Astrofotografie – Ratgeber für Einsteiger und Fortgeschrittene

First Light

Es wird vorausgesetzt, dass die Montierung samt Teleskop und Ausrüstung aufgebaut ist. Die Polausrichtung (Einnordung) sowie die Positionsbestimmung mittels n-Sterne-Alignment oder Plate Solving sollten vor der ersten Testaufnahme ebenfalls durchgeführt werden. Wie das genau funktioniert, erklären wir in einem anderen Artikel.

Software

Für die Deep Sky Fotografie bieten sich verschiedene Tools an. Neben APT erfreuen sich vor allem N.I.N.A. und Sequence Generator Pro (SGP) immer größerer Beliebtheit. Viele dieser Tools enthalten einen eine Sequence Planer, der vor allem dann sinnvoll ist, wenn mehrere Objekte vollautomatisiert aufgenommen werden soll oder aber mit verschiedenen Parameter fotografiert werden soll. Das schließt auch das Plate Solving und Dithering mitein. Mit SGP hatten wir leider keinen großen Erfolg bei der Deep Sky Fotografie. Grundsätzlich kann bei Belichtungszeiten von 30 bis 120 Sekunden nur jedes 3 Frames gedithert werden. Dennoch nimmt das Dithern eine gewisse Zeit in Anspruch, die sich auch mal über 3 Minuten erstrecken kann. Nach 2 Stunden war Material mit einer Gesamtbelichtungszeit von gerade einmal 60-70 Sekunden im Kasten. SharpCap bietet in der neusten Version ebenfalls einen Sequence Editor, der bei einfachen Aufnahmen aber garnicht notwending ist. Auch beherrscht SharpCap das Dithern im Live-Stacking-Modus.

Zum Objekt schwenken

Vorbereitung ist in der Astrofotografie das A und O, denn die sternenklaren Nächte werden immer seltener. Die Objektwahl sollte daher bei Tageslicht getroffen werden. Wer auf die Positionsbestimmung mit Plate Solving setzt, kann dies über eine Software wie SharpCap oder APT durchführen. Doch zuvor sollte das Teleskop zu einem hellen Stern geschwenkt werden, um den Fokus einzustellen. Eine Bahtinov-Maske kann dabei helfen, den richtigen Fokus zu finden.

Fokus einstellen

Den Fokus sollte man so scharf wie möglich einstellen, eine Testaufnahme mit 10-15 Sekunden Belichtungszeit aufnehmen und je nach Kamera im Live-Zoom oder am Bildschirm heranzoomen. Sind die Sterne punktförmig, ist das Teleskop scharf gestellt. Beim Scharfstellen kann eine Bahtinov Maske helfen. Der anvisierte Stern bekommt dadurch sechs Spikes. die äußeren Spikes sind nicht veränderlich. Die veränderliche Komponente sind die beiden mittleren Spikes rechts und links vom Stern. Diese müssen sich exakt zwischen den äußeren Spikes befinden. Durch intrafokales oder extrafokales Fokussieren, wandert das Spikepärrchen in eine der beiden Richtungen zu den äußeren Spikes. Besitzer eines 3D-Druckers können sich diese auch selbst drucken. Unter AstroJargon gibt es ein Tool für Windows, das anhand der Teleskopdaten die passende Bahtinovmaske generiert und als SVG-Datei speichert. Diese Dateien können dann in ein beliebiges Konstruktionsprogramm geladen und weiter verarbeitet werden.

Eine häufig genutzte Methode ist die, bei der das Teleskop auf einen möglichst hellen Stern gerichtet wird. Per Live-View-Funktion sollte der Fokus solange eingestellt werden, bis der Stern möglichst klein und rund erscheint. Anschließend macht man ein Foto und schaut sich das Ergebnis an. Hier muss gegebenenfalls mehrfach nachfokusiert werden.

Je nach gewählter Belichtungszeit sind vier Zacken (engl.: Spikes) am Stern zu erkennen. Sollten die Sterne Doppelspickes aufweisen, muss nachfokussiert werden.

Bei Stahltuben ist es je nach Seeing und Temperatur oftmals erforderlich, den Fokus nach etwa 1-2 Stunden nachzustellen. Oder aber man steigt auf Carbontuben um, die aufgrund eines geringen Ausdehnungskoeffizienten den Fokus die ganze Nacht über konstant halten können.

Das Fokussieren bei der Planetenfotografie gestaltet sich einfacher. Dazu wird im Live-Bild auf die kleinste sichtbare Struktur scharf gestelt. Bei instabilen Seeingbedingungen ist das sehr schwierig. Eine Bahtinov-Maske kann dabei helfen, den richtigen Fokus zu finden. 

Verschlusszeit

Die Belichtungszeit kann bei Objekten zwischen 1 Sekunde und 10 Minuten pro Bild betragen. Bei Astrokameras ist die Belichtungszeit von der Full Well Kapazität abhägig. Ein Pixel kann eine bestimmte Anzahl an Elektronen aufnehmen, bevor es in Sättigung geht. Die Full Well Kapazität gibt also an, wie viele Elektronen ein Pixel aufnehmen kann, bis es “voll” ist. Mithilfe eines Histogramms lässt sich im LiveView schnell feststellen, ob die hellsten Bereiche im Bild bereits ausgebrannt sind oder nicht. Das gilt vor allem für längere Belichtungszeiten.

Zu Beginn sollte man sich auf Belichtungszeiten von 15-360s beschränken, um Erfahrung mit dem Equipment zu sammeln. Für Objekte wie M81&M82 könnte man 100×300″ Frames machen.  Für M31 reichen bereits 120-180 Sekunden Belichtungszeit. Man kann mit 200×120″ Frames ein ebenso gutes Ergebnis erzielen wie mit 50×180″. Beim Eskimonebel reichen 15x100s Frames aus. Auf Astrobin kann man seine Ausrüstung suchen und sich Ergebnisse anderer Anwender anschauen. Anhand der dort eingetragenen Daten lässt sich bereits leicht abschätzen, wie lange belichtet werden sollte.

Autoguiding

Die handelsüblichen Montierungen haben eine bestimmte Laufgenauigkeit, die trotz genauer Poljustage, abhängig von der Brennweite des Teleskops, Belichtungszeiten von bis zu 30s ohne Nachführkontrolle ermöglicht. Bei Belichtungszeiten von mehreren Stunden, was in der Deep Sky Astrofotografie aufgrund des Rauschverhaltens des Chips auch gefordert wird, kommt es zu Abweichungen. Mithilfe des Autoguidings lassen sich diese Abweichungen kompensieren. Dazu wird eine Astrokamera mit passendem Autoguiding-Anschluss an die Montierung angeschlossen (ST-4 Anschluss) und mit einem Tool wie PHD2 angesteuert. Über das Tool werden ein- oder mehrere Sterne als Leitsterne definiert. Gibt es auch nur die geringste Abweichung der Sterne, wird die Montierung nachgeführt. Das Leitrohr muss jedoch in dieselbe Richtung wie das Teleskop zeigen. Bei Stahltuben kommt es aufgrund von Temperaturschwankungen zu einem leichten Verzug, wodurch sich die Leitrohrposition minimal verschiebt. Alternativ dazu gibt es Off-Axis-Guider, die zusammen mit der Hauptkamera direkt am OAZ des Teleskops montiert werden.

Die Kalibrierung an einem Stern in PHD2 kann bis zu 5 Minuten in Anspruch nehmen. Auch sollte sichergestellt werden, dass es sich dabei um ein Stern und nicht um ein Staubkorn oder Fleck handelt. Zudem sollte das Dithern verwendet werden, was einen Versatz um wenige Pixel auslöst. Dadurch wird gewährleistet, dass das Objekt nicht immer an der selben Stelle steht und Störpixel besser erkannt werden. Ob das Guiding funktioniert, lässt sich an einem gestackten Bild erkennen, dass aus den einzelnen Frames zusammengesetzt wird.

Dithering mit PHD2 und SharpCap

Wenn Streifspuren von Sternen im Bild quer verteilt sind, ist das ein Indiz für ein unzureichendes Guiding, wie folgendes Bild zeigt:

Diese Streifspuren können duch das Dithering kompensiert werden. Beim Dithering werden kleine zufällige Bewegungen ausgeführt, wodurch unter anderem Streifspuren (engl.: “walking noise pattern“) und sogar “Hot Pixel” vermieden werden können. Das Dithering kann sowohl mit als auch ohne Autoguidung angewendent werden. Wenn Autoguiding  betrieben wird, muss der Leitstern mit der Dithering Bewegung koordiniert werden. Dazu kommunizieren Tools wie APT, SGP und SharpCap mit PHD2.

Die Schmutzflecken können während des Stacking-Prozess mit dem “Sigma Clipping” entfernt werden. Um das Dithering zu akivieren wird das Tool APT geöffnet, Auto Dithering aktiviert und als Guiding Programm z.B.  “PHD2 Guiding” ausgewählt. Auch im Autoguiding-Programm PHD2 Guiding müssen noch einige Einstellungen vorgenommen werden:

• Menü -> Einstellungen -> PHD-Server aktivieren
• Brain-Symbol -> Reiter “Global” -> Abschnitt “Dither Einstellungen”: Vergrößern = 1,0    (Faktor zum Multiplizieren der APT-Einstellung)

Das Dithering wird in APT gestartet, indem mittels [SHIFT]+Mausklick auf den Button Guide[D] geklickt wird. PHD2 muss vorher jedoch gestartet werden, damit APT eine Verbindung zur Guiding-Software aufbauen kann. Bei einem erfolgreichen Verbindungsaufbau erscheint im Verlauf der Nachführung unter PHD2 das Dithering.

Wenn Dithering in APT genutzt wird, muss auch die Hauptkamera mit APT angesteuert werden.

Ein weiteres Tool, dass das Dithering beherrscht, ist der Sequence Generator Pro. Allerdings ist SGP kostenpflichtig und das, obwohl es sich lediglich um eine Zusammesetzung von Tools von Drittanbietern handelt. Wer Dithering betreiben möchte und eine einen einfachen Einstieg sucht, sollte das Live-Stacking in SharpCap ausprobieren. Um die Einzelframes im FITS-Format abzuspeichern, muss in den SharpCap-Einstellungen das Standardformat geändert werden.

Nach dem Start des Live Stack sollte zunächst der Pause-Button gedrückt werden, um das Stacken anzuhalten. Zunächst werden die gewünschten Einstellungen gesetzt.

Unter den Sharpcap-Einstellungen/Guiding folgende Werte festlegen:

• Max dither step: 20-25 (Pixel in arc umrechnen, wenn ASCOM Pusling Guiding verwendet wird, also wenn z.B. die Guiding Kamera nicht mit der Montierung, sondern via USB mit dem PC verbunden ist.)
• Settle threshold: < 2.5
• Minimum settle time 5s
• Maximum settle time 15s
• Dither in RA only: deaktivieren

Wer auf das Live-Stacking verzichten möchte, sollte jedoch folgende Einstellungen unter Controls setzen:

• Align Frame deaktivieren
• Raw Frame: Save except when Paused/Dithering
• View: Individual Frames
• Stacking: Default

Durch die Einstellungen wird das Live Stacking deaktiviert und stets die Einzelframes angezeigt. Das ist vor allem dann sinnvoll, wenn die Aufnahmen mit anderen Tools wie Astro Pixel Processor (APP) oder DeepSkyStacker gestackt werden. 

Für das Guiding verwenden wir folgende Einstellungen:

• Monitor Guiding Applikation aktivieren (auch unter PHD2 aktivieren)
• Pause stacking if guiding lost aktivieren
• Do not start stacking if not guiding aktivieren
• Automatically Dither aktivieren
• Dithering Interval: 180s (eventuell +5s höher setzen, damit das Dithering nicht während des letzten Frames ausgeführt wird)
• Reduce exposure While Dithering aktivieren

Bei einer Belichtungszeit von 60 Sekunden entspricht ein Dithering Interval von 180s genau 3 Minuten. Bei einer Belichtungszeit von 120s sollte dieser Wert dann auf 360 Sekunden erhöht werden, um nach jedem dritten Frame zu dithern Wenn gedithert wird, erscheint in PHD2 nach etwa 1-3 Minuten das Label “Dithering“. Die während dem Dithering aufgenommenen Einzelframes werden in SharpCap manchmal aufgezeichnet, auch wenn es in den Einstellungen deaktiviert wird. Diese müssen vor dem Stacken aussortiert werden. Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei längeren Belichtungszeiten. Nehmen wir an, dass die Belichtungszeit 900s beträgt. Das Dithering dauert je nach Einstellungen 20-40 Sekunden. Dennoch müssen Hobbyastronomen 900s warten, bis das nächste brauchbare Einzelframe gespeichert wird. In den neusten Version SharpCap 4.0.8026 gibt es deshalb die Option “Reduce exposure While Dithering”, um die Belichtungszeit während dem Dithering zu verkürzen. Die Deep Sky Fotografie mit SharpCap funktioniert sehr einfach und unproblematisch, wie folgendes Bild zeigt: