Mit einem Teleskop können Beobachter in die tiefen des Weltalls eintauchen. Das menschliche Auge kann zwar trainiert werden, aber insbesondere im Deep Sky Bereich sind uns mit Ausnahme von einigen farbigen Sternen Grenzen gesetzt. Die farbenprächtigen Fotos von Galaxien, Nebel und Sternenhaufen haben absolut nichts mit der visuellen Beobachtung zutun. Die Farben von fotografierten Objekten werden nämlich erst durch lange Belichtungszeiten sichtbar. Visuell sehen diese Deep-Sky-Objekte eher nebelig, kontrastarm und diffus aus. Je nach Objekt, Teleskopöffnung und Filter lassen sich aber einige Details deutlich hervorheben. Mehr Öffnung bedeutet nämlich auch mehr Lichtsammelvermögen, wodurch z.B. schwache Gasnebel nicht nur als diffuser Fleck erscheinen. Gleichzeitig sind höhere Vergrößerungen nur in den seltensten Fällen wirklich sinnvoll. Das Objekt erscheint dann zwar größer, bietet aber je nach Seeing unter Umständen weniger Details.

Was ist Deep Sky?

Als Deep Sky werden astronomische Objekte bezeichnet, die sich außerhalb unseres Sonnensystems befinden. Hierzu zählen Nebel, Galaxien, Sternenhaufen, Supernova-Überreste und vieles mehr. Asteroiden können zwar mit der gleichen Technik fotografiert werden, zählen jedoch nicht zu den Deep Sky Objekten.

Was möchte ich fotografieren?

Grundsätzlich lässt sich Astrofotografie mit jeder handelsüblichen Kamera, einem Objektiv und einer stabilen Montierung betreiben. Mit einem Teleskop eröffnen sich dem Astronomen jedoch ganz neue Möglichkeiten. Es gibt jedoch nicht die Eierlegende Wollmilchsau, die alle Bereiche von astronomischen Beobachtungen und Fotografien abdeckt. Daher sollten vor einer größeren Anschaffung die eigenen Ziele definiert und ein Preisrahmen festgelegt werden. Denn nach oben oben gibt es preislich eigentlich keine Grenze. Dann gilt, sich mit den unterschiedlichen Teleskoptypen und deren Spezifikationen auseinanderzusetzen. Jedes Teleskop hat nämlich seine Stärken und Schwächen.

Ausrüstung

Überblick

Die Astrofotografie ist ein Oberbegriff für diverse Unterkategorien. Den einfachsten Einstieg bietet die Weitwinkel-Astrofotografie, da sich das technische Equipment lediglich auf eine DSLR-Kamera, einem Stativ und einem guten Objektiv beschränkt.

Die Planetenfotografie ist aber ebenso eine Art von Astrofotografie, bei der Sonne, Mond, Planeten unseres Sonnensystems sowie Asteroiden und Kometen fotografiert werden können. Wenn viele Details gefordert sind, sollte es mindestens ein 8″ Teleskop sein. Für großflächige Objekte darf es aber gerne ein paar Nummern kleiner sein. Übrigens werden Planeten üblicherweise nicht fotografiert, sondern im SER-Format aufgenommen und mit Tools wie PIPP in ein gängiges Format wie AVI konvertiert.

Die einzelnen Bilder eines Videos werden anschließend mit einem geeigneten Tool wie AutoStakkert!3 analysiert und die qualitativ besten Aufnahmen übereinander gelegt. Bei einem Video mit einer Länge von 30-60s können das auch mal 200 Frames und mehr sein. Davon können je nach Qualität 10-40% der besten Frames übereinander gelegt werden. Diesen Vorgang nennt man auch Stacken. Das fertige Bild wird dann mit einem Wavelet-Filter überarbeitet. Gearbeitet wird üblicherweise im TIF-Format. Dazu eignet sich z.B. Registax sehr gut. Als technisches Equipment bieten sich Planetenkameras an, die speziell für diesen Einsatz konzipiert und entwickelt worden sind. 

Die Deep Sky Astrofotografie schließt den Kreis der Astrofotografie, dürfte aber schnell den Preisrahmen von Einsteigern sprengen. Wer einen günstigen Einstieg sucht und gleichzeitig viel Öffnung für sein Geld möchte, greift zu einem Newton Teleskop. Diese Teleskop-Bauart ist relativ günstig und bietet viel Freiraum für Optimierungen. Kameras mit APS-C Sensoren haben sich bei Newton Teleskopen am ehesten bewehrt. Die Newtons haben aber einige Nachteile, was ein Grund sein dürfte, weshalb viele Astronomen zu APOs greifen. Diese APOs sind mit erheblichen Mehrkosten verbunden. Grunsätzlich kann man aber mit jeder vernünftigen Ausrüstungskombination ausgezeichnete Bildergebnisse erzielen. 

Montierung

Bei der Montierung unterscheidet man zwischen Azimutal und Parallaktisch, wobei für die Astrofotografie mit langen Belichtungszeiten nur die parallaktische Montierung in Frage kommt. Bei dieser Montierungsart ist eine Achse parallel zur Erdachse ausgerichtet. Um die Himmelsrotation auszugleichen, muss das Teleskop nur noch um diese sogenannte Stundenachse drehen. Dadurch sind lange Belichtungszeiten ohne störende Bildfelddrehungen möglich. Diese Montierungsart wird mit und ohne GoTo-Steuerung angeboten. Bei der GoTo-Steuerung können Himmelsobjekte über eine integrierte Datenbank ausgewählt und angefahren werden. Der Anwender kann das Teleskop aber auch manuell schwenken. Die Schrittmotoren halten das anvisierte Objekt in der Bildfeldmitte. Voraussetzung dafür ist eine gute Poljustage und Ausrichtung.

Beim Kauf einer Montierung sollte insbesondere die Traglast beachtet werden. Eine Montierung sollte niemals mit mehr als 2/3 ihrer maximalen Traglast beladen werden. Als Beispiel betrachten wir eine Montierung mit einer Traglast von 15kg. Diese kann ein 8″ Newton mit 8kg problemslos aufnehmen. Jedoch kommen dann noch Geräte wie eine DSLR-Kamera, ein Sucher mit Guiding-Kamera und ein Streulichtschutz. Dann sind 15kg schnell erreicht und die Montierung unterdimensioniert. Grundsätzlich ist aber auch die Tragfähigkeitsangabe nicht aussagekräftig genug. Denn die rotatorische Massenträgheit wird dabei absolut nicht berücksichtigt. Bei einer Masse von 10kg und einem Abstand zur R.A.-Achse von 0,3m ergibt sich ein Massenträgheitsmoment I(RA)=10kg * 0.3m *0.3m = 0,9 kg m^2. Wenn dann der Schwerpunkt des OTA z.B. 25cm entfernt von der R.A.-Achse liegt, ergibt sich die zulässige Masse I(RA) / (0,25m*0,25m) = 14,4 kg. Auch der Abstand der Gegengewichte zur R.A.-Achse müssen entsprechend berücksichtig werden. Der Schwerpunkt von OTA und Gegengewichte muss gleich sein, wodurch sich dann dasselbe Massenträgheitsmoment ergibt. Für den Gewichtsausgleich müssen OTA und Gewichte demnach die selbe Masse besitzen. Gleicher Abstand und gleiche Masse ergibt gleiches Massenträgheitsmoment. Der  OTA hat dann 1/2 und das Gegengewichte ebenfalls 1/2 des Massenträgheitsmoments.

Natürlich kann das Gegengewicht auch nur halb so schwer wie das OTA gewählt werden. Es muss dann aber in einem größeren Abstand zur R.A.-Achse fixiert werden. Dadurch ergibt sich aber auch ein doppelt so großes Massenträgheitsmoment I(RA), wodurch der OAT 1/3 und das Gegengewicht 2/3 des Massenträgheitsmomentes haben. Eine Montierung mit einer Traglast von 15kg könnte demnach maximal ein OAT mit 5kg aufnehmen, was einem 6″ Newton samt Zubehör entspricht.

GoTo-Ansteuerung

Die AZ-EQ6 lässt sich mit der mitgelieferten Handsteuerbox über eine RJ45-Schnittstelle ansteuern. Für eine kabellose Ansteuerung gibt es optional ein WIFI-Modul von Skywatcher, das mit knapp 70 EUR zu Buche schlägt. Alternativ bieten sich Adapter mit der Bezeichnung EQDIR USB, EQDIR RS232 und EQDIR Bluetooth. Viele dieser Adapter basieren auf den FTDI 232R Chip, der unter Windows sehr unproblematisch ist und auch unter Linux von diversen Astrotools unterstützt wird. Dank eindeutiger Chip-ID bleibt die COM-Port-Nummer des Geräts für jeden USB-Anschluss gleich. Die Adapter können natürlich auch selbst gebaut werden, wobei die Montierung bei falscher Verdrahtung schnell Schaden nehmen kann. Unter folgendem Link gibt es eine sehr gute Beschreibung für den Selbstbau. Ein EQDIR USB Adapter kann mit einem Raspberry PI mit Astroberry oder mit einem Windows PC verbunden werden.

Die AZ-EQ 6 Pro/GT/R besitzt 5V-tolerante 3.3V-Signal-Schnittstellen, weshalb sich sowohl TTL232R3V3 als auch TTL232R eignen. Wir nutzen dafür ein TTL-232R-3V3 von digikey.de. Um Versandkosten zu sparen, kann man z.B. noch einen Raspberry PI 4 Model B 8GB dazubestellen.

EQDIRECT für HEQ5 / AZ-EQ 6 GT/Pro/R (Achtung: EQ6 und AZ-GTi haben eine andere Pi-Belegung)

• RJ45 Kabel auftrennen
• TTL-232R-3V3 vorbereiten
• Pin 4 des RJ45 mit schwarzem TTL232R Kabel (GND) löten
• Pin 5 des RJ45 mit gelbem TTL232R Kabel (RXD) löten
• Pin 6 des RJ45 mit orangenem TTL232R Kabel (TXD) löten
• Treiber für TTL232R installieren

Hinweis: Wir empfehlen, zunächst die drei Kabel am RJ45 Stecker von den restlichen Kabeln, die ungenutzt bleiben, zu isolieren und dann die Kontakte mit einem Multimeter zu prüfen. Erst dann sollte das Kabel mit einem Netzteil verbunden werden und mit einem Multimeter die Spannung zwischen Pin 1 und 8 (12V und GND) geprüft werden. Ein negativer Spannungswert bedeutet, dass das Minus-Kabel des Multimeters mit 12V des Netzteils verbunden ist und das Plus-Kabel mit GND.

Teleskop

Das Teleskopangebot für die Astrofotografie ist relativ groß. Die Auswahlkriterien für die Planetenfotografie sind aber ganz andere als die für die Deep Sky Astrofotografie. Bei Planetenaufnahmen spielt die Brennweite keine große Rolle, da diese ohnehin verlängert werden muss, um die Grenze des Auflösungsvermögens zu erreichen. Bei der Deep Sky Astrofotografie sieht das Ganze aber etwas anders aus. Denn das perfekte Teleskop für alle Deep Sky Objekte gibt es nicht. Während man mit einer Brennweite von 400mm größere diffuse Nebel und Galaxien erfassen kann, werden kleinere planetarische Nebel und Galaxien sehr klein abgebildet. Zwar kann die Brennweite des Teleskops mit einer Barlowlinse vergrößert werden, sinnvoll ist das aber nicht. Planeten sind relativ hell, weshalb die Belichtungszeit eine untergeordnete Rolle spielt. Deep Sky Objekte sind aber relativ schwach und erfordern lange Belichtungszeiten. Wird das Öfnungsverhältnis um den Faktor 2 erhöht (2-fach Barlow), verlängert sich die Belichtungszeit um den Faktor 4. Zumindest dann, wenn das Signal-Rausch-Verhältnis jeder einzelnen Fotodiode erhalten bleiben soll.

Auf dem Markt tummeln sich viele Teleskophersteller mit unterschiedlichen Teleskopbauarten. Aus Preis-Leistungssicht sind die Newtons jedoch konkurrenzlos. Mit einem Newton holt man sich zwar eine Baustelle ins Haus, dafür bekommt man viel Leistung für wenig Geld. Deshalb möchten wir in diesem Artikel den Fokus auf die Newton Teleskope legen.

Wer sich für ein Newton Teleskop entscheidet, hat die Qual der Wahl. Einige Hersteller bieten für fotografische Zwecke Teleskope mit einem größeren Fangspiegel und weiteren nützlichen Modifikationen an. Die haben dann aber auch ihren Preis. Ein Lacerta 10″ Newton Teleskop (Teleskop ohne Namen) kostet mit diversen Modifikationen rund 2700 EUR. Der optimierte Newton ist für Anfänger jedoch nur bedingt geeignet und aufgrund des Öffnungsverhältnisses von f/4 etwas anfälliger für Bildfehler, die durch eine unzureichende Justage (Kollimation) verstärkt werden. 

Ein Skywatcher 200 PDS f/5 bietet ein sehr gutes Preis-Leistungsverhältnis und eignet sich hervorragend für den Einstieg in die Astrofotografie. Für ausgezeichnete Aufnahmen braucht man nämlich nicht unbedingt einen ultra-teuren Newton. Die Grenzen in der Bildqualität setzen in erster Linie der Himmel, das Autoguiding, die Kamera, die Filter, die Belichtungszeit und die Nachbearbeitung! Man mag garnicht glauben, was mit wenigen Handgriffen aus einem Bild alles herauszuholen ist. Dennoch haben auch die sogenannten Photonewtons ihre daseinsberechtigung und holen mit zahlreichen Optimierungen das letzte aus dieser Bauart heraus.

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In der Astrofotografie spielt neben dem Equipment und der Aufnahmemethode auch die Bildverarbeitung- und bearbeitung eine wichtige Rolle. Planetenaufnahmen entstehen durch kurze Videos von 1-5 Minuten, während DeepSky-Objekte je nach verwendeter Technik unterschiedlich lang belichtet werden müssen.  Die Aufnahmen werden dann mittels Software gestapelt und mit einem Bildbearbeitungstool weiterverarbeitet. In den Rohbildern stecken nämlich mehr Informationen, als man es glauben mag. In diesem Artikel möchten wir die kostenlosen Tools DeepSkyStacker und Fitswork vorstellen. DeepSkyStacker (kurz: DSS) ermöglicht das Addieren bzw. Stapeln (engl. Stacken) von Rohbildern, um unter anderem Störfaktoren wie Rauschen zu kompensieren. Mit Fitswork können die gestapelten Aufnahmen gestreckt werden. Während der DSS für Anfänger einfach zu bedienen ist, bietet es für erfahrene Astrofotografen einigen Tools, um auch das letzte aus den Bildern herauszuholen.  Diese kurze Anleitung soll vor allem Anfänger dabei unterstützen, Aufnahmen im Handumdrehen zu bearbeiten.

Rohdaten vorbereiten und untersuchen

Grundvoraussetzung für das Stapeln und Bearbeiten von DeepSky Aufnahmen mit DeepSkyStacker und Fitswork ist das richtige Format. Wer eine farbige Astrokamera mit einem Tool wie SharpCap für seine DeepSky-Aufnahmen verwendet, sollte im Farbraum RAW16 fotografieren und *.fits als Format auswählen. Für das Stacken der Bilder im Deep Sky Stacker sollte neben Lights auch Darks, Flats und Bias erstellt werden.

Bevor die Bilder im DeepSkyStacker geladen werden, sollten die einzelnen Aufnahmen manuell bewertet und aussortiert werden. Die Einzelbilder können auch direkt im DeepSkyStacker untersucht werden. Dazu werden die Frames entweder per Drag&Drop in die Software geladen oder über die Linke Menüleiste, in der die einzelnen Framearten aufgelistet sind.

Die einzelnen Frames befinden sich nach dem Laden in einer Liste am unteren Bildschirmrand und können mit einem Doppelklick geladen und bewertet werden. Oben rechts kann die Helligkeit über den Schieber geregelt werden, um die einzelnen Frames z.B. hinsichtlich der Schärfe zu untersuchen. Frames mit unzureichender Qualität können vom Stacken ausgeschlossen werden, in dem das Häkchen des jeweiligen Bildes entfernt wird oder das Bild mit der [entf]-Taste gelöscht wird. 

Wer die Kurzzeitbelichtung nutzt und z.B. 50.000 Einzelframes hat, sollte das bewerten der einzelnen Frames der Software selbst überlassen.

Ausgewählte Bilder registrieren

Nach der Auswahl und Bewertung der Bilder folgt die Registrierung der Frames. Dabei öffnet sich ein Menüpunkt, unter dem die Einstellungen vorgenommen werden können. Unter dem Menüpunkt „Aktionen“ muss zunächst die Anzahl der zu stapelnden Bilder festgelegt werden. Wer seine Bilder bereits manuell ausgewählt hat, kann den Wert auf 100% setzen. Wenn die Software die Bewertung der Bilder vornehmen soll, dann ist je nach Anzahl der Bilder ein Wert zwischen 75-85% sinnvoll. Wer auf Darkframes verzichtet, um schneller ans Ziel zu kommen, der sollte zusätzlich die Hotpixel-Erkennung aktivieren. Unter dem Reiter „Erweitert“ kann mittels eines Schiebereglers bestimmt werden, wie viele Sterne zur Positionsbestimmung beim Stapeln der Frames herangezogen werden sollen. Je nach Rechenleistung empfehlen wir einen Wert zwischen 20 und 40%. Über den Button „Anzahl der erkannten Sterne berechnen“ wird die Anzahl der ermittelten Sterne ausgegeben.

Unter dem Menüpunkt „Stacking Parameter“ werden Einstellungen für die einzelnen Framearten definiert. Der Standard-Modus wird vor allem bei schwachen Systemen empfohlen. Für leistungsstarke Rechner lassen sich mittels Median-Modus bessere Ergebnisse erzielen. 

Die Einstellungen für Light, Dark, Flat und Bias können im Prinzip auf „Standard“ belassen werden.

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Unter dem Reiter „Ausrichtung“ kann die Ausrichtungsmethode festgelegt werden. „Bilinear“ benötigt am wenigsten Rechenleistung. Die anderen Methoden sind nur dann sinnvoll, wenn es Probleme bei der Ausrichtung gibt. Unter „Ausrichtung“ gibt es auch einen versteckten Menüpunkt, um eine Hintergrundkalibrierung durchzuführen. Dabei wird eine Helligkeitsanpassung der einzelnen Frames vorgenommen. Die Kalibrierung pro Kanal kostet zwar viel Rechenleistung, liefert aber bessere Ergebnisse. Damit lassen sich auch unterschiedlich belichtete Bilder ausgleichen.

Zwischenbilder kosten Festplattenspeicher und sind nur dann sinnvoll, wenn diese für die Verarbeitung weiterverwendet werden. Der Menüpunkt „Kosmetik“ hält eine weitere Möglichkeit bereit, um die Hotpixel-Erkennung zu optimieren.

Unter „Ausgabe“ wird festgelegt, wo das Ergebnis der Berechnung gespeichert werden soll.

Das untere Bild zeigt das Ergebnis der Berechnung, wobei die Einstellungen für eine geringe Rechenleistung optimiert wurden. Mit leistungsstarken Rechnern und Mehrkernprozessoren lassen sich optimierte Berechnungsmethoden auswählen, die das Ergebnis nochmals verbessern.

DeepSkyStacker erstellt ein Summenbild XYZ.fit, dass dann mit einem Tool wie Fitswork weiterverarbeitet werden kann.

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Die Erweiterung kann auf Steam und GOG vorgemerkt werden:

Neben der Ankündigung wurde auch ein spannender Announcement-Trailer zu Stellaris: Nemesis veröffentlicht, in dem gleich zu Beginn die Spiralgalaxie zu sehen ist.

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