegel-Voauslösung wird in Katalogen oft unter Makro-Tauglichkeit angeführt, da hier diese Funktion ebenfalls von Bedeutung ist.

  • Man muss ausserdem beim Kauf darauf achten, dass für das gewünschte Fabrikat sog. T2-Ringe erhältlich sind. Dies ist ein Verbindungsring mit dem kameraspezifischen Bajonett (der objektivseitige Teil der Befestigung der Optik an der Kamera). Er wird zum Anschluss einiger Teleobjektive und Kameraadpter für Teleskope benötigt.


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Das Stativ

Ein gutes, stabiles Stativ ist die Grundlage für erfolgreiche Astrofotografie mit ruhender Kamera. Bei langen Brennweiten und/oder Belichtungen sind leichte Stative äusserst anfällig für früher oder später immer auftretende Schwingungen und Störfaktoren wie zum Beispiel Wind.

Benutzt man meistens kurze bis mittlere Brennweiten oder kleine Spiegelobjektive bis etwa 500 Millimeter Brennweite, reichen kleine, stabile Reisestative der Kilo-Klasse völlig aus (Abbildunbg links, Gewicht ca. 1,8 kg).

Bei längeren Brennweiten empfiehlt sich ein schweres, solides Stativ. Aufgrund der bei Brennweiten über 500 Millimerter schweren Zentrierung sollte es Feinbewegungen in alle Richtungen ermöglichen (Abbildung rechts). Da bei langbrennweitigen Aufnahmen bereits das Schwingen des Klappspiegels der Kamera die Aufnahme verwackeln kann, sollte die Gesamtkonstruktion sehr solide sein.

Fotostative

Ein hohes Gewicht alleine ist keine Garantie für eine hinreichende Stabilität. Beim Kauf sollte man vor allem darauf achten, dass das Gerät insgesamt eine steife, stabile Verarbeitung hat. Dies testet man am besten, indem man versucht, ein aufgestelltes Stativ zu drehen. Hierbei sollten die Bewegungen der Bauteile untereinander möglichst gering sein. Die maximale Belastbarkeit sollte auch etwas über dem Gewicht der aufzusetzenden Optiken liegen.

Desweiteren ist es sehr wichtig, dass eine absolut steife Verbindung zwischen Kamera und Stativkopf hergestellt werden kann. Das an sich stabilste Stativ ist nutzlos, wenn sich die Kamera auf dem Stativkopf leicht bewegen lässt.

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Kabel- und Selbstauslöser

Der Kabel- oder Selbstauslöser ist für verwackelungsfreie Astrofotos unerlässlich. Selbst die stabilsten Stative und Teleskopmontierungen können die Schwingungen und Erschütterungen, die sich beim Auslösen am Gehäuse bilden, nicht kompensieren.

Bei modernen Kameras besteht der Drahtauslöser aus einem etwa 60 Zentimeter langen Kabel, das mit Fernauslöser und Kamera verbunden ist. Infrarot-Fernauslöser kommen sogar ohne Kabel aus.

Foto eines Kabelauslösers:

Kabelauslöser

Es empfielt sich, beim Auslösen den Drahtauslöser möglichst weit von der Kamera weg zu halten, um jede Erschütterung zu vermeiden. Das Kabel sollte jedoch noch leicht durchhängen. Da Selbstauslöser die Belichtung mit ausreichender Verzögerung auslösen, kann die Auslösung hierbei auch direkt am Gehäuse der Kamera erfolgen.

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Ersatzbatterien

Da Batterien bei niedrigen Temperaturen mitunter eine nur sehr eingeschränkte Leistungsfähigkeit besitzen, empfielt es sich generell, rechtzeitig für Ersatzbatterien zu sorgen. Da die Belichtung bei einer Stromunterbrechung abgebrochen wird, sollte man frische Batterien einlegen, wenn die Kamera über Stunden angeschaltet bleiben soll bzw. muss.

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Wichtige Grundbegriffe

An dieser Stelle erkläre ich zusammenfassend vier wichtige Begriffe, die im Laufe dieser Online-Anleitung immer wieder verwendet werden: Die Öffnung, Brennweite und Lichtstärke von Optiken sowie die Maßeinheit Zoll.

Die Öffnung

Die Öffnung einer Optik, auch freie Öffnung genannt, ist der Durchmesser der lichtsammelnden Fläche, also der Durchmesser der Objektivlinse eines Refraktors, des Hauptspiegels bei Spiegelteleskopen oder der Schmidt-Platte bzw. Meniskus-Linse bei katadioptrischen Teleskopen. Diese Öffnung ist nicht mit dem Innendurchmesser des offenen Tubus bei Reflektoren zu verwechseln!

Bei Teleskopen und Spektiven ist die Öffnung die wichtigste Kennzahl der Optik, da sie das Leistungsvermögen in Hinblick auf Auflösungsvermögen und maximale Vergrößerungen bestimmt. Im Falle von Kameraobjektiven wird stattdessen die Brennweite und Lichtstärke zur Charakterisierung verwendet.

Die Brennweite

Die Brennweite ist der Abstand von der Linsenmitte bzw. Spiegeloberfläche und dem Brennpunkt, in dem die gebrochenen Lichtstrahlen vereint werden. Die Brennweite ist der einzige Faktor, der über die Abbildungsgröße eines Objektes auf dem Film bzw. Sensor entscheidet. Die Brennweite wird üblicherweise in Millimeter angegeben.

Die folgende Skizze zeigt Öffnung und Brennweite am Beispiel eines Linsenteleskops (Refraktor), sie gilt aber auch für Kameraobjektive:

Öffnung und Brennweite

Die Lichtstärke

Die Lichtstärke ist der Quotient aus Öffnung und Brennweite einer Optik. Eine Optik ist umso lichtstärker, je größer die Öffnung bei einer gegebenen Brennweite ist. Je lichtstärker eine Optik ist, umso kürzer kann bei gleicher Objekthelligkeit und ISO-Empfindlichkeit belichtet werden.

Lichtstarke Optiken eignen sich für Sternhaufen, Nebel, Galaxien und Kometen. Für Sonne, Mond und Planeten sind lichtschwache Optiken besser geeignet. Eine ausführliche Beschreibung der Lichtstärke finden Sie im Artikel Optiken.

Die Maßeinheit Zoll

Die Öffnung von Teleskopen und Spektiven wird traditionell in Zoll angegeben. Ein Zoll (engl. Inch) hat eine Länge von 25,4 Millimetern. Für die Öffnung wird aber auch gelegentlich das metrische System benutzt.

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Kamerabefestigung

Für eine gute Bildqualität ist eine geradlinige, stabile und wackelfreie Befestigung der Kamera an der Aufnahmeoptik eine unabdingbare Voraussetzung.

Ist diese Befestigung instabil, kann die Kamera, ggf. mit Fokal- oder Projektionsadapter, für das bloße Auge unmerklich kippen. Gerade bei langbrennweitigen Teleobjektiven und Teleskopen muss die Fokussierung auf wenige hundertstel Millimeter genau erfolgen. Kippt nun die Kamera und mit ihr auch die Fokalebene in Form des Films oder Sensors ab, liegt ein Bereich des Bildes genau im Fokus, ein Teil befidet sich vor- und ein weiterer hinter der Brennebene der Optik.

Die Bereiche des Bildes vor- und hinter der Brennebene werden also unscharf abgebildet. Bei der Verwendung von Digitalkameras kommt ein weiterer Störfaktor hinzu: Durch die Kippung des Sensors wird das einfallende Licht von den Linsen, die sich vor den Pixeln befinden, nicht korrekt gebrochen. Es entstehen Farbsäume um das Motiv.

Im Falle von kameraspezifischen Objektiven braucht man sich um die richtige Befestigung keine Gedanken zu machen: Das Objektiv wird an der Markierung angesetzt, festgedreht, und die Verbindung sitzt perfekt.

Bei MF-Objektiven, die einen kameraspezifischen T2-Ring oder M42-Adapter benötigen, ist es wichtig, dass das Schraubgewinde fest angezogen wird. Der T2-Ring hat einen anfälligen Schwachpunkt: Die drei Schrauben, die in den gerändelten Aussenrand eingelassen sind, können sich lösen, was eine ständige Verschiebung der beiden ineinandergesetzten Ringe zueinander zur Folge hat. Eine stabile Befestigung ist somit nicht mehr gewährleistet. Die Schrauben können mit einem Uhrmacher-Schraubendreher problemlos angezogen werden.

Die bei Teleskopen standardmässigen 1 1/4 Zoll-Steckhülsen werden am Okularauszug je nach Modell mit ein oder zwei Rändelschrauben wie ein Okular oder Zenitprisma von aussen fixiert. Bei nur einer Schraube ist die Gefahr des Abkippens sehr groß, zwei Schrauben bieten eine stabile Befestigung. Voraussetzung ist natürlich, dass die Schrauben fest angezogen werden.

Das folgende Foto zeigt einen Fokaladapter mit 1 1/4 Zoll-Steckhülse, der mit einem T2-Ring an einer Spiegelreflexkamera befestigt ist:

Fokaladapter

Der Okularauszug als solcher muss ebenfalls mit einer Schraube von aussen fixierbar sein, damit er durch das Gewicht der Kamera nicht nachträglich weiter herausgezogen und der Fokus verstellt wird.

Die meisten katadioptrischen Teleskope haben eine Überwurfmutter, an der fotografisches Zubehör mit Schraubgewinden befestigt wird. Sofern die Gewinde fest angezogen werden, ist das die stabilste Befestigung für fotografisches Zubehör.

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Fokalfotografie

Die Fokalfotografie ist die häufigste Form der Astrofotografie. Sie hat den Vorteil, dass die Brennweite bei konstanter Öffnung nicht verlängert wird, also kein Verlust an Lichtstärke und Bildhelligkeit eintritt. Der Lichtverlust bei verlängerter Brennweite kommt dadurch zustande, dass das Licht, das vom Objekt ausgeht, über eine größere Fläche verteilt wird. Allerdings werden bei der Fokalfotografie kleine Objekte wie Planeten und Feinstrukturen auf Sonne und Mond zum Teil so klein abgebildet, dass man nichts auf ihnen erkennen kann.

Bei dieser Form der Fotografie wird die Kamera mit einem sog. Fokaladapter anstelle des Okulars am Teleskop befestigt (ohne Zenitprisma oder ähnliche Linsen). Dieser Adapter wird mit einem sog. T2-Ring mit der Kamera verbunden.

Das Teleskop arbeitet also wie ein riesiges Teleojektiv. Das Bild, das von der Linse bzw. dem Spiegel erzeugt wird, wird direkt vom Film bzw. Sensor aufgezeichnet. Das bildaufnehmende Medium befindet sich also im Primärfokus des Teleskops.

Skizze der Fokalfotografie im Primärfokus:

Fokalfotografie

Vom Primärfokus kann man streng genommen nur bei Linsenteleskopen (Refraktoren) und Newton-Reflektoren sprechen. Im Falle von katadioptrischen Systemen und Cassegrain-Reflektoren wird das Bild von einem Fangspiegel, der sich kurz vor dem Primärfokus des Hauptspiegels befindet, in Richtung Hauptspiegel zurückgeworfen, wobei der Fangspiegel die Brennweite etwa um den Faktor 10 oder größer verlängert. In diesem Fall spricht man vom Cassegrain-Fokus, seltener von Sekundär-Fokus.

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Okularprojektion

Bei der Fotografie von Planeten, Feinstrukturen auf dem Mond und Großaufnahmen von Sonnenflecken werden sehr lange Brennweiten, zum Teil im Zehnmeterbereich, benötigt. Solche Brennweiten können mit Amateurteleskopen nur mit Hilfe der sog. Okularprojektion realisiert werden. Das vom Okular bzw. einer Barlow-Linse erzeugte Bild des Objektes wird hierbei auf den Film projiziert, genau wie ein Diaprojektor das Bild auf die Leinwand wirft.

Durch die Okularprojektion wird eine Abbildung erzeugt, die einer wesentlich längeren Brennweite ohne Okular bzw. Barlow-Linse entspricht. Diese Brennweite, die die gleiche Abbildungsgröße des Objektes ohne Okularprojektion erzeugen würde, wird Äquivalentbrennweite, auch Effektivbrennweite, genannt. Sie hängt von der Brennweite des Teleskops, der Okularbrennweite und dem Abstand des Okulares von der Film- bzw. Sensorebene ab.

Beispiel: Ein Teleskop mit 1000 Millimeter Brennweite erzeugt im Brennpunkt ein Mondbild von durchschnittlich neun Millimeter Durchmesser. Verwendet man dieses Teleskop in Okularprojektion und erzeugt damit ein Mondbild von 90 Millimeter Durchmesser, hat man eine Äquivalentbrennweite von zehn Metern.

Diese Technik hat gegenüber der Fokalfotografie einen immensen Lichtverlust zur Folge. Die Lichtstärke wird je nach Okularbrennweite und Abstand zum Film bzw. Sensor auf bis zu 1:50 oder gar 1:100 reduziert. Es müssen folglich höhere ISO-Empfindlichkeiten, vorzugsweise ISO 200 bis 400, verwendet werden. Durch diese geringen Lichtstärken werden längere Belichtungszeiten erforderlich, die das Seeing nicht mehr unterdrücken können. Dadurch können auch exakt fokussierte Astrofotos vollkommen unscharf werden. Bei der Okularprojektion sind lichtstarke Teleskope im Vorteil: Verdoppelt man bei gegebener Äquivalentbrennweite die Öffnung, wird die Belichtungszeit auf ein Viertel reduziert.

An das Teleskop wird anstelle des Okulars (ohne Zenitprisma) ein sog. Prokjektionsadapter oder Tele-Extender befestigt. In diesen wird das Okular eingesetzt. Dieser Adapter wird mit einem T2-Ring an der Kamera befestigt.

Die Befestigung muss so steif sein, dass der Projektionsadapter nicht abknickt, da sonst das Bild auf dem Film verzerrt und stellenweise unscharf wird. Ein exakter Kreis würde dan als Ellipse abgebildet und das Bild unscharf werden.

Die Fokussierung erfolgt sinnvollerweise mit der Scheinerblende.

Skizze des Strahlengangs bei der Projektionsfotografie:

Okularprojektion

In der Skizze liegt die Filmebene direkt im Brennpunkt des Okulars. Je weiter sie nach rechts, also vom Okular weg, verschoben wird, umso größer aber auch lichtschwächer wird das Bild.

Ergänzende Artikel: Optiken, Digitalkameras, Teleskope, Montierungen, Nachführung

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