Astrofotografie (1) – Allgemeines

Fotos mit einer Kombination aus etwas Landschaft im Vordergrund und der Milchstraße oder einem schönen Sternenhimmel im Hintergrund fand ich schon immer sehr ansprechend. Anders als Detailaufnahmen von Himmelsobjekten ist dies eine Form der Astrofotografie, die mit relativ einfachen Mitteln umzusetzen ist. Hier und da habe ich das selber schon versucht – mit unterschiedlich guten Ergebnissen. Zum einen ist das Ergebnis natürlich von der jeweiligen Lichtverschmutzung vor Ort abhängig. Zum anderen ist auch gerade bei der Aufnahme von Astrolandschaften (so nenne ich mal die Kombination aus Landschaft + Milchstraße) das Objektiv und die Technik entscheidend. Für den Anfang reicht eine Kamera (z.B. eine DSLR), ein weitwinkliges Objektiv sowie ein Stativ und ein Fernauslöser.

Da ich selber dieses Jahr wieder etwas mehr in diese Richtung fotografieren wollte und auch gerade meine erste Astro-Montierung mein Eigen nenne, dachte ich mir, dies sei ein guter Zeitpunkt um eine kleine Blog-Serie zu starten. Los geht’s mit ein bisschen allgemeinem.

Die Erdrotation

Aufgrund der Erdrotation scheinen sich die Sterne im Laufe der Nacht langsam über den Himmel zu bewegen – ganz genau so, wie auch Sonne und Mond über das Firmament wandern. Aber eigentlich ist es ja unsere Erde, die sich unter dem fixen Sternenhimmel einmal in 24 Stunden um sich selber dreht.

Im Alltag kommt uns diese Erdrotation sehr langsam vor. Zwar merken wir, wie der Tag vergeht und sehen die Sonne allmählich im Tagesverlauf über den Himmel wandern, aber so richtig nehmen wir die Rotation nicht wahr. Das ändert sich schlagartig in dem Moment, wo wir das erste Mal Astrofotografie betreiben möchten, die Kamera auf ein Stativ setzen und auf den Sternenhimmel richten. Mitunter wirst du überrascht sein, wie schnell sich die Rotation der Erde auf die Fotos auswirkt!

Zwar werden bei der Aufnahme von Astrolandschaften oft sehr weitwinklige Linsen verwendet, mit denen dann recht lange Belichtungszeiten möglich sind bevor die Sterne zu Strichen werden. Aber auch hier reden wir von vielleicht 30 Sekunden!

Der Einflussfaktor “Belichtungszeit”

Es ist schon erstaunlich, wie schnell die für uns sehr langsame Erdrotation dazu führt, dass Sterne auf den Fotos nicht mehr punktförmig, sondern als längliche Striche abgebildet werden. Als Faustregel kann man sagen, dass die maximal mögliche Belichtungszeit nach der folgenden Formel abgeschätzt werden kann:

max. Belichtungszeit (s) = 500 / (Brennweite * Crop-Faktor)

Mit dieser Formel erhält man z.B. für ein 16mm Weitwinkel-Objektiv an einer Vollformatkamera (Crop-Faktor 1) einen Wert von ca. 31 Sekunden. Bei einer APS-C Kamera setzt man für den Crop-Faktor entsprechend 1,5 (Nikon) oder 1,6 (Canon) ein, bei mFT gar 2,0. Die genannten 31 Sekunden am Vollformatsensor sind schon eine optimistische Schätzung! In der Praxis ist es so, dass ich an meiner EOS 6D mit einem 16mm Objektiv meine persönliche Schmerzgrenze eher bei 20 Sekunden Belichtungszeit habe. Bei Überschreitung fangen die Sterne an, schon merklich strichförmig zu werden. (Abb. 1).

Astrofotografie
Abb. 1: Sternenspuren mit 16 mm am Kleinbildsensor bei 30s und 20s Belichtungszeit

Bei beiden Ausschnitten in Abb. 1 handelt es sich um 100% Ausschnitte aus den RAWs. Bei Ausgabegrößen wie sie üblich sind (Monitor, Smartphone, oder druck bis DIN A4 Fotobuch) ist auch die Aufnahme mit 30 Sekunden noch durchaus OK. Länger belichten sollte man aber definitiv nicht, da dann die Sternenspuren auch schon bei solchen kleinen Ausgabegrößen deutlich sichtbar werden.

Der Einflussfaktor “Lichtmangel”

In der Nacht haben wir leider nur wenig Licht zur Verfügung. Die Milchstraße mit ihren schwachen Wolken und Strukturen ist nicht besonders hell. Eigentlich würden wir als Fotografen hier nun versuchen, bei geringer ISO von Stativ im Bulb-Modus lange zu belichten. Aber genau diese lange Belichtung ist aufgrund der Erdrotation halt nicht möglich. Die einzigen dann zur Verfügung stehenden Optionen sind entweder a) die Blende maximal weit zu öffnen und b) die ISO hochzuschrauben, bzw. eine Kombination aus a) und b).

Lichtstarke Objektive und hohe ISOs

Lichtstarke, weitwinklige Objektive sind der Klassiker für die Astrofotografie von Milchstraße und Sternenhimmel. In die Kategorie “Günstig und Gut” fallen Linsen wie das Samyang 14mm f/2.8* oder das Irix 15mm f/2.4*. Ansonsten gibt es von den üblichen Verdächtigen wie Canon, Nikon, Sigma und Tamron einige Linsen im Bereich 12-24mm mit Lichtstärken zwischen f/1.8 und f/4. Für mich persönlich ist f/4 so die Schmerzgrenze für die maximale Offenblende, wenn es um Astrofotos der Milchstraße geht. Und in meinen Augen macht f/4 auch nur dann Sinn, wenn hinter dem Objektiv ein halbwegs aktueller Vollformatsensor auf das Licht wartet. Eine Nutzung von einem f/4 Objektiv an APS-C Kameras kann man probieren. Allzu zu hohe Erwartungen sollte man aber meiner Meinung nach im Vorfeld nicht haben.

Denn trotz Offenblende wird man nicht umherkommen, bei recht hohen ISOs arbeiten zu müssen. Bei 20 Sekunden Belichtungszeit und f/4 landet man schon oft im Bereich von ISO3200. Das ist an einem Kleinbildsensor meistens noch OK, macht an vielen APS-C Sensoren aber schon keinen Spaß mehr. Hier empfiehlt sich dann bei dem konkreten Vorhaben Astrofotos zu erstellen, schon die Anschaffung einer günstigen f/2.8 Linse. Hierdurch kann die ISO immerhin schon in den Bereich von ISO1600 gesenkt werden.

Was man für bessere Astrofotos tun kann

Zum Glück sind wir als Fotografen diesen Einschränkungen nicht völlig hilflos ausgesetzt. Dank Software ist schon eine deutliche Optimierung solcher Astrofotos möglich. Aber auch mit der richtigen Aufnahmetechnik und gegebenenfalls ein paar technischen Gimmicks lassen sich die Bilder stark verbessern. Zum einen können wir mit dem vorhandenen Material arbeiten (Kamera + Objektiv + Stativ + Fernauslöser), viele Bilder aufnehmen und dann die Statistik für uns arbeiten lassen (sogenanntes “Stacken”) oder wir investieren ein paar Euros und rüsten mit sogenannten astronomischen Montierungen auf. Beide Methoden haben ihren Reiz und ich will mal eben beide kurz vorstellen. Anschließend gehe ich noch mal kurz darauf ein, für was die Bildbearbeitungssoftware eigentlich fast zwingend benötigt wird.

Statistik für Fotografen: Stacking

Selbst bei lichtstarken Objektiven enthalten die fertigen Fotos aufgrund der hohen ISOs mehr oder weniger starkes Rauschen. Mit übermäßiger Rauschentfernung per Software ran zu gehen ist aber keine gute Idee. Schließlich ist die Software nicht in der Lage, alle Sterne vom Rauschen zu unterscheiden. Der Übergang zwischen Sternenregionen und Rauschen ist bei Bildern mit ISO3200 oder höher durchaus fließend (Abb. 2).

Abb. 2: Sterne und Rauschen liegen nah beieinander

Es gibt aber eine Möglichkeit, das Rauschen von den Sternen zu unterscheiden. Hierzu müssen wir zuerst einmal mehrere einzelne Bilder aufnehmen. Dann machen wir uns zunutze, dass das ISO Rauschen mehr oder weniger zufällig verteilt ist. Sterne dagegen leuchten immer an derselben Stelle im Bild. Das ISO-Rauschen hat also eine zufällige Komponente. Bei mehreren Bildern hintereinander ist ein Pixel mal heller, mal dunkler. Dieses Rauschen kann reduziert werden, indem man mehrere Aufnahmen miteinander verrechnet.

Mit “Verrechnen” ist gemeint, dass aus mehreren Bildern der Mittelwert oder Median der jeweiligen Pixel gebildet wird. Hierdurch wird das Rauschen schwächer, und zwar mit dem Faktor “Wurzel aus n”, wobei “n” die Anzahl der Belichtungen ist. Also bei 4 Belichtungen die übereinander gelegt und verrechnet werden, reduziert sich das Rauschen um den Faktor 2. Bei 9 Bildern reduziert sich das Rauschen entsprechend um den Faktor 3, bei 16 Bildern um 4 usw.

Stacken: Der Bildausschnitt wird kleiner

Es bringt also irgendwann nicht mehr so viel, einfach immer weiter Bilder zu schießen. Das beste “Preis-Leistungs-Verhältnis” liegt wohl irgendwo zwischen 10 und 20 Bildern. Zumal mit jedem Bild durch die Erdrotation das letztendlich verrechnete Bild kleiner wird (Abb. 3).

Abb. 3: Verschiebung des Bildfensters durch die Erdrotation

Abbildung 3 ist eine etwas übertriebene Darstellung. Aber je mehr Zeit bei der Aufnahme vergeht, desto mehr Bildmaterial muss beim Stacken an den Rändern verworfen werden. Nur Bildinformationen, die auf allen Fotos vorhanden sind, sind nutzbar. Um möglichst viel Material überzuhalten, sollten deshalb die Bilder schnell hintereinander aufgenommen werden. Auch die Menge der Bilder sollte noch überschaubar sein.

Weitere Infos zum Stacken und wie das beispielsweise mit Photoshop oder anderen spezifischen Tools geht, werde ich wohl mal in einem späteren Blogartikel beschreiben. Für jetzt soll es das mal gewesen sein.

Astronomische Montierungen

Ein gänzlich anderer Weg ist mit astronomischen Montierungen bzw. Nachführungen möglich. Unsere Erde dreht sich ja nun mal im 24h einmal um sich selber. Das sind 360° in 24h bzw. nach Adam Riese 15° pro Stunde. Montiert man nun einen Motor unter die Kamera der sich in einer Stunde um 15° in Richtung der Erdrotation dreht, dann ist es möglich die Rotation am Himmel auszugleichen. Voraussetzung ist, dass die Achse des Motors parallel zur Erdachse ausgerichtet wird (Abb. 4).

Abb. 4: Ausrichtung der Achse des Motors

Die Kamera samt Objektiv dreht sich so genau mit dem Sternenhimmel mit. Und wo vorher beim Stativ der Sternenhimmel bei langer Belichtung unscharf wurde (Sternenspuren), passiert nun exakt dasselbe mit dem Vordergrund. Dafür ist es so möglich, bei ISO 100 mehrere Minuten den Sternenhimmel zu belichten. Bei einr guten Ausrichtung sind die Sterne dabei exakt punktförmig und das Rauschen ist dank der niedrigen ISO gering.

Software ist nötig

Wie man es auch anpackt: um Bildbearbeitung kommt man bei solchen Astrofotos eigentlich nicht herum.

  • Selbst bei Einzelbelichtungen (20-30 Sekunden, hohe ISO) ist die Bildbearbeitung notwendig um aus den RAW Dateien die Milchstraße herauszuarbeiten. Kontraste, Gradationskurven, Farben. Vieles muss zumindest rudimentär angepackt werden
  • Beim Stacking existiert mormalerweile 1 Aufnahme für den Vordergrund und 10-20 Aufnahmen für den Himmel. Die Fotos des Himmels müssen übereinander gelegt und ausgerichtet werden, bevor sie verrechnet werden können. Anschließend werden dann die beiden Bilder für Vorder- und Hintergrund in der Bildbearbeitung vereinigt.
  • Auch beim Nachführen ist dieser Schritt notwendig. Hier hat man dann beispielsweise für den Vorder- und für den Hintergrund je eine Aufnahme. Auch diese müssen dann in der Bildbearbeitung zusammengefügt werden.

Wie geht’s weiter?

Im nächsten Artikel zur Fotografie von Astrolandschaften wird es um die mechanische Nachführung “Omegon MiniTrack LX2“(*) gehen. Diese Montierung hab ich seit ein paar Tagen in meinem Rucksack. Ein erster Test wurde erfolgreich absolviert. Also wird es einen ersten Eindruck und die ersten Resultate gehen.

Ansonsten ist es mein Ziel, dieses Jahr ein wenig mehr in Richtung Astrolandschaft zu machen, als ich das bisher so getan habe. Hier und da werde ich im Blog berichten.

 

*Werbung (Amazon Partner Programm)

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Ich akzeptiere