Nachdem ich mein erstes Teleskop erstanden hatte (Celestron C8 mit Vixen GP-Montierung) wurde nach den ersten klaren Nächten der Wunsch immer stärker, die schönen Objekte am Himmel zu fotografieren. Ich wohne in Nievenheim bei Dormagen. Und hier gibt es leider ein kleines Problem - nein, eigentlich sind es mehrere Probleme: In ca. 3 km Entfernung in Richtung Süd-Ost steht das Bayer-Werk Dormagen - schön hell beleuchtet. Im Süden befindet sich Köln (ca. 20 km) - nicht weniger hell erleuchtet und im Nord-Osten ist Düsseldorf (ca. 15 km). Und da die Düsseldorfer den Kölnern immer etwas voraus sein wollen, ist diese Stadt auch des Nachts ziemlich hell beleuchtet.
Trotzdem habe ich meine Nikon F301 mit einem Film bestückt und das passende Adapterstück und den passenden T-Ring bei der Firma Vehrenberg gekauft. Außerdem benötigt man noch ein Fadenkreuzokular, um bei lang belichteten Aufnahmen exakt nachführen zu können und einen speziellen Halter, der an der Gegengewichtsstange des Teleskops angebracht wird, an dem dann die Kamera befestigt wird. In der nächsten klaren Nacht wurde das Ganze dann aufgebaut.
Andromeda-Nebel M31 angepeilt, Kamera mit 200 mm Teleobjektiv versehen, angeschraubt und scharf eingestellt, Fadenkreuzokular eingesetzt, Leitstern angepeilt - und los gehts. 10 Minuten belichten und immer schön nachführen. Da man sich noch nicht so gut auskennt - das Ganze nochmal mit 5 Minuten und 20 Minuten Belichtungszeit. Ich habe diese Prozedur dann noch mit zwei anderen Objekten wiederholt und dann war die Nacht zu Ende. Man muss ja auch noch ein bisschen schlafen.
Am nächsten Tag habe ich den Film natürlich sofort weggebracht und mit der teuren "Sie warten nur 1 Stunde"-Option bearbeiten lassen. Nachdem ich die Bilder wieder aus dem Fotolabor abgeholt habe, war die Enttäuschung erst mal ziemlich groß. Was war passiert?
Nun, die Scharfeinstellung eines Fotoapparates ist nicht so einfach, wenn man astronomische Bilder erstellen will. Es gibt verschiedenen Methoden zur Scharfstellung, die alle ziemlich aufwendig und zeitintensiv sind. Viel schlimmer war jedoch, dass die Bilder im Hintergrundlicht "abgesoffen" waren, obwohl das gewünschte Objekt kaum zu erkennen war (z.B.: M31). Das ist natürlich das große Problem mit dem Hintergrundlicht hier in der Nähe des Bayer-Werkes. Schließlich ist die Zentrierung des gewünschten Objektes durch den Sucher des Fotoapparates nicht einfach, da man definitiv nichts davon sieht. Wenn dann die Kamera mit dem Teleobjektiv nicht absolut korrekt zum Teleskop selbst ausgerichtet ist, dann fotografiert man leider ganz was anderes, als man im Teleskop sieht.
Die Punkte 1 und 3 hätte man sicher in den Griff kriegen können, aber wegen Punkt 2 hatte ich große Bedenken. Der zweite Anlauf wurde dann mit Schwarz/Weiss-Film durchgeführt. Ich hatte aus früheren Tagen noch mein S/W-Labor "griffbereit" im Keller stehen. Also Film gekauft, Chemikalien und Fotopapier erstanden - und auf ein Neues.
Aber auch hier waren die Ergebnisse nicht berauschend.
Ich führte dann viele Gespräche mit anderen Hobby-Astronomen und las viele Artikel im Internet. Nach und nach wurde mir eins klar: Eine CCD-Kamera muss her!
Nur die Preise von den Teilen waren etwas abschreckend. Ich habe mich dann schließlich für die MX-916 von Starlight entschieden. Diese Kamera ist "relativ" billig bei einem guten Leistungsspektrum.
Nach zwei Wochen unerträglicher Wartezeit (mit zwei klaren Nächten!) kam die CCD-Kamera endlich bei Vehrenberg an. Bevor man sich nun an die ersten Astro-Objekte traut, kann man eine CCD-Kamera sehr gut an einem terrestrischen Objekt bei Tageslicht ausprobieren. Die ersten Bilder, die ich gemacht habe, waren alle weiß. Man denkt dann, dass die Belichtungszeit zu groß war, aber selbst die Reduzierung auf 0.01 Sekunden erbrachte nur rein-weiße Bilder. Der nächste Gedanke, der einem dann kommt, ist folgender: "Man, ist die Kamera empfindlich!" Nach 10 Sekunden Nachdenken verschließt man dann die Öffnung des Teleskops mit dem Objektivdeckel und macht noch ein Foto. Wieder alles weiss! Was war das Problem? Kamera kaputt? Eine Fehler in der Software? Printer-Schnittstelle vom Notebook kaputt? Alles falsch! Auf meinem Notebook war Windows NT 4 installiert (ich bin in der EDV-Branche tätig und halte mich von Windows 98 möglichst weit fern) und die Starlight-Software für die CCD-Kamera arbeitet nur mit Windows 95/98, da die Printer-Schnittstelle direkt aus der Software angesprochen wird. In Windows NT dagegen ist es aus bestimmten Gründen nicht erlaubt, dass eine Software die Hardware (also hier LPT1:) direkt anspricht.
Na gut, dann also Windows 98 installiert und ein neuer Versuch. Und es hat funktioniert! Ich sehe auf meinem Notebook-Bildschirm ein Foto von der 33sten Mohnblume auf dem zweiten Beet im Garten meines Nachbarn auf der gegenüberliegenden Straßenseite. Welch ein Erfolg! Jetzt steht nur noch eine Frage im Raum: Wann kommt die nächste klare Nacht?
Und sie kommt - die klare Nacht: Am 6. April 2000 ist es endlich soweit. Alles aufbauen und justieren. Objekt M 106 anpeilen und zentrieren. OK. Zenitprisma mit Okular GANZ VORSICHTIG abschrauben und genauso vorsichtig die CCD-Kamera dran schrauben. Bild machen, Belichtungszeit 30 Sekunden. Ergebnis: Nichts zu sehen - aber auch rein garnichts! Von M 106 weit und breit keine Spur! Auch keine Sterne. Kontrast des Bildes mit der CCD-Software erhöhen. Immer noch nichts! Nun habe ich ein vollständig schwarzes Bild (welch ein Kontrast zu den ersten Versuchen!). Man hofft ja dann, dass man irgend etwas Einfaches vergessen oder falsch gemacht hat. Also noch mal das Ganze, dieses Mal mit einer Minute Belichtungszeit. Nach einer bangen Minute und 10 Sekunden (etwa 10 Sekunden braucht man, um das Bild aus der Kamera in das Notebook einzulesen): Wieder nichts! Jetzt ist Nachdenken angesagt. Kurz danach dämmert es dann so langsam: Scharfstellen ist angesagt!
Nun geht die Sucherei los. In welche Richtung drehe ich zuerst? Ok, nach rechts - immer eine Viertel-Umdrehung. Dann ein CCD-Bild machen und begutachen. Nun ja, Sie ahnen es wahrscheinlich: Rechts war natürlich die falsche Richtung! Nach 10 Umdrehungen gibt man auf. Also links herum, 10 Umdrehungen zurück, und dann wieder im Viertel-Takt. Und tatsächlich, nach einigen Umdrehungen tauchen einige verschwommene Kreise (beim Newton oder SCT mit einem schwarzen Kreis in der Mitte) im dem Bild auf, wenn man den Kontrast verstärkt. Das sind noch sehr unscharfe Sterne, die man als erstes sieht. Jetzt etwas vorsichtiger mit der Schärfe. Die Kreise werden immer kleiner und irgendwann werden daraus scharfe Sternabbildungen.
OK, aber wo ist M 106? Noch mal ein Bild mit 30 Sekunden Belichtungszeit machen und den Kontrast stark anheben. Ja, da oben rechts in der Ecke ist ein schwacher Schein. Das Objekt muss also noch zentriert werden. Nichts leichter als das! Taste nach rechts an der Teleskopsteuerung einen kurzen Moment betätigt - Sie ahnen schon was? - Bild gemacht - der schwache Schein in der Ecke ist weg! Das war natürlich wieder die falsche Richtung. Mein Tipp: Bevor Sie anfangen zu fotografieren, prüfen Sie die Bewegungsrichtung der Kamera mit den vier Richtungstasten. Bei manchen Steuergeräten kann man die Richtungen auch vertauschen, so dass sie dann dem natürlichen Empfinden entspricht.
Nach einigen Versuchen hatte ich M 106 dann endlich einigermaßen zentriert. Bild mit 3 Minuten Belichtungszeit erstellen - und hier ist das Ergebnis. Mein erstes CCD-Bild:
Bild 1: Das erste CCD-Bild: M 106
Ja, was soll man zu diesem Bild sagen, außer das es ziemlicher Mist ist: Kein Flat-Field, sehr unscharf, Objekt nicht zentriert, die Sterne werden trotz der Unschärfe schon langsam zu Strichen (Poljustierung ist nicht genau)! Das zweite Bild, dass ich in dieser Nacht gemacht habe, ist auch nicht viel besser. Aus diesem Grund werde ich es hier gar nicht zeigen. Trotzdem war ich mit dieser ersten CCD-Aktion zunächst einmal zufrieden.
Was habe ich in dieser Nacht gelernt?
Wie kann man die Bilder nun verbessern?
Fangen wir mit der Einstellung der Schärfe an. Man kann natürlich solange herumprobieren, bis man die optimale Schärfe gefunden hat. Das kostet jedoch viel Zeit - und man weiß dann immer noch nicht, ob es vielleicht doch noch ein bisschen besser geht. Es gibt jedoch ein einfaches Verfahren, dass man bei CCD-Kameras anwenden kann und schnell zur richtigen Schärfeeinstellung führt: Die Scheiner-Blende (Bild 2).
Bild 2: Die Scheiner-Blende
Aus starker Pappe wird ein Kreis ausgeschnitten, welcher im Durchmesser der Öffnung des Teleskops entspricht. Dann werden zwei Löcher hinein geschnitten, die mit ihren Mittelpunkten wiederum genau auf einer Linie durch den Mittelpunkt des großen Kreises liegen. Beide Löcher haben den gleichen Abstand zum Rand. Die Löcher sollten ungefähr ein Viertel des Durchmessers der Teleskopöffnung haben. Fertig!
Bei der Scharfstellung geht man nun folgendermaßen vor: Man sucht einen relativ hellen Stern. Die CCD-Kamera wird angeschlossen und ist betriebsbereit. Nun stellt man zunächst grob scharf. Danach legt man (VORSICHTIG) die Scheiner-Blende vor die Teleskopöffnung und macht erneut ein CCD-Bild. Das Resultat sieht etwa so, wie in Bild 3 aus:
Bild 3: Die Schärfe ist noch nicht korrekt eingestellt
Man erhält zwei Abbildungen es unscharfen Sterns, da die beiden Strahlenbündel, die durch die beiden Löcher unserer Blende gehen, nicht an einer Stelle im Brennpunkt landen. D.h., je weiter die beiden Abbildungen voneinander entfernt sind, desto unschärfer ist das Bild. Jetzt wird der Schärfeknopf ein kleines Stück nach rechts gedreht (hoffentlich ist das dieses mal die richtige Richtung!). Rücken die beiden Abbildungen näher zusammen, dann haben wir die richtige Drehrichtung erwischt. Ansonsten war's mal wieder falsch. Nun wird solange der Schärfeknopf in die entsprechende Richtung verstellt, bis beide Abbildungen zur Deckung kommen. In Bild 4 ist die Schärfe fast richt eingestellt, kann aber noch ein bisschen verbessert werden.
Bild 3: Schärfe fast richtig eingestellt
Die Abbildungen sind in Bild 3 fast zur Deckung gebracht worden, der Stern ist nur etwas länglich in der horizontalen Richtung. Nun ist besondere Vorsicht beim Verstellen der Schärfe angesagt.
Jetzt kann man endlich wieder ein Astro-Bild machen: Die "Siamesischen Zwillinge" sind dran (NGC 4567):
Bild 4: NGC 4567
Bei diesem Bild wurden 10 Einzelbilder zu je 30 Sekunden erstellt. Mit dem C8 (2 m Brennweite) und einer vernünftigen Poljustierung erhält man damit noch keine Strichspuren für die Sterne auf den Bildern. Wenn eine sehr exakte Poljustierung vorgenommen wird, kann man die Belichtungszeit auch auf eine Minute steigern. Schließlich muss das Rauschen aus den Bildern entfernt werden (dazu später mehr) und die Einzelbilder werden mit einer CCD-Software addiert. Hierzu muss man meistens den gleichen Punkt auf jedem Bild mit der Maus anklicken und dann einen Befehl zum Addieren der Bilder aufrufen. Danach wird die Helligkeit und der Kontrast mit der CCD-Software eingestellt und das fertige Bild kann gespeichert werden. Die schwachen Sterne in Bild 4 sind fast punktförmig und bedecken nur wenige Pixel. In Bild 4 ist die Schärfe schon ziemlich gut eingestellt.
Ein Tip: Bevor Sie mit dem Fotografieren anfangen, sollten Sie der CCD-Kamera (im eingeschalteten Zustand) etwa 20 Minuten Zeit geben, sich abzukühlen. Die meisten Kameras arbeiten ungefähr 30°C unter der Umgebungstemperatur. Je kälter der CCD-Chip ist, desto weniger Rauschen finden Sie in den Bildern. Trotzdem wird immer etwas Rauschen übrig bleiben, welches dann mit anderen Methoden entfernt werden muss.
So und nun wird es etwas komplizierter. Bei der Astro-Fotografie hat man immer mit dem Rauschen in den Bildern zu kämpfen. Das Rauschen hat verschiedene Ursachen. Darauf möchte ich an dieser Stelle garnicht weiter eingehen. Die Frage ist: Wie können wir das Rauschen verringern?
Die Lösung ist: Wir müssen sog. Dunkelbilder aufnehmen und diese von unseren richtigen Bildern abziehen. Wenn wir also ein Objekt mit einer Belichtungszeit von einer Minute fotografieren, dann müssen wir ein Dunkelbild von gleicher Dauer erstellen. Hierzu kann man (beim C8) den Deckel auf das Teleskop aufsetzen. Manche Kameras haben jedoch auch einen Verschluss, der geschlossen wird, wenn ein Dunkelbild aufgenommen wird. Dieses Dunkelbild ziehen wir dann mit unserer CCD-Software vom Astro-Bild ab und das Rauschen ist deutlich geringer als vorher (Bild 5 bis 7):
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| Bild 5: M 51, C8, 30 Sek | Bild 6: Dunkelbild, 30 Sek. |
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| Bild 7: Bild 5 - Bild 6 | Bild 8: Kontrastverstärktes Bild 7 |
In Bild 7 kann man M 51 schon deutlich erkennen, obwohl es sich nur um ein 30-Sekunden-Bild handelt. Der Kontrast der Bilder 5 bis 7 wurde jeweils und den gleichen Betrag angehoben, damit die Unterschiede hier sichtbar sind.
In Bild 8, welches nochmals kontrastverstärkt wurde, sieht man, dass noch Rauschen übrig geblieben ist. Dieses Rauschen kann durch die CCD-Software ggf. verringert werden. Außerdem sieht man, das ein 30-Sekunden-Bild nicht ausreicht, um die feinen Strukturen von M 51 ordentlich abzubilden.
Macht man nun 10 Bilder a 30 Sekunden und will diese Bilder dann hinterher zu einem Gesamtbild addieren, so muss man nur ein Dunkelbild a 30 Sekunden erstellen. Dieses Dunkelbild zieht man von jedem Objektbild vor der Addition ab und führt dann erst die Addition der einzelnen Bilder durch. Wichtig hierbei ist jedoch, das die Temperatur der Kamera während der Aufnahme der 10 Einzelbilder und des Dunkelbildes konstant bleibt. Das Rauschen ist in erster Linie von der Temperatur abhängig!
Bild 9: Das endgültige Bild von M 51
Das Ergebnis der ganzen Aktion ist in Bild 9 zu sehen. Zehn Einzelbilder a 30 Sekunden, jeweils Dunkelbild abgezogen, addiert und das restliche Rauschen mit der CCD-Software noch etwas reduziert.
In Bild 8 sehen wir aber noch etwas Unschönes! In rechten unteren Ecke sieht man ein leicht dunkleren Ring im Bild. Dieser Ring entsteht durch eine kleine Unsauberkeit im Strahlengang (z.B.: auf dem Kamerafenster vor dem CCD-Chip). Aber auch solche Fehler kann man korrigieren. Wir müssen sog. Flat-Frames erstellen. Hierbei macht man mit der CCD-Kamera ein Bild von einem möglichst gleichmäßigen Hintergrund. Z.B. kann man, wenn die Dämmerung beginnt (aber noch keine Sterne zu sehen sind), Aufnahmen des Himmels machen. Am Besten richtet man das Teleskop dabei in Richtung Osten, da im Westen, wo die Sonne ja untergeht, der Himmel durchaus noch deutliche Helligkeitsunterschiede aufweisen kann. Wenn das Flat-Bild fertig ist, wird noch ein Dunkelbild mit der gleichen Belichtungszeit erstellt und vom Flat-Bild abgezogen. Ein Flat-Bild ist in Bild 10 dargestellt:
Bild 10: Ein Flat-Bild
In Bild 10 kann man mindestens zwei dieser Kringel sehen, die durch Verunreinigungen im Strahlengang entstehen. Es gibt noch andere Möglichkeiten, Flat-Bilder zu erstellen. Wir wollen es hier jedoch bei der besprochenen Möglichkeit belassen.
Tip: Nehmen Sie das Flat-Bild so auf, dass der CCD-Chip etwa zu 50 bis 60% gesättigt ist. Hier müssen Sie etwas mit der Belichtungszeit spielen. Wenn Sie also z.B. eine 16-bit-Kamera haben (Maximum = 65535), dann sollte die Pixelintensität des Flat-Bildes im Durchschnitt ca. 40000 betragen.
Tip: Wenn Sie Bilder mit verschiedenen Auflösungen der CCD-Kamera oder mit einer Focal-Reducer-Linse machen wollen, dann müssen Sie auch von diesen Anordnungen Flat-Bilder erstellen.
Das Dunkelbild haben wir von unserem Objektbild abgezogen. Beim Flat-Bild ist das anders. Hier müssen wir das Objektbild durch das Flat-Bild teilen. Die CCD-Software führt diese Operation durch. Auch hier gilt wieder: Wenn viele Einzelbilder aufgenommen und dann addiert werden sollen, muss jedes Einzelbild durch das Flat-Bild geteilt werden. Dabei werden die "schwachen" Stellen auf dem CCD-Bild durch die Division mehr "verstärkt", als die übrigen Stellen. Nun verschwinden auch diese Fehler in unseren Bildern.
Bild 11: M 82 mit Dunkelbild und Flat-Bild
In Bild 11 wurden 16 Bilder a einer Minute mit Dunkelbild und Flat-Bild behandelt und danach zum Endbild addiert.
Dunkelbilder müssen evtl. mehrfach in der Nacht erstellt werden. Dies hängt in erster Linie von der Änderung der Temperatur ab. Die Flat-Bilder sind hauptsächlich von den Dingen abhängig, die sich im Strahlengang befinden (Filter, Linsen, usw.). Die Effekte auf dem Flat-Bild werden umso stärker, je näher eine Verunreinigung am CCD-Chip ist.
Auch wenn Ihnen die Erstellung von Dunkelbildern und Flat-Bildern sehr umständlich und mühsam vorkommt - die Astrobilder werden in der Qualität stark verbessert, wenn Sie diese Techniken anwenden.
Ja, wie kann das letzte Problem lösen, was ich oben erwähnt habe? Ich meine, die Auffindung und Zentrierung der Objekte. Hier hilft Elektronik am Besten. Ein Steuergerät für das Telekop wirkt beim Auffinden von Objekten wahre Wunder. Mit einer guten Poljustierung (ist für die Astro-Fotografie sowieso unbedingt erforderlich!) und der Justierung auf einen oder zwei Referenzsterne kann man mit diesen kleinen Computern problemlos auch die schwächsten Astroobjekte sofort (fast) zentriert auf dem CCD-Chip abbilden. Das lästige Wechseln von Okular und CCD-Kamera fällt damit auch weg.
Damit wäre meine kleine Einführung in die CCD-Fotografie beendet. Ich hoffe, dass dieser Artikel nützlich ist, wenn Sie gerade mit der CCD-Fotografie beginnen - oder er hat Ihnen etwas Lust gemacht, vielleicht doch die Investition in eine digitale Kamera zu machen.