zu fernen Welten
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Astronomie und Praxis: Astrofotografie Mit langer Brennweite zu fernen Welten Deep-Sky-Fotografie unter Stadtlicht In einer kleinen Beobachtungsstation im Süden Leipzigs gelang es einem begeisterten Astrofotografen, zu Himmelsobjekten mit geringen Flächenhelligkeiten vorzudringen. Die Fotografie von Galaxien und galaktischen Nebeln mit langer Brennweite erbrachte unter dem aufgehellten Nachthimmel der Großstadt ästhetische Ansichten dieser Objekte. Von Wolfram Fischer A ls begeisterter Astrofotograf ich auf 13 Jahre Astrofotografie in Sohland klein geratene Öffnungsverhältnis 1 : 16. sehe ich mich mit der Frage an der Spree zurückblicke, wo ich in der Die Anforderungen an die Genauigkeit konfrontiert, welche Himmels­ Sternwarte eine Acht-Zoll-Schmidt-Kame­ der optischen Flächen sind bei einem objekte ich fotografisch errei­ ra mit kurzer Brennweite nutzte. Dort, im kleinen Öffnungsverhältnis viel gerin­ chen kann und was dafür wirklich not­ Südosten von Sachsen, entwickelte ich be­ ger, da die lineare Abbildungsgröße der wendig ist. Groß ist die Versuchung, nach reits in jungen Jahren meine Leidenschaft Beugungsscheibchen, welche die Auf­ Teleskopen mit immer größerer Öffnung zur Astrofotografie. Nachdem ich lange lösung begrenzen, größer ist. So fiel die und vergleichsweise kurzer Brennweite, Zeit mit einem Teleskop kurzer Brennwei­ Realisierung meines Vorhabens einfacher, also nach Optiken mit einem großen Öff­ te gearbeitet hatte, reizte mich der Einsatz weniger aufwändig und entsprechend nungsverhältnis, zu streben – getreu der einer langen Brennweite. Ich erhoffte mir kostengüns­tiger aus, als es im Fall einer Binsenweisheit »viel Öffnung gleich viel davon, zu lichtschwächeren Objekten mit größeren Öffnung gewesen wäre. Licht«. Diesem Trend steht aber die Frage geringer Winkelausdehnung vordringen Bei meinem Cassegrain-System wählte der Realisierbarkeit gegenüber, mit der und diese detailreich abbilden zu können. ich für den Primärspiegel eine elliptische sich jeder Amateurastronom auseinan­ Hätte ich die lange Brennweite mit Form, um den konvexen Sekundärspiegel dersetzen muss, um nicht dem »Öffnungs­ einem großen Öffnungsverhältnis ver­ kugelförmig herstellen zu können. Der vor wahn« zu verfallen. Die Beschaffung der binden wollen, so hätte die Öffnung ge­ dem Brennpunkt des Hauptspiegels an­ nötigen Beobachtungsinstrumente droht radezu riesig sein müssen. Ein derartiges gebrachte Sekundärspiegel lenkt die ein­ sonst zum Selbstzweck und zu einem rui­ Instrument könnte ich als Einzelkämpfer fallenden Lichtstrahlen durch den in der Mitte durchbohrten Hauptspiegel nach Nachdem ich lange Zeit mit kurzer Brennweite gearbeitet hatte, reizte mich der Einsatz einer langen Brennweite. außen in den Cassegrain-Fokus. Auf diese Weise lässt sich bei kurzer Baulänge des Teleskops die Systembrennweite vergrö­ ßern. Die so entstandene selbst geschlif­ nösen Hobby zu werden. Meine Erfahrung weder selbst herstellen noch montieren fene Optik zeichnet sich durch großzügige zeigt, dass sich mit einem kleinen Öff­ oder finanzieren. Daher wagte ich Mitte Herstellungstoleranzen nungsverhältnis sogar in der Großstadt, der 1990er Jahre einen Kompromiss: Ich stellende Abbildungseigenschaften sowie wo der Nachthimmel durch die Lichtver­ verband eine lange Brennweite mit einer einen geringen Justier- und Fokussierauf­ schmutzung stark aufgehellt ist, Deep- bescheidenen Öffnung und schliff eine wand aus. Sky-Objekte ablichten lassen. und zufrieden Cassegrain-Optik mit einer Öffnung von Dass mir die Spiegel recht gut gelan­ Die Vorzüge eines großen Öffnungsver­ zehn Zoll. Nach ihrer Vollendung betrug gen, dafür spricht auch eine Aufnahme hältnisses sind mir durchaus vertraut, da die Brennweite 4107 Millimeter und das des Mars, die in einer klaren Oktobernacht 78 August 2011 Sterne und Weltraum Alle Bilder: Wolfram Fischer Durch dieses Zehn-Zoll-Cassegrain-Teleskop blickt der Autor in klaren Nächten gen Himmel. Die Brennweite der Optik wählte er möglichst lang, um Deep-Sky-Objekte mit kleiner Winkelausdehnung zu fotografieren. Das oben wiedergegebene Foto der 51 Millionen Lichtjahre entfernten Spiralgalaxie NGC 4536 im Virgo-Galaxienhaufen belegt, dass mit dieser Optik und einer empfindlichen CCD-Kamera auch aus einer Großstadt heraus kontrastreiche Deep-Sky-Aufnahmen möglich sind. im Jahr 2005 in meinem Garten in Leipzig Vielzahl von Objekten mit geringer Win­ entstand (siehe Bild rechts). Seit dem Jahr kelausdehnung. Eine entsprechend emp­ 2004 befindet sich das von mir konstru­ findliche CCD-Kamera und lange Belich­ ierte Cassegrain-Teleskop in einer kleinen tungszeiten sollten für die erwünschte unscheinbaren Station in meinem Schre­ Tiefe der Aufnahmen sorgen. bergarten im Süden von Leipzig, nachdem Im Zeitalter empfindlicher CCD-Chips es zunächst in Sohland stationiert war. lassen sich bereits mit bescheidenen Das Unterfangen »Deep Sky« helligkeiten er­zielen. Diese Möglichkei­ Für schnelle und tiefe Aufnahmen von ten auszuschöpfen, ist allerdings eine galaktischen Nebeln und Galaxien nutzen Herausforderung, die mit großen Mühen Amateurastro­no­men meist Optiken mit verbunden ist. Ich las einmal, dass eine einem mög­lichst großen Objektiv- oder CCD-Kamera hinter einem Acht-Zoll-Tele­ Spiegeldurchmesser, verbunden mit einer skop innerhalb von einer Minute Belich­ verhältnismäßig kurzen Brennweite. Bei tungszeit Sterne bis zu einer Grenzhel­ Das mit dem Programm »Giotto« bearbei- der Fotografie von Deep-Sky-Objekten ist ligkeit von 18 mag erreichen kann, nach tete Summenbild des Planeten Mars setzt diese Methode sicherlich unübertrefflich. Von den für die Deep-Sky-Fotografie eher einer Gesamtbelichtungszeit von sieben sich aus 4190 Einzelbildern zusammen, Stunden bereits sehr viel lichtschwächere deren Belichtungszeiten jeweils nur einen unüblichen Abmessungen meines Casse­ Sterne bis 21 mag. Für mich als Amateur­ Sekundenbruchteil betrugen. Deutlich lässt grain-Teleskops versprach ich mir einen astronom, den lange Belichtungszeiten der Rote Planet Strukturen erkennen, wobei großen Abbildungsmaßstab und dadurch nicht schrecken, sind das begeisternde das Mare Cimmerium die Marslandschaft einen lohnenswerten Zugang zu einer und absolut befriedigende Aussichten. beherrscht. www.astronomie-heute.de Te­leskopöffnungen erstaunliche Grenz­ August 2011 79 Diese fein abgestimmte Aufnahmeeinheit Teleskop ermöglicht detailreiche Fotografien von entfernten Galaxien und Nebeln. Direkt Fadenkreuzokular hinter dem Teleskop befindet sich ein Fadenkreuzokular, in das sich mittels eines Klappspiegels Licht lenken lässt. Daran schließt sich eine Nachführkamera an. Nachführkamera Dahinter folgt eine Filterlade und schließlich die CCD-Aufnahmekamera. Filterlade CCDAufnahmekamera Dennoch ahnte ich von Anfang an, chemischen Fotografie war dies völlig lar, das die Bildmitte des Aufnahmefelds dass ich mit meinem kleinen Öffnungs­ undenkbar. Da ich seit dem Jahr 2004 aus meiner CCD-Kamera markiert, oder im verhältnis in der Deep-Sky-Fotografie auf der Großstadt Leipzig heraus den Himmel umgeklappten Zustand zur CCD-Aufnah­ Schwierigkeiten stoßen würde. Ich erwar­ fotografiere, kam mir diese Überlegung mekamera. Ein scharfer Blick durch das tete zwar, bei den Sternen eine beachtliche zugute, und so erreichte ich erstaunliche Fadenkreuzokular stimmt nahezu exakt Grenzhelligkeit erzielen zu können, sofern Grenzhelligkeiten. mit der Fokussierung der Aufnahmekame­ die Nachführung gut gelingt – denn das Der Einsatz einer Cassegrain-Optik Öffnungsverhältnis beeinflusst in der Re­ mit langer Brennweite birgt allerdings Vor der CCD-Aufnahmekamera befindet gel nicht die Intensität, mit der das Licht auch einige Probleme: Der im Teleskop sich ein Off-Axis-Guider zur Nachführung, von punktförmigen Objekten, beispiels­ sichtbare Himmelsausschnitt ist relativ der mit Hilfe eines kleinen Spiegels stän­ weise von Sternen, abgebildet wird. Die klein, und daher ist es schwierig, einen dig ein wenig Licht aus dem Strahlengang Punkthelligkeiten hängen ausschließlich für die Nachführung geeigneten Leitstern senkrecht zur Teleskopachse herauslenkt, von der Größe der Teleskopöffnung ab. Ob zu finden. Zudem erfordert die Fotografie wo sich eine Nachführkamera befindet. Die die Abbildungsintensität des Sternlichts mit einem derartigen Gerät eine hohe Nachführkamera und die CCD-Aufnahme­ nicht vielleicht doch mit dem Öffnungs­ Nachführgenauigkeit, denn anderenfalls kamera liefern homofokale Bilder, sie bil­ verhältnis zusammenhängt, untersuchte würde bei langen Belichtungszeiten das den also die mit dem Teleskop anvisierten ich während meiner Anfänge in der Astro­ Bild verschmieren. Ein Erfolg stellt sich Himmelsobjekte nach der Fokussierung fotografie einst selbst mit einem Experi­ nur dann ein, wenn es gelingt, das heikle der Optik gleichzeitig scharf ab. Zwischen ment: Ich fotografierte einen künstlichen Unterfangen auf den Punkt zu bringen. dem Off-Axis-Guider und der CCD-Kamera ra überein. Stern mit unterschiedlichen Brennweiten Im Nacken saß mir während der Beob­ befindet sich zudem eine Filterlade, die es und gleicher Öffnung. Die Schwärzungen achtungsnächte stets die Zeit. Bis ich die mir ermöglicht, unterschiedliche Filter in waren völlig identisch. Damals, in den Instrumente meiner Aufnahmeeinheit den Strahlengang zu bringen, beispiels­ 1970er Jahren, benutzte ich noch analoge genügend empfindlich eingerichtet hatte, weise, um Farbkomposite herzustellen. Plattenkameras für meine fotografischen verstrich in der Anfangsphase beinahe Aufnahmen. Die erforderliche Nachführgenauigkeit die halbe Nacht. Da ich möglichst lange erreichte ich, indem ich ein 288-Milli­ Dank der CCD-Technik werden die Be­ belichten wollte, bestand die Gefahr, dass meter-Schneckengetriebe des Herstellers lichtungen nicht wie einst durch den Hin­ das anvisierte Objekt dann nicht mehr Gierlinger einbauen ließ. Das auf einem tergrund limitiert. Auch bei aufgehelltem hoch genug am Himmel stand oder das Notebook installierte Programm »Guide­ Himmel gilt: Nach vierfacher Belichtung Fernrohr an der Montierung anstieß. master« steuert die automatische Nach­ wird sich das Rauschen des Hintergrundes führung. Es wertet die Signale der Nach­ gegenüber der Quelle halbieren. Mit wach­ Unentbehrliche Aufnahmeeinheit sender Belichtung wird das Signal des Ich entwickelte eine fein abgestimmte Auf­ sie per FS2-Fernrohrsteuerung an das Tele­ gewünschten immer nahmeeinheit, die sich ähnlich wie eine skop. Die Beherrschung dieses Nachführ­ besser! Dies – zusammen mit der enormen Spiegelreflexkamera bedienen lässt (siehe systems bleibt jedoch tückisch und hängt Empfindlichkeit des CCD – ist der eigent­ Bild oben). Ein Klappspiegel lenkt das Licht stark von der Luftunruhe und den damit liche Grund, weshalb aus der Stadt heraus aus dem Strahlengang entweder recht­ verbundenen solche Aufnahmen möglich sind. In der winklig nach außen in ein Fadenkreuzoku­ der Lichtstrahlen ab. 80 Himmelsobjekts August 2011 führkamera ALCCD5 aus und übermittelt Richtungsschwankungen Sterne und Weltraum Obwohl ich bei der Montierung, in der Nachführgenauigkeit und Bildbearbei­ tung auf zahlreiche Schwierigkeiten stieß, belegen meine Ergebnisse, dass der hier skizzierte Weg zu guten Deep-Sky-Aufnah­ Deep-Sky-Aufnahmen mit kleinem Öffnungsverhältnis A ls Wolfram Fischer Mitte der 1990er Jahre eine Cassegrain-Optik mit langer Brenn- men führt. Meine CCD-Kamera Nova 1603, ein frühes Modell der Firma Astroelektronik weite schliff, verfolgte er das Ziel, Deep-Sky-Objekte mit kleiner Winkelausdehnung kontrastreich zu fotografieren. Er schuf ein Zehn-Zoll-Cassegrain-Teleskop mit rund vier Fischer, arbeitet seit dem Jahr 2005 zuver­ Meter Brennweite und einem Öffnungsverhältnis von 1 : 16. Nach einer langen Zeit des lässig. Ihr Chip ist 13,8 9,2 Millimeter Tüftelns an der Feinabstimmung seiner Aufnahmeeinheit gelangen dem Amateuras- groß, die Pixelgröße beträgt neun Mikro­ tronomen dank empfindlicher CCD-Technik und langen Belichtungszeiten die ersten meter. Der Einsatz dieser Kamera und Bilder von Galaxien und Nebeln, die seinen Ansprüchen genügten. Die unten und auf das Zusammenfassen – das binning – von den folgenden beiden Seiten vorgestellten Aufnahmen aus den Jahren 2009 und 2010 jeweils 2 2 Pixeln liefern eine ausrei­ entstanden unter dem aufgehellten Himmel am Stadtrand von Leipzig. Dafür nutzte der chende Empfindlichkeit und einen Abbil­ Sternfreund eine CCD-Kamera vom Typ Nova 1603. Die Winkelausdehnung der abgelich- dungsmaßstab von 0,9 Bogensekunden teten Objekte beträgt bis zu zehn Bogenminuten. pro Pixel. Damit ergibt sich ein Aufnah­ mebildfeld von 11,55 7,7 Bogenminuten, mit dem sich zahlreiche Deep-Sky-Objekte M 109 ablichten lassen. Meine Aufnahmen zeigen, dass es durchaus möglich ist, aus der Großstadt heraus und trotz eines kleinen Öffnungs­ verhältnisses Himmelsobjekte mit ge­ ringen Flächenhelligkeiten zu fotografie­ ren (siehe Bild auf S. 79 oben und Kasten rechts). Um zu diesen fernen Objekten vorzudringen, sind allerdings mehrstün­ dige Belichtungen im Luminanzkanal er­ forderlich. Meine Einzelbelichtungszeiten betragen daher meist eine Stunde. Einige meiner Resultate verglich ich auch mit dem im Internet verfügbaren digi­ talisierten Palomar Observatory Sky Survey (POSS), einer Himmelsdurchmusterung, NGC 4051 die mit dem Oschin-Schmidt-Teleskop des US-amerikanischen Palomar-Observato­ riums, auch Big Schmidt genannt, aufge­ nommen wurde. Die Grenzhelligkeit und Bildschärfe dieser klassischen Aufnahmen mit dem großen Schmidt-Teleskop sind meist noch etwas besser. Aber schließlich ist mein Teleskop im Verhältnis geradezu winzig und steht nicht auf dem Mount Pa­ lomar. Dank leistungsstarker CCD-Technik kann ich mich nun aber meinem Traum widmen: den fernen Galaxien! Wolfram Fischer beschäftigt sich seit seinem 13. Lebensjahr mit der Astronomie und Astrofotografie. Eine mehr als 40-jährige Beobachtungstätigkeit an der Sternwarte in Sohland an der Spree prägten ihn. Beruflich arbeitet er seit dem Jahr 1978 als Musiker am Leipziger Zwei Galaxien im Großen Bären Die Balkenspiralen M 109 und NGC 4051 gehören zum Ursa-Major-Galaxienhaufen. Diese offene Galaxienansammlung liegt im Sternbild des Großen Bären und ist reich an Spiralgalaxien. M 109 befindet sich in der Nähe des 2,4 mag hellen Sterns Gamma Ursae Majoris. NGC 4051 ist eine aktive Galaxie der Seyfert-Klasse. Sie zeichnet sich durch eine leuchtkräftige Zentralregion aus, in der ein extrem massereiches Schwarzes Loch vermutet wird. M 109: Luminanzaufnahme, gesamte Belichtungszeit: 2 Stunden 48 Minuten NGC 4051: Luminanzaufnahme, gesamte Belichtungszeit: 3 Stunden Gewandhausorchester. www.astronomie-heute.de August 2011 81 Der Hantelnebel Messier 27 trägt wegen seiner Form auch den Namen »Hantelnebel«. Der Planetarische Nebel ist einer der hellsten am Himmel. Er befindet sich im Sternbild Füchschen und erstreckt sich über sechs Bogenminuten. Sein zentraler Stern leuchtet mit einer scheinbaren Helligkeit von 13,5 mag. LRGB-Komposit, gesamte Belichtungszeit: 2 Stunden 34 Minuten Stephans Quintett – eine Galaxiengruppe NGC 7320C Die Galaxien NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B, NGC 7319 und NGC 7320C stehen in gravitativer Wechselwirkung und befinden sich in rund 300 Millionen Lichtjahren Entfernung im Sternbild Pegasus. Die Galaxie NGC 7320 liegt zufällig in der gleichen Blickrichtung, sie ist aber nur rund 50 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. NGC 7319 NGC 7318B NGC 7320 NGC 7318A NGC 7317 L-Filter, gesamte Belichtungszeit: 3 Stunden 30 Minuten NGC 3187 NGC 3193 NGC 3190 Galaxientrio im Kopf des Löwen Gleich drei Sternsysteme auf einmal sind in dieser Aufnahme zu sehen. Sie liegen im Sternbild Löwe und bilden zusammen mit einer vierten hier nicht sichtbaren Galaxie eine Galaxiengruppe. Links oben im Bild befindet sich die elliptische Galaxie NGC 3193. In der Bildmitte leuchtet die Spiralgalaxie NGC 3190, deren Arme sich eng um ihre Scheibe winden. Rechts oberhalb von ihr erscheint eine weitere Spiralgalaxie: NGC 3187, die ihre spiralförmige Struktur preisgibt. Der Hintergrund ist übersät mit weit entfernten Galaxien. CLS-CCD-Filter und H-alpha-Filter, Belichtung jeweils 2 Stunden 82 August 2011 Sterne und Weltraum Galaxienpaar mit Wechselwirkung Die in Wechselwirkung stehenden Galaxien NGC 5257 und NGC 5258 im Sternbild Jungfrau sind rund 13,5 mag hell und 400 Millionen Lichtjahre entfernt. Wie klein die beiden Objekte erscheinen, verdeutlicht die am unteren rechten Bildrand eingefügte Aufnahme des mit gleicher Technik fotografierten Planeten Jupiter. NGC 5258 NGC 5257 CLS-CCD-Filter, gesamte Belichtungszeit: 2 Stunden 43 Minuten Nahe Spiralgalaxie Die nur rund zehn Millionen Lichtjahre entfernte Spiralgalaxie NGC 6946 befindet sich an der Grenze der Sternbilder Kepheus und Schwan und in relativer Nähe zur Lokalen Gruppe – einer Ansammlung von Galaxien, zu der auch unser Milchstraßensystem gehört. Da NGC 6946 nahe unserer galaktischen Ebene liegt, wird ihr Licht von interstellarem Gas und Staub aus der Milchstraße stark abgeschwächt. In dieser Galaxie, die sich zehn Bogenminuten weit erstreckt, ließen sich bereits neun Super­ novae beobachten. Astronomik L-Filter, Belichtung 2 x 1 Stunde, 2 x 2-binning Lichtschwacher Planetarischer Nebel Der Planetarische Nebel NGC 7094 im Sternbild Pegasus dehnt sich über nur 1,6 Bogenminuten am Himmel aus. Der blau leuchtende Stern im Zentrum ist mit 13 mag um einiges heller als der Nebel selbst. RGB-Filter, gesamte Belichtungszeit: 3 Stunden 6 Minuten www.astronomie-heute.de August 2011 83
