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Fotographie mit Teleskopen

Wenn sie in einer Zeitschrift für Amateurastronomen blättern, dann kommt es leicht zum Wunsch nach eigenen Bildern. Dieser Artikel soll die Möglichkeiten aufzeigen, aber auch Probleme ansprechen. Wenn hier von Astrophotographie die Rede ist, dann von der Fotographie lichtschwacher Objekte, also Sternhaufen, Nebeln und Galaxien. Zu Sonne, Mond und Planeten lösen Sie den letzten Absatz dieses Artikels. Dieser Aufsatz beschäftigt sich nur mit der technischen Seite - gerade für gute Aufnahmen benötigt man aber auch sehr viel Erfahrung, viel Zeit und viel Glück. Das ist aber auch nicht anders als in anderen Hobbies - die Top-Skiaustattung macht sie trotzdem nicht zum Ski-Ass....

Was muss ihr Teleskop können?

MondaufnahmeZuerst einmal muss ihr Teleskop für Langzeitbelichtungen (alles was länger als 1/100 Sekunde ist) parallaktisch aufgestellt sein, und dem Lauf der Sterne folgen können. Dieses erste Kriterium ist das "Aus" für Dobsons - Der Verzicht auf eine parallaktische Montierung bedeutet, das man mit diesen Teleskopen nur Aufnahmen mit kurzer Belichtungszeit machen kann.

Wenn ein Teleskop parallaktisch aufgestellt ist, so liegt eine Achse des Teleskops in der Linie Himmelsnordpol / Teleskopachse. Wenn man so ein Teleskop aufstellt, so muss man nur in einer Achse, der Rektaszensionsachse nachführen, um dem Kreisbogen der Himmelkörper bei ihrem Lauf um die Erde zu folgen. Dieser Bogen ergibt sich durch die Drehung der Erde um ihre Achse, kombiniert damit, dass man in unterschiedlichen geographischen Breiten den Himmelsnordpol in einer unterschiedlichen Höhe sieht.

Das alleine leisten schon die meisten Teleskope. Doch man braucht mehr. Man braucht zwei Motoren für die beiden Achsen. Der Rektaszensionsmotor dürfte wegen der Bewegung der Sterne klar sein. Doch wozu der zweite an der Deklinationsachse (Bewegt das Teleskop auf und ab)? Nun leider wird niemand es hinbekommen, das Teleskop absolut genau auszurichten. Dazu kommt vielleicht ein nicht ganz planer Boden, Spiel in den Getriebe und Achsen. Die Sterne bewegen sich auch bei Nachführung leicht, sowohl in Rektaszensionsachse wie auch in der Deklinationsachse. Man muss dieses Spiel durch eine Handbox mit Steuerung ausgleichen.

Bessere Motoren haben Funktionen wie PEC (Periodic Error Control) die durch eine Elektronik versucht, zyklische Fehler durch die Schneckenräder auszugleichen. Sowohl die Motoren wie auch die Steuerung kosten ziemlich Geld. Je besser ein Motor ist, d.h. je weniger Abweichungen er vom idealen Gang hat, desto teurer ist er.

Spätestens jetzt wird auch die Montierung wichtig. Beim Beobachten mit dem Auge ist eine Montierung die bei Berührung schwingt lästig, aber tolerierbar. Bei der Fotographie macht Sie Fotos weitgehend verschwommen. Eine Montierung die weitgehend erschütterungsfrei ist, zusammen mit einem Stativ oder einer Säule die Schwingungen dämpft, ist aber ebenfalls nicht gerade preiswert. Wenn Fotografie gewünscht wird, dann muss man auf die Montierung achten. Die meisten Newton-Teleskope und Refraktoren werden mit Montierungen verkauft die den Tubus gerade noch tragen. Sie sind für visuelle Beobachtung gedacht. Zum einen ist hier weder das Zusatzgewicht für eine Nachführung, noch die Kamera mit eingeplant, zum anderen wird die Kamera bei Refraktoren am Ende montiert, was eine starke Hebelwirkung bedeutet. Eine Montierung mit einer Last an der Grenze der Möglichkeiten ist aber dann eventuell mit der Nachführung überfordert oder zumindest sehr empfindlich, was Störungen angeht durch Wind oder Schwingungen. Wer also plant zu fotografieren, sollte bei den Standardangeboten genau nachsehen was die Montierung trägt und gegebenenfalls vom Standardangebot abweichen und sich ein Packet aus etwas leistungsstärkerer Montierung und gewünschtem Tubus schnüren. Nur ist das oft 50-70% teurer als das billige Angebot nur fürs visuelle Beobachten. Bei den Schmidt-Cassegrains und einer Gabelmontierung ist das nicht nötig. Die Gabelmontierung hält das Teleskop sehr stabil ohne Gegengewichte und da der Tubus kurz ist spielt auch die Hebelwirkung der Kamera kleiner. Allerdings sind Schmidt-Cassgrain Teleskope von Meade und Celestron doch schon im mittleren Preissegment angesiedelt.

Ein weiterer Punkt bei der Fotografie ist das Öffnungsverhältnis. Je kleiner es ist desto größer ist das Gesichtsfeld und um so kleiner die Belichtungszeit um ein Objekt einer bestimmten Helligkeit abzubilden. Oder anders ausgedrückt:; Bei einem gegeben Durchmesser der Optik ist bei einem niedrigen Öffnungsverhältnis die Brennweite kleiner und damit die Vergrößerung. Die meisten Objekte sind lichtschwach, daher sind niedrige Öffnungsverhältnisse besser. Allerdings erkauft man sich diese bei allen Instrumenten mit Nachteilen. Refraktoren zeigen einen um so größeren Farbfehler (sprich Farbsäume), je lichtstärker sie sind. Man kann sie reduzieren. So sind preiswerte Refraktoren Achromaten und bestehen aus zwei Linsen. Apochromaten haben eine dritte Linse die den Farbefehler reduziert und so auch gute Bilder bei Öffnungsverhältnissen von 1:5 oder 1:6 ermöglichen. Sie sind aber dadurch auch deutlich teurer.

Bei Schmidt-Cassegrains und bei Newtons muss der Sekundärspiegel bei kleineren Öffnungsverhältnissen recht groß sein, da der Hauptspiegel das Bild weniger stark fokussiert. Er kann hier durchaus 40% des Teleskopdurchmessers erreichen. Bedeutend ist nun nicht dass somit Licht verloren geht, (das sind nur etwa 16%), sondern dass ein recht großer Fremdkörper im Strahlengang ist, der Kontraste abschwächt. Trotzdem ist das Bildfeld gewölbt, weshalb man zum scharfen Abbilden oft einen Komareduktor braucht. Ohne ihn werden Sterne am Rand unscharf und von einer Koma umgeben.

Web also beides haben will - fehlerfreie Abbildungen und kleine Öffnungsverhältnisse - muss dann meistens tief in die Tasche greifen und die Instrumente sind dann auch für visuelle Beobachtungen nicht so gut geeignet. Merin Rat für Universalinstrumente die beides können sind mittlere Öffnungsverhältnisse von f/8 bei Refraktoren und f/6 bei Newtons.

Nachführung

Zuletzt braucht man noch eine Möglichkeit zu kontrollieren ob es überhaupt Abweichungen vom Soll gibt. Dazu gibt es auch zwei Techniken. Das erste ist ein Off-Axis Guider. Das ist ein Verbindungsstück zwischen Kamera und Teleskop, das neben der Hauptachse durch einen Spiegel Licht in einen Okulareinsatz wirft. Mit einem Fadenkreuzokular beobachtet man dann das Sternfeld neben dem Feld das man aufnimmt und schaut ob ein Stern aus dem Gesichtsfeld läuft. Wenn ja so korrigiert man über eine Steuerbox die Ausrichtung des Teleskops. Diese Methode ist vergleichsweise preiswert. Von Nachteil ist, dass man nur ein begrenztes Feld neben dem was man fotografiert wählen kann. Befinden sich dort keine hellen Sterne, so ist die Nachführung schwierig. Der Einblick um 90° zur Achse ist auch noch ein Nachteil. Vor allem bei Newton Teleskopen bedeutet dies Verrenkungen.

Schmidt-NewtonDie zweite Methode verwendet ein separates Fernrohr, ein so genanntes Leitfernrohr zur Nachführung. Dieses ist um Bild links das schmale, weise Fernrohr welches das Hauptfernrohr überragt. Ein Leitfernrohr ist meist ein kleiner Refraktor mit langer Brennweite von 60-80 mm Linsendurchmesser. Er ist parallel zur Hauptachse montiert und kann innerhalb eines Radius von einigen Grad gedreht werden. Damit kann man ein größeres Feld als der Off-Axis Guider nutzen um einen Leitstern zu finden. Bei Beobachtungen von Mond und Sonne ist er auch als Fernrohr nützlich, da er weniger Licht sammelt und Refraktoren sehr scharfe Bilder liefern.

Von Nachteil ist ein kleiner Fehler, da die Achse des Refraktors nicht genau mit der des Teleskops zusammenfallen muss. Weiterhin belastet das zusätzliche Gewicht auch die Montierung. Je größer ihr Teleskop ist, desto geringer ist aber dieser Einfluss, da der Prozentuale Zuwachs immer kleiner wird je größer ihr Teleskop ist.

Die modernste Version ist die automatische Nachführung mit einer CCD Kamera, die anstelle eines Fadenkreuzokulars angeschlossen wird. Manche CCD Kameras haben auch einen Zusatzfunktion die dies ohne zusätzlichen Off-Axis Guider oder Leitfernrohr ermöglicht.

Summa summarum : Die Extras die Sie brauchen (stabile Montierung, Stativ, regelbare Motoren, Handsteuerung, Guider, Fadenkreuzokular) können dazu führen, dass ein Teleskop für die Astrophotographie leicht doppelt so teuer ist wie dasselbe Modell mit einer einfachen Montierung ohne diese Extras.

Fotographie mit CCD Kameras

Auch bei Amateurastronomen haben CCD Kameras Einzug gehalten. Es wurden diese sogar schon seit 1992 verwendet, lange bevor Digitalfotographie sich als Massenmarkt durchgesetzt hat. Leider haben sich in diesem Markt die Preise konstant gehalten, während die Preise für Digitalkameras laufend gesunken sind. CCD Kameras für Amateurastronomen kosten zwischen 4000-11000 € bei 0.4-3 Megapixeln Auflösung. Es gibt zu diesem Thema auch einen ausführlicheren Aufsatz.

Warum dieser Preisunterschied zu Digitalkameras?

Nun zum einen ist es keine Massenproduktion, sondern es werden sehr wenige Exemplare verkauft. Zum anderen sind die Detektorgrößen erheblich größer. Eine 3 Megapixel Digitalkamera hat einen Chip von 4 × 6 mm Größe, eine astronomische einen von 25 × 25 mm. Das heißt, man könnte 25 Chips für Digitalkameras aus dem Stück Silizium gewinnen, das einen Astromischen Chip darstellt.

Doch nun zu den Vorteilen von astronomischen CCDs: Die größere Chipfläche bedeutet auch eine höhere Empfindlichkeit. Während eine Digitalkamera auf 100-200 ASA kommt haben CCD Chips eine Empfindlichkeit die 10000 ASA entspricht. Damit kann man innerhalb eines Bruchteils der Zeit die man für ein normales Foto benötigt dasselbe Objekt erfassen. Alternativ kann man bei längerer Belichtungszeit mehr Details erfassen. Dies kommt durch eine Kombination von Techniken zustande. Zum einen durch die größere Chipfläche - mehr Fläche, mehr Licht. Zum anderen durch die CCD Technik. CCD Chips haben ein geringeres Eigenrauschen als CMOS Chips und sind empfindlicher. Zudem ist der Bereich in dem sie linear sind höher. In Digitalkameras stecken CMOS Chips, weil man diese im selben Fertigungsprozess wie RAM Bausteine herstellen kann. Die CCDs astronomischer Kameras werden separat gekühlt und haben Linearitäten (doppeltes Licht = Doppeltes Signal) von 1:100 000, während nur wenige CMOS Chips auf 1:1000 kommen. So machen auch 16 Bit für die Intensität bei CCDs Sinn, während in Digitalkameras 8 Bit Pro Pixel reichen.

In der Zusammenfassung: CCD Kameras für Teleskope sind sehr teuer, ein Amateur kann damit aber auch erheblich bessere Resultate als mit Film erzielen. Sie können auch viel einfacher nachbearbeitete werden, z.B. können mehrere Bilder addiert werden oder Farbaufnahmen aus mehreren Aufnahmen mit Farbfiltern erzeugt werden, die oft besser sind als die Aufnahmen mit einem Farb-CCD Chip, da dieser gerade im roten Spektralbereich der in vielen Emissionsnebeln vorherrscht sehr unempfindlich ist.

Umgebungsbedingungen

Andromeda unter besten Bedingungen mit einem CCD fotografiertNoch mehr als bei der Beobachtung mit bloßem Auge spielt bei der Fotographie die Umgebung eine Rolle. In Städten und auch Stadtnähe ist der Himmelshintergrund durch viele Lichter und Aerosole die Licht reflektieren aufgehellt. Als Folge dazu kann man nur kurz belichten, bevor der Hintergrund zu hell ist und stört. Beim Autor, der in der Nähe von Stuttgart wohnt ist dies schon nach 5 Minuten der Fall. Dabei sind Belichtungszeiten von 30-60 Minuten für schwache Objekte die Regel. Weiterhin ist es über Städten wärmer, wodurch durch Luftströmungen Turbulenzen entstehen die das Seeing verschlechtern. Als Folge davon fahren einige Hobbyisten 100-200 km bis zum nächsten Ort mit gutem Seeing. Abgesehen davon ob dies vereinbar ist mit dem Ansinnen ist einen dunklen Himmel zu haben (schließlich sind auch Autoabgase an den Aerosolen schuld) ist dann Schluss mit einem spontanen Beobachten und das Fotografieren beschränkt sich auf das Wochenende.

Wer innerhalb eines Ballungsgebiets wohnt, sollte dies bedenken. Er kann aber immer noch auf helle Objekte ausweichen. Zudem spart man dann sehr viel Geld. Man braucht zwar in der Regel auch noch einen Rektaszensionsmotor, aber keinen von der hochgenauen und teuren Sorte. Bei den kurzen Belichtungszeiten braucht man weder eine Korrektur, noch Deklinationsmotoren, noch Leitfernrohre oder Off-Axis Guider. Und mit etwas handwerklichem Geschick kann man auch eine Webcam anschließen. Für einige Modelle gibt es sogar fertige Adapter.

Einige Empfehlungen

Ich habe mich bemüht auf mehreren Seiten das Fachwissen für einen Teleskopkauf zusammenzutragen. Trotzdem werde ich immer wieder gefragt ob ich das Teleskop X oder Y empfehlen kann. Das ganze ist sehr schwierig, da man aufgrund der Beschreibungen eigentlich nur schwer ein Urteil abgeben kann.

Ich habe hier trotzdem drei Empfehlungen zusammen getragen die im Preis zwischen 200 und 300 Euro liegen - Darunter sollte man auf keinen Fall ein Teleskop kaufen, sonst geht es wirklich auf Kosten der Qualität. Auch bei den hier angegeben Teleskopen muss man Kompromisse machen, vor allem bei der Montierung. Aber ein Gerät ohne Kompromisse kann den vielfachen Preis dieser Angebote ausmachen. Hinweis: Für Langzeitbelichtungen benötigen sie bei jedem dieser Modelle eine Nachführung und oft auch eine stabilere Montierung. Dobsons eigenen sich Prinzip bedingt nicht für Langzeitbelichtungen. Mit allen Geräten können sie aber Bilder von Sonne, Mond und Planeten machen.

Refraktoren (Linsenfernrohre)

Reflektoren haben meist die beste Abbildungsleistung, sie gelten auch als unempfindlich und daher eher für Anfänger geeignet. Allerdings bekommt man dafür auch am wenigsten Teleskop fürs Geld. Der Einblick hinten ist schwer wenn man senkrecht zum Zenit schaut. Bei den günstigen Modellen findet man meist Achromaten, diese haben Farbfehler. um diese zu minimieren sollte man ein möglichst langbrennweitiges Modell wählen. Gut eigenen sich Refraktoren zur Planetenbeobachtung und zur Beobachtung von Mond und Sonne (mit Zusatzfilter). Hier zeigen sie kontrastreiche Abbildungen und auch benötigt man hier keine so großen Teleskope. Eine sinnvolle Einstiegsgröße sind 80 mm. Ich habe ein sehr günstiges 90 mm Modell gefunden das ich hier empfehle:

Reflektoren (Spiegelteleskope)

Bei kleinen Teleskopen dominieren die Newtons die sehr preiswert sind. Der Einblick oben am Tubus auf einer Montierung ist in jeder Position gut, man bekommt bei leichten Abstrichen in der Abbildungsleistung wesentlich mehr Teleskop fürs Geld. In diesem fall einen 150 mm Newton für nur wenig höheren Preis vergleichen mit dem 90 cm Refraktor. Alternativ bekommt man auch einen 130 mm Newton bei einem Preis unter 200 Euro. Ein Newton auf parallaktischer Montierung ist ein gutes Allround Instrument und auch mein erstes Teleskop war ein solches Newton Teleskop.

Wenn es nur um die Teleskopgröße gibt, so sind Dobsons die geeignete Wahl. Es gibt bei den kleineren billigen Dobsons nur einen Hersteller, die Angebote unterscheiden sich im Zubehör. Für den gleichen Preis eines 150 mm Fernrohrs auf einer parallaktischen Montierung bekommt man hier ein 200 mm Gerät. Dafür muss man aber mit den Einschränkungen eines Dobsons leben: Die Nachführung des ganzen Tubus ist schwerer als die Steuerung einer Achse an einer Montierung und das Einblickverhalten ist durch die niedrige Höhe bei horizontnahen Objekten sehr schlecht. Von allen Teleskopen ist dieses das lichtstärkste (Refraktor 1:10, dieses hier 1:6). Es eignet sich für die Beobachtung lichtschwacher Objekte am besten.


Sie finden ähnliche Fernrohre auch bei anderen Anbietern. Bei diesen hier habe ich auch das Zubehör geprüft, so enthalten diese Super-Plössl Okulare. Wenn sie ein billigeres Angebot sehen (diese Fernrohre gibt es bei zahlreichen Händlern) achten sie vor allem auf das Zubehör und die Ausstattung und vergleichen sie diese.

Artikel zuletzt geändert am 23.12.2012


© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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