Astrofotografie

Die Astrofotografie ermöglicht ganz neue Ansichten von dem, was uns des Nachts am Sternenhimmel umgibt. Um die ganze Schönheit abzulichten, bedarf es langer Belichtungszeit und lichtstarken Objektiven oder Teleskopen. Eine „normale“ Kamera für Tageslichtfotografie ist zwar am Anfang ausreichend, aber schnell wird eine Kamera speziell für die Astrofotografie benötigt, wenn auch Nebel abgebildet werden sollen. Astrokameras zeichnen sich dadurch aus, dass sie auch im Infrarotbereich empfindlich sind, was bei „normalen“ Kameras nicht der Fall ist. Bei letzteren wird das Infrarotlicht durch Filter vom Sensor fern gehalten. Dafür sind Astrokameras nicht für Tageslichtfotografie geeignet, da die Bilder durch das zusätzliche Infrarotlicht einen Rotstich erhalten.

Bei astromodifizierten Kameras wird eine handelsübliche Kamera verwendet, der nachträglich (oder vereinzelt vom Werk aus) der Infrarotfilter entfernt wurde. Durch Einsetzen eines Clip-Filters kann die Kamera auch bei Tageslicht genutzt werden – überzeugt hat mich dieses Konzept aber nicht.

Und dann gibt es noch Kameras speziell für die Astrofotografie. Das ist im Grunde nur noch ein Sensor mit Kühlung. Ohne externe Stromversorgung und PC-Verbindung läuft nichts.

Um aber überhaupt den Sternenhimmel und die Nebel mit vielen Details darstellen zu können, bedarf es aber sehr langen Belichtungszeiten. Zum Beginn der Astrofotografie mit analogen Kameras mussten tatsächlich die Bilder stundenlang belichtet werden. Im digitalen Zeitalter bringt dieses viele Nachteile mit sich, sodass heutzutage viele Einzelaufnahmen mit Belichtungszeiten im Minutenbereich gemacht werden. Dann kommen schon mal mehrere hundert Aufnahmen zusammen, die dann am PC zu einem Bild zusammengerechnet werden. Durch Bildbearbeitung – zumeist mit speziellen Programmen – werden dann die Bilder so bearbeitet, dass zum Schluss vorzeigbare Bilder herauskommen.

Insgesamt ist Astrofotografie eine kleine Technikschlacht. Da sich der Sternhimmel im Laufe der Nacht bewegt, muss die Kamera nachgeführt werden, damit ein Stern während der gesamten Belichtung immer auf die gleichen Pixel des Kamerasensors abgebildet wird. Dafür werden Montierungen verwendet, die die Kamera in der gleichen Geschwindigkeit wie die Himmelsdrehung nachführt. Kleinste Abweichungen zum Beispiel durch Ungenauigkeiten in der Mechanik oder der Ausrichtung führen schon zu Strichspuren der Sterne. Um das zu vermeiden, wird eine zweite Kamera verwendet – die Guiding-Kamera -, die parallel zur Hauptkamera ausgerichtet ist und den Himmel filmt. Über eine Software wird die Position eines Leitsterns auf dem Sensor überwacht und die Montierung in der Nachführung korrigiert.
Dann bedarf es natürlich der eigentlichen Kamera, die entweder mit einem normalen Objektiv betrieben oder hinter einem Teleskop montiert wird. Damit die Kamera im Laufe der Nacht nicht mit Tau beschlägt, bedarf es meistens noch Taukappenheizungen, die für eine warme Luftschicht vor dem Objektiv oder Teleskop sorgen. Aufgrund der Abkühlung in der Nacht ändern sich die Abstände der Linsen im Objektiv oder Teleskop minimal. Daher muss zu Beginn der Nacht nachfokusiert werden – entweder manuell oder automatisch.

Wenn alles aufgebaut ist und läuft, kann mit den Aufnahmen begonnen werden. So kann Licht über die ganze Nacht, über mehrere Nächte, auch über mehrere Jahre hinweg, gesammelt werden. Je mehr, desto besser.

Am Ende einer Aufnahmesitzung sollten dann noch sogenannte Korrekturbilder aufgenommen werden. Diese sind dafür gedacht, die Vignettierung des Objektivs oder Teleskops, Staub auf dem Sensor und das Dunkelrauschen des Sensors herauszurechnen.

Und dann geht es an den PC: Es müssen alle Bilder verrechnet werden, das sogenannte Stacking. Dieses übernimmt eine spezielle Software. Im Endeffekt wird ein Durchschnittsbild berechnet, aus dem Vignettierungen und Staub herausgerechnet wurden, und das Dunkelrauschen des Sensors abgezogen wird. Das Dunkelrauschen ist im Grunde ein Bild, was ohne Lichteinfall aufgenommen wurde. Auch wenn kein Licht auf den Sensor fiel, ist das Bild nicht absolut schwarz, sondern leicht aufgehellt. Bei der Tageslichtfotografie spielt dieser Effekt keine Rolle, bei der Astrofotografie aufgrund der geringen Lichtmengen schon.
Das gestackte Bild ist rauschfreier als die Einzelbilder und auch störende Effekte wie Satelliten oder Flugzeuge (Positionslichter) in Einzelbildern fallen nicht mehr ins Gewicht.

Allerdings ist das Bild noch fast ganz schwarz, nur einzelne Sterne sind erkennbar. Daher muss das Bild noch gestreckt werden. Dunkle Bereiche werden dabei mehr gestreckt, also heller gemacht, als hellere Bereiche wie Sterne. Bei diesem Vorgang kommt aber auch das Störlicht von Straßenbeleuchtung oder dem Mond deutlich zum Vorschein. Daher muss dieses Störlicht vorab herausgerechnet werden. Das nennt man Entfernen von Gradienten. Anschließend kann noch eine Farbkalibrierung durchgeführt werden. Mit dem Strecken wird dann der Inhalt des Bildes endlich sichtbar – ein Vorgang, der etwas Fingerspitzengefühl braucht. Damit könnte die Bearbeitung beendet werden, für den Feinschliff kommen aber noch diverse Tools wie Rauschreduktion, Kontrastverstärkung, Sättigungsanpassungen etc. zum Einsatz. Die gesamte Bearbeitung für eine Astroaufnahme kann so schon mal mehrere Stunden dauern. Aber dafür hat man dann ein Bild von etwas, was mit bloßem Auge nicht sichtbar ist.

Hier jetzt ein paar Aufnahmen, die ich in den letzten Jahren aufgenommen habe.