Was Hobby-Astrofotografen über Physik wissen müssen

Kameras, egal ob analog per Film oder digital über einen Sensor, fangen Photonen einer Lichtquelle ein und erzeugen damit ein fotografisches Abbild der Umwelt, basierend auf direkt emittiertem oder indirekt reflektiertem Licht. Je weniger Licht vorhanden ist, desto empfindlicher müssen Sensor oder Film sein - oder es muss länger belichtet werden.

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Es hilft natürlich auch, wenn die Öffnung des Objektivs möglichst groß ist, um mehr Licht einzufangen. Hier unterscheidet sich die Astrofotografie nicht großartig von der normalen Fotografie, nur dass per se weniger Licht zur Verfügung steht.

Die Bewegung der Erde berücksichtigen

Auch die Himmelsphysik ist für unser Vorhaben, Bilder des Nachthimmels zu machen, von nicht unerheblicher Bedeutung. Im Wesentlichen gibt es (neben vielen anderen Faktoren) hier zwei Bewegungen zu berücksichtigen. Zum einen die Bewegung der Erde um die Sonne.

Da die Nachtseite der Erde immer von der Sonne weg zeigt, schauen wir je nach Jahreszeit und damit je nach der Position der Erde auf der Bahn um die Sonne in eine andere Richtung aus unserem Sonnensystem heraus. Somit bestimmt die Jahreszeit, was wir am Himmel sehen können. Auch unsere Position auf der Erde hat dabei einen Einfluss. So gibt es Teile des Himmels, die nur auf der Nordhalbkugel, und andere, die nur auf der Südhalbkugel zu sehen sind.

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Zum anderen spielt die Rotation der Erde um die eigene Achse eine Rolle. Durch diese Rotation scheinen sich die Sterne am Himmel auf einer Kreisbahn zu bewegen, auch wenn es eigentlich die Erde ist, die sich dreht. Auf der Nordhalbkugel ist das Zentrum dieser Himmelsbewegung der Polarstern (zumindest fast)

Diese Sternenbewegung ist eine der Herausforderungen, die es zu meistern gilt, wenn wir den Nachthimmel einfangen wollen. Eine der oben beschriebenen Möglichkeiten, mehr Licht einzufangen, ist es, die Aufnahme länger zu belichten. Aber abhängig von der Brennweite des Objektivs und somit der Vergrößerung unseres optischen Systems sorgt die Sternenbewegung dafür, dass die Sterne Strichspuren auf der Aufnahme bilden, wenn die Belichtungszeit zu lang ist.

  • Ein überraschend gutes Bild des Orion-Nebels (Bild: Mario Keller)
  • Das erste Bild mit überraschend vielen Sternen (Bild: Mario Keller)
  • Beim zweiten Bild geht es schon besser - wieder Orion. (Bild: Mario Keller)
  • Startrail Nordhalbkugel: aus 13 Einzelaufnahmen generiert (Bild: Mario Keller)
  • Eine einzelne Aufnahme mit 4 Minuten Belichtungszeit (Bild: Mario Keller)
  • Milchstraße, Einzelaufnahme (Bild: Mario Keller)
  • Der Mond (Bild: Mario Keller)
Startrail Nordhalbkugel: aus 13 Einzelaufnahmen generiert (Bild: Mario Keller)

Das mag zwar auch sehr schön aussehen und als gestalterisches Mittel in der Fotografie dienen, aber Details des Nachthimmels erkennt man so leider nicht.

Eine einfache Formel für die Belichtungszeit

Es gibt sehr genaue und komplexe Formeln, um die Belichtungszeit so zu bestimmen, dass die Sterne noch punktförmig bleiben. Aber für den Anfang reicht auch eine einfache Faustformel, die sogenannte Rule 500. Man teilt die Zahl 500 durch die Brennweite des eingesetzten Objektivs und erhält so die Sekunden, die man maximal belichten kann. Zu beachten ist, dass sich das auf Kameras mit Vollformat (24 x 36 Millimeter-Sensor/Film) bezieht. Besitzer einer Kamera mit kleinerem Sensor müssen den Crop-Faktor der Kamera mit einbeziehen.

Beispiel 1: Vollformat-Kamera, 35-Millimeter-Objektiv -> 500/35 = 17,5 Sekunden also ~ 15 Sekunden mit etwas Puffer.

Beispiel 2: APS-C-Kamera (Crop-Faktor 1,5) und 14 Millimeter Weitwinkel -> 500/14 = 35,7, 35,7/1,5 = 23,8 Sekunden ~ 20 Sekunden mit Puffer.

Damit sind wir auch schon mittendrin in der Frage, welche Ausrüstung man benötigt. Und wie so oft lautet die Antwort: Das hängt ganz davon ab - in dem Fall davon, was man genau fotografieren möchte. Erste Aufnahmen sind bereits mit einem Stativ, einer Kamera mit manuellem Modus und einem Objektiv, das man idealerweise manuell scharfstellen kann, möglich.

Canon EOS 5D Mark IV SLR-Digitalkamera (30,4 MP, 8,1cm Touchscreen-LCD, DIGIC 6+, Dual Pixel RAW, 4K Video, WLAN, NFC, GPS) Gehäuse, schwarz

Je kürzer die Brennweite des Objektivs, desto einfacher ist das Ganze. Allerdings bekommt man so einen sehr großen Bereich des Himmels abgebildet und somit werden gerade die spannenden Details nicht zu sehen sein. Wer mit größerer Brennweite arbeiten will, wird kürzere Belichtungszeiten benötigen. Aber auch wenn man den ISO-Wert der Kamera (und somit die Empfindlichkeit) immer höher stellen kann, um die geringere Lichtmenge zu kompensieren, entsteht dadurch auch mehr Rauschen im Bild. Also Bildfehler, die durch die extreme Verstärkung des gemessenen Lichtsignals im Sensor entstehen. Die Physik lässt sich da leider nicht überlisten.

Es gibt zwei Möglichkeiten, dem zu begegnen, die für bessere Ergebnisse auch kombinierbar sind.

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 Astrofotografie: Der Himmel so nahBessere Ergebnisse erzielen 
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motzerator 15. Okt 2021 / Themenstart

Man kann durchaus auch den Autofokus nutzen, um sicher auf Unendlich scharf zu stellen...

ThomasSV 02. Okt 2021 / Themenstart

Zuspät gesehen: der Hinweis unendlich ist nicht (unbedingt) unendlich kam...

Gokux 30. Sep 2021 / Themenstart

Einfach als PDF drucken? https://we.tl/t-DrallGTdGW

leed 30. Sep 2021 / Themenstart

Mit etwas Übung, Stativ, gutes Tele (300 ~ 600 mm) und kurzen Belichtungszeiten macht das...

Belgarion2001 30. Sep 2021 / Themenstart

Ich kann mich nur anschließen: Toller Artikel mit Praxistipps. Gerne mehr von solchem...

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