|
|
|
 |
|
 |
||||||||||
|
||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Die hochauflösende Fotografie von Planeten gilt als eine der schwierigsten Disziplinen der Astrofotografie. Diese Ansicht stammt aus der Zeit der 1990er Jahren, als die Astrofotografie mit analogem Filmmaterial die Amateur-Astrofotografie dominierte und die CCD-Kameras ihren Siegeszug gerade erst begannen. Dieser Artikel zeigt, dass die Planetenfotografie zwar nach wie vor zu den anspruchsvolleren Disziplinen der Astrofotografie gehört, jedoch mit der Webcam-Technologie bereits wesentlich einfacher ist als noch vor zehn Jahren.
Diese Anleitung zur Planetenfotografie ist aufgrund ihres Umfangs in zwei Teile geteilt: Den vorliegenden Teil mit allgemeinen Grundlagen und eine Motivschule, die die Planeten im Detail behandelt.
Anmerkung: Diese beiden Artikel behandeln schwerpunktmässig die Planetenfotografie mit Webcams. Die Anleitungen gelten auch für technisch verwandte Aufnahmesysteme, beispielsweise Überwachungskameras und spezielle Mond- und Planetenkameras der Fernrohrhersteller, die auf der Webcam-Technologie basieren. Der Einfachheit halber wird nur von "Webcams" gesprochen.
Der Vollständigkeit halber seien noch zwei weitere zunehmend an Popularität gewinnende Aufnahmetechniken erwähnt, die in diesem Zweiteiler jedoch nicht vertieft behandelt werden:
Die einfachste Methode ist die sog. afokale Fotografie. Bei dieser Technik wird eine digitale Sucherkamera mit einer speziellen Halterung an das Okular eines Teleskops gehalten und ausgelöst. Man erhält auf diese Weise Fotos, die durchaus mit Webcam-Bildern mithalten können. In Anbetracht der längeren Belichtungszeiten sind hierbei jedoch die gleichen Einschränkungen aufgrund der Luftunruhe zu berücksichtigen wie bei der analogen Fotografie. Man benötigt also viele Versuche, um gute Bilder zu erhalten.
Eine weitere Technik ist der Einsatz von Camcordern, die im einfachsten Fall wie bei der afokalen Fotografie an das Okular des Teleskops gehalten werden, jedoch auch mit einer Halterung befestigt werden können. Da ein Camcorder ein viel höheres Gewicht als eine Digitalkamera oder Webcam hat, setzt diese Technik eine stabilere und entsprechend teurere Montierung voraus.
Bei der Planetenfotografie muss man zwischen der Darstellung der Wanderung durch den Tierkreis und der Detailaufnahme von Planeten unterscheiden. Ersteres wird idealerweise mit Normalobjektiven oder leichten Teleobjektiven bis etwa 200 Millimeter Brennweite ausgeführt.
Ein interessantes Projekt ist in diesem Zusammenhang die fotografische Erfassung der Oppositionsschleife. Hierbei werden in regelmässigen Abständen von ein paar Tagen Aufnahmen der Planetenumgebung angefertigt und hinterher mit einer Bildbearbeitungs-Software überlagert. Die Überlagerung kann man sich erleichtern, wenn man bei jeder Aufnahme die gleiche Brennweite und den gleichen Leitstern wählt.
Das folgende Foto zeigt den Planeten Jupiter neben dem Mond, aufgenommen mit 200 Millimeter Brennweite. Bei genauem Hinsehen erkennt man an der Grenze der Auflösung links oberhalb des Jupiter einen Jupitermond direkt neben dem Planeten.
 |
Dass die Planetenfotografie zu den schwierigsten Disziplinen der Astrofotografie gehört, liegt in erster Linie daran, dass es hierbei auf die Darstellung möglichst feiner Details ankommt. Wie wir später noch sehen werden, gelangt man bei den Belichtungszeiten sehr schnell in den Bereich von größeren Sekundenbruchteilen bis Sekunden. Die Konsequenz ist, dass sich Luftunruhen nicht oder nur in Ausnahmefällen vermeiden lassen.
Das Seeing, also die Luftturbulenzen, hat eine Frequenz von ca. zehn Hertz. Das heisst, dass beim Blick durch das Okular das Bild etwa zehnmal pro Sekunde "wackelt". Man kann also maximal 1/10, in der Regel jedoch nicht länger als 1/90 bis 1/60 Sekunde (Erfahrungswerte des Autors) belichten, wenn man Seeingunschärfen vermeiden möchte. Diese kurzen Belichtungszeiten sind in der Planetenfotografie jedoch normalerweise nicht realisierbar.
Ein weiteres Problem, das ebenfalls mit langen Belichtungszeiten in Zusammenhang steht, ist, dass die Planeten nur wenige Bogensekunden groß erscheinen. Der größte Planet, Jupiter, hat beispielsweise knapp 40 Bogensekunden Durchmesser und wird nur in Ausnahmefällen von der extrem schmalen Venussichel übertroffen. Zum Vergleich: Der Mond hat einen mittleren scheinbaren Durchmesser von 1920 Bogensekunden. Um einen Planet detailliert abzubilden, benötigen wir also starke Vergrößerungen in Form von langen Brennweiten. Diese langen Brennweiten erreicht man entweder durch Verlängerung der Teleskopbrennweite um den Faktor zwei bis vier mit Hilfe einer Barlow-Linse oder mit der Okularprojektion. Fokalaufnahmen durch ein Teleskop sind ohne Webcam nur sinnvoll, wenn man die Planeten zusammen mit ihren Monden abbilden möchte.
Das folgende Foto zeigt einen direkten Größenvergleich zwischen dem Mond und Mars in der Nähe seiner Oppositionsstellung.
 |
In diesem Punkt zeigt sich einer der Vorteile einer Webcam: Sie haben standardmässig einen relativ kleinen Sensor von 640*480 Pixeln. Dieser verglichen mit modernen CCD-Kameras und digitalen Spiegelreflexkameras winzig kleine Sensor hat bei Planeten den Vorteil, dass das Zielobjekt auch bei relativ geringen Nachvergrösserungen einen verhältnismässig großen Teil des Sensors einnimmt. Je nach Grösse des Planetenscheibchens nimmt es bereits mit acht Metern Brennweite bis zu ein Drittel der Bildhöhe ein. Bei den weitverbreiteten katadioptrischen Teleskopen mit 2000 Millimeter Brennweite benötigt man also wenn überhaupt nur noch eine Barlow-Linse mit ausreichendem Verlängerungsfaktor. Im zweiten Teil dieser Anleitung zur Planetenfotografie wird zu jedem Planet die ungefähre Größe auf dem Webcam-Sensor angegeben.
Aus der Notwendigkeit der Verlängerung der Brennweite resultiert eine extrem geringe Lichtstärke der Aufnahmeoptik. Die Fokussierung wird mit wachsender Brennweite erheblich erschwert, und die Seeingunschärfen lassen sich kaum noch unterdrücken, da wie bereits erwähnt lange Belichtungszeiten erforderlich werden.
Hier zeigen sich weitere Vorteile der Webcam-Technik: Anhand des Live-Bildes auf dem Monitor kann man Veränderungen in der Fokussierung sofort erkennen, die Scharfeinstellung vereinfacht sich also drastisch. Eine Webcam nimmt eine Videosequenz auf, aus der dann die besten Einzelbilder ("Frames") ausgewählt und mit einer Software zu einem Summenbild addiert werden. Auf diese Weise werden die kurzen Augenblicke mit guter Luftruhe herausgefiltert.
Bei der Planetenfotografie ist die Schwarz-Weiss-Fotografie der Farbfotografie überlegen. Benachbarte Planetendetails haben oft nur sehr geringe Farb- und Kontrastunterschiede. Da Schwarz-Weiss-Bilder kontrastreicher sind als Farbaufnahmen, kann man solche Feinheiten viel genauer abbilden.
Der Kontrast lässt sich durch den Einsatz von Farbfiltern weiterhin erhöhen, jedoch verlängern Filter die benötigte Belichtungszeit um den Faktor zwei bis vier. Welche Filter für welchen Planet geeignet sind, wird im zweiten Teil dieser Anleitung beschrieben. Farbfilter werden am Ende dieses Artikels ausführlich beschrieben.
Aufgrund des geringen Kontrasts von Planetenoberflächen ist die Wahl eines geeigneten Aufnahmegeräts ein wichtiger Faktor:
Bereits mit vier Zoll Öffnung kann man eindrucksvolle Planetenbilder gewinnen. Ein Spiegelteleskop sollte eine möglichst große Öffnung und gleichzeitig einen möglichst kleinen Fangspiegel aufweisen. Unter den Reflektoren gelten im acht- bis zehn-Zoll-Bereich die Maksutov-Cassegrains und Schmidt-Newton- bzw. Maksutov-Newton-Systeme als die besten "Planetenkameras". In Kombination mit Webcams erbringen auch acht- bis 16 Zoll Newton-Reflektoren atemberaubende Ergebnisse, insbesondere bei Mars, Jupiter und Saturn.
Exzellente Planetenaufnahmen liefern auch Linsenteleskope (Refraktoren) der vier- bis sechs-Zoll-Klasse. Bei gleicher Öffnung liefert ein Refraktor ein wesentlich schärferes und kontrastreicheres Bild als ein Spiegelteleskop, da die Obstruktionen und Beugungserscheinungen, die durch den Fangspiegel und ggf. die Fangspiegelstreben erzeugt werden, wegfallen.
Bei der Farbqualität von Refraktoren muss man differenzieren: Auch wenn Linsenteleskope grundsätzlich kontrastreichere und kräftigere Farben als Reflektoren liefern, bleibt stets ein wenn auch geringer Restfarbfehler, da er aufgrund der Beugung des Lichts an den Linsen physikalisch bedingt ist und sich nur minimieren, aber nicht ganz ausschalten lässt.
Ein herkömmlicher, zweilinsiger Achromat mit einem Objektiv aus Flint- und Kronglas hat bei hochwertiger Verarbeitung einen so geringen Farbfehler, dass man ihn nur bei hohen Vergrösserungen nahe der maximal sinnvollen Vergrösserung wahrnimmt. Die von der Firma Vixen hergestellten "Neo-Achromaten" enthalten zusätzlich Korrekturlinsen am hinteren Ende des Tubus und ähneln somit einem Teleobjektiv. Diese Zusatzlinse ebnet das Bildfeld und reduziert den Farbfehler. Ein Optimum an Farbkorrektur bieten apochromatische Refraktoren. Bei ihnen ist der Farbfehler so gering, dass er in der Praxis häufig überhaupt nicht erkennbar ist.
Grundsätzlich nimmt der Farbfehler bei jeder genannten Konstruktion mit abnehmender Lichtstärke ab. Für die Planetenbeobachtung und -fotografie eignen sich daher langbrennweitige Geräte mit Lichtstärken von 1:10 bis 1:15 besonders gut. Lichtstärken von 1:8 sind besonders weit verbreitet und gelten als guter Kompromiss zwischen Farbkorrektur, Gesichtsfeld und Kompaktheit.
Die Belichtungszeiten liegen bei der Fokalfotografie mit Webcams und bei der Verwendung von Barlow-Linsen im Bereich von Zehntelsekunden. Verlängert man die Brennweite mit Hilfe der Okularprojektion so stark, dass die Planeten formatfüllend werden, liegen die Belichtungszeiten im Sekundenbereich.
Hier wird bewusst auf die Angabe von konkreten Belichtungszeiten für einzelne Planeten und Effektivlichtstärken verzichtet. Die genaue im Einzelfall benötigte Belichtungszeit hängt von so zahlreichen Faktoren ab (Lichtstärke, ISO-Empfindlichkeit, Durchsicht, atmosphärische Bedingungen auf dem Planeten, Höhe über dem Horizont, Entfernung des Planeten von der Sonne), dass die genaue Belichtungszeit anhand des Livebildes auf dem Monitor ermittelt werden muss.
Bei der Okularprojektion projiziert eine Barlowlinse bzw. ein Okular das Bild des Planeten auf den Sensor. Das Prinzip ist mit dem einer Diaprojektion auf eine Leinwand identisch. Durch den Abstand Okular/Sensor wird eine hohe Vergrößerung erzielt: Je größer der Abstand des Okulars zum Sensor, umso stärker ist die Vergrößerung. Jedoch nimmt die Bildhelligkeit mit steigender Vergrößerung ab und die benötigte Belichtungszeit zu: Verdoppelt man den Durchmesser des Planetenbildes, vervierfacht man die benötigte Belichtungszeit bei ansonsten gleichen Voraussetzungen. Dies erhöht die negativen Einflüsse der Luftunruhe und die Gefahr des Verwackelns einer Aufnahme.
Bei langen Effektivbrennweiten haben lichtstarke Teleskope einen Vorteil gegenüber lichtschwachen Modellen: Bei gleicher Effektivbrennweite wird die Belichtungszeit geviertelt, wenn die freie Öffnung verdoppelt wird. Die Gefahr des Verwackelns einer Aufnahme durch Wind und Seeing-Einflüsse verringert sich entsprechend.
Farbfilter funktionieren, indem sie das Licht in bestimmten Wellenlängenbereichen, nämlich der Komplementärfarbe des Filters, blockieren und die Intensität der Farbe des Filters verstärken. Der Kontrast der Abbildung wird somit erhöht. Ein Blaufilter blockiert zum Beispiel rotes Licht und umgekehrt. Hierdurch können farblich ähnliche, benachbarte Planetendetails deutlicher voneinander getrennt oder in Extremfällen überhaupt erst sichtbar gemacht werden.
Benachbarte Planetendetails haben oft ähnliche Farben, aber nur geringe Intensitätsunterschiede. Hier schwächt der Filter eine der beiden Strukturen, wodurch sich Kontrast und Sichtbarkeit beider Details verbessern.
Da der Farbfilter in den Strahlengang zwischen Hauptspiegel bzw. Objektiv und den Sensor gesetzt wird, verändert er die Fokuslage. Der Farbfilter muss also vor der Fokussierung eingesetzt werden.
Beim Kauf ist darauf zu achten, dass Farbfilter in der Schmelze gefärbt und nicht farbbeschichtet sind. Ausserdem ist eine Vergütung wichtig, um störende Reflexionen ("Geisterbilder") zu vermeiden.
Der zweite Teil dieser Anleitung zur Planetenfotografie behandelt die Planeten im Detail.
|
|||||||||||
|
|||||||||||
