Endlich punktförmige Sterne!

Die winterliche Milchstraße im Hunsrück

Auch wenn die Astrofotografie nicht mein fotografisches Hauptthema ist, fasziniert sie mich schon seit Langem als Teil der Landschaftsfotografie.
Fotografisch ist die nächtliche Landschaft auch schon ohne astronomische Elemente reizvoll. Das fahle Licht des Mondes, oder das Restlicht des Tages zaubern eine mystische Stimmung ins Bild und lassen die Landschaft in einem besonderen Licht erscheinen.
Kommt jetzt noch ein leuchtender Sternenhimmel hinzu, bekommt das Bild fast schon eine surreale, magische Wirkung. Genau darin liegt für mich der Reiz dieser Fotografie! Sie geht über die Grenzen des menschlichen Sehvermögens hinaus und macht Dinge sichtbar, die wir in dieser Intensität mit bloßem Auge nicht sehen können. 


Fotografie lebt vom Licht!
Leider ist Licht nachts ein rares Gut und hier liegt auch schon die größte Herausforderung in der nächtlichen Fotografie. Aus technischer Sicht stellt dieser Umstand hohe Ansprüche an die Kamera und letztlich an den Fotografen, der diese Schwierigkeiten meistern muss.
Fotografiert man "nur" die Landschaft, sind lange Belichtungszeiten kein Problem. So kann man teils über mehrere Minuten belichten, sodass man ausreichend Licht für eine strukturierte und detailreiche Darstellung der Landschaft sammeln kann. 
 Will man jedoch den nächtlichen Sternenhimmel fotografieren, ist das schon bedeutend schwieriger! Man kann nicht endlos lange belichten, wie zuvor bei der reinen Landschaftsaufnahme. Das Ergebnis wären strichförmige statt punktförmiger Sterne. Der Grund hierfür ist die Rotation der Erde.

Erdrotation: 1 Umdrehung/24h

Von unserem Standpunkt auf der Erde aus betrachtet, sieht es jedoch so aus, als würden sich die Sterne über das Firmament bewegen. Alle Sterne scheinen um einen einzigen Punkt zu kreisen, den Polarstern. Der Polarstern ist eigentlich kein besonderer Stern, er liegt nur zufällig in der Verlängerung der Erdachse. Darum ist er der einzige Punkt am Firmament, der sich aus unserer Sicht nicht, oder besser gesagt fast nicht bewegt! Das liegt daran, dass er eben doch nur fast genau in der Verlängerung der Erdachse liegt. Für Astrofotografen ist dieser glückliche Zufall dennoch eine ziemlich praktische Orientierungshilfe.

Sternenspuren um dem Polarstern

Aufnahmen mit Startrails, also Sternenspuren sind ohne Zweifel faszinierend! Besonders beeindruckend finde ich die Tunnelwirkung, die durch die Rotation entsteht. Man hat fast den Eindruck, das Vordergrundobjekt, wie hier der Turm der Grimburg, würde in die Tiefen des Weltalls gezogen.

Punktförmige Sterne durch Nachführung
Will man jedoch punktförmige Sterne darstellen, muss die Belichtungszeit dementsprechend kurz gewählt werden, sodass die Sterne keine Zeit haben zu wandern. Das ist selbst mit einem Weitwinkelobjektiv überraschend kurz, mehr als 10-15 Sekunden stehen einem hier nicht zur Verfügung! Lichtstarke Objektive erweitern hier zwar die Möglichkeiten, aber letztlich bleibt dem Fotografen nur noch die Lichtempfindlichkeit, also den ISO Wert der Kamera zu erhöhen. Aber auch diese Möglichkeit hat Grenzen, denn je höher man diesen Wert treibt, desto schlechter wird die Bildqualität.
Es wäre also super, wenn die Kamera sich mit den Sternen drehen würde! Die Sterne blieben hierdurch punktförmig, weil sie sich bezogen auf den Kamerasensor nicht mehr bewegen und man könnte theoretisch solange belichten, wie man will!
Glücklicherweise gibt es hierfür eine Lösung, die parallaktische Montierung oder auch Nachführung genannt. Das ist grob gesagt ein Stativkopf mit Motor. Die Drehachse dieser Montierung wird genau parallel zur Erdachse ausgerichtet. Dies geschieht, indem man durch ein kleines Zielfernrohr den Polarstern anvisiert. Ist der nun an einer bestimmten Stelle des Polsuchers (so heißt dieses Zielfernrohr) positioniert, ist die Drehachse der Montierung genau parallel zur Erdachse.
Die Montierung dreht nun die Kamera mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Erdrotation, also eine Umdrehung pro 24h. Sie dreht sich jedoch in die entgegengesetzte Richtung und gleicht dadurch die Erdrotation aus. Die Sterne bleiben hierdurch punktgenau über dem Sensor und ziehen keine Striche mehr.
Das ist so ähnlich, als würde man auf einer Rolltreppe in die falsche Richtung laufen, man läuft und kommt trotzdem nicht von der Stelle...:-)

Parallaktische Montierung; SkyGuider Pro von iOptron

Auch wenn man diese Drehung mit bloßem Auge kaum wahrnimmt, ist sie doch überraschend schnell! Während der Dauer einer Belichtung von mehreren Minuten legen die Sterne eine erstaunlich weite Strecke zurück und zeichnen diesen Weg auf dem Bild als hellen Strich.
Die beiden folgenden Bilder zeigen den selben Himmelsausschnitt und sind beide mit 2 Minuten gleichlang belichtet. Das erste Bild ist ohne Nachfürhung aufgenommen, man sieht deutlich, wie die Sterne über den Sensor wandern und Sternenspuren zeichnen. Das zweite Bild ist mit Nachführung aufgenommen und hier bleiben die Sterne über die komplette Belichtungsdauer über der selben Position auf dem Sensor. Die Sterne werden nun trotz der langen Belichtungszeit punktförmig dargestellt.

Positiver Nebeneffekt, die Sterne werden heller, aber warum? Die Sterne geben doch in beiden Fällen genau die selbe Menge Licht ab! Das liegt daran, dass die belichtete Fläche des strichförmigen Sterns größer ist, als die des punktförmigen Sterns! Die gleiche Menge Licht wird beim strichförmigen Stern auf einer deutlich größeren Fläche verteilt, während sie auf der kleinen Fläche des punktförmigen Sterns gebündelt wird.
Jeder der eine zoombare Taschenlampe hat, kennt diesen Effekt. Hat die Taschenlampe einen engen Lichtkegel, wird eine kleine Fläche ausgeleuchtet. Die Lampe leuchtet weit und hell. Leuchtet die Lampe mit einem weiten Lichtkegel, beleuchtet sie zwar ein großes Areal, aber das Licht wird schwächer und leuchtet die Szenerie nicht mehr so weit aus, obwohl die Glühbirne in der Taschenlampe in beiden Fällen die gleiche Menge Licht abgibt.

2min Belichtung ohne Nachführung

2min Belichtung mit Nachführung

Das Haar in der Suppe
Leider hat die Sache mit der Nachführung für uns Landschaftsfotografen aber auch einen kleinen Haken. Sie ahnen es vermutlich schon, die Sterne sind jetzt zwar schön punktförmig, aber die Landschaft wird unscharf! Die Kamera hat sich ja während der Belichtung kontinuierlich mit den Sternen bewegt und die Folge daraus ist ein unscharfes Bild der Landschaft, denn die hat sich ja im Gegensatz zur Kamera nicht bewegt!
Mit einem kleinen Trick kann man dieses Problem jedoch lösen. Man fotografiert zuerst die Landschaft bei stehendem Motor. Dann erst wird die Rotation gestartet und man nimmt in der Folge ein weiteres Bild für die Sterne auf. Am Computer werden die beiden Bilder dann später überblendet und der jeweilig unscharfe Bereich ausgeblendet. Das Resultat, ein durchgängig scharfes Bild von Landschaft und Sternenhimmel.
 
Digitale Bildbearbeitung
Taucht man etwas tiefer in diese Thematik ein, so gibt es eine Methode, die Bildqualität noch weiter zu steigern. Hierbei werden mehrere Bilder sowohl von den Sternen, als auch von der Landschaft aufgenommen. Diese werden dann in einer speziellen Software wie z.B. Fitswork miteinander verrechnet. Hierdurch wird das Rauschen des Kamerasensors reduziert. Auch die Dynamik wird gesteigert, also die Möglichkeit das Bild weiter aufzuhellen, als eine Einzelaufnahme das könnte. Diese Technik nennt man Stacken. Je mehr Aufnahmen man hierbei miteinander verrechnet, desto besser wird das Ergebnis.
Will man die Qualität noch weiter verbessern, kann man sogenannte Darks aufnehmen. Hierzu werden weitere 5-10 "Dunkelbilder" mit der gleichen Kameraeinstellung wie zuvor beim Sternenhimmel aufgenommen, jedoch mit aufgesetztem Objektivdeckel. Da die Bilder durch den Objektivdeckel in absoluter Dunkelheit aufgenommen werden, sind diese Bilder folglich auch absolut schwarz, bis auf eine kleine Ausnahme.
Bei jeder Aufnahme erwärmt sich der Sensor und produziert dadurch Fehldarstellungen. Das sind meist kleine helle Punkte, die sogenannten Hotpix. Da die Aufnahme ja nicht durch von außen kommendes Licht beeinflusst wurde, wissen wir nun, dass alles was jetzt auf dem Bild zu sehen ist und nicht schwarz ist, ein Bildfehler ist. Diese Bilder werden zusammen mit den anderen Bildern vom Sternenhimmel verrechnet und die Software kann so die Fehldarstellungen rausfiltern und korrigieren.
Trotz dessen, dass Astroaufnahmen in der digitalen Bildbearbeitung recht bearbeitungsintensiv sind, so sind sie doch real! Die Bildbearbeitung wird hier nicht manipulativ eingesetzt. Es werden lediglich technische Unzulänglichkeiten der Aufnahmetechnik ausgeglichen!

Die Objektivheizung
Noch ein kleiner Ausflug zurück in die nächtliche Landschaft und einem kleinen Helfer, der nicht selten über das Gelingen der Aufnahme entscheidet!
Für gewöhnlich sinken die Temperaturen nachts ab und es bildet sich hierdurch an Oberflächen Kondensat. Das gilt natürlich auch für die Frontlinse des Objektivs. Putzen hilft da nur für wenige Sekunden und sie beschlägt direkt wieder auf's Neue! Hier kommt die Objektivheizung ins Spiel, sie heizt den vorderen Teil des Objektivs um wenige °C auf. Das reicht aus, damit sich dort kein Kondensat mehr bilden kann. Ein unverzichtbarer Helfer für Fotografen, die des Öfteren nachts oder am frühen Morgen unterwegs sind!   

Die Objektivheizung von Haida inkl. Powerbank

Fazit
Der Vorteil der Fotografie mit Nachführung liegt hauptsächlich in der höheren Bildqualität und der Möglichkeit länger zu belichten. Das Ergebnis ist eine deutlich hellere und detailreichere Aufnahme des Sternenhimmels.
 Der Einstieg in die Astrofotografie ist für die meisten Fotografen sicherlich die feste Montierung am Stativ und der damit verbundenen Einschränkungen. Je nachdem wie intensiv man in das Thema der Astrofotografie eintauchen möchte, kommt zwangsläufig der Wunsch auf, diese Limitierungen zu durchbrechen.
Für uns Landschaftsfotografen ist eine mobile Lösung wichtig, denn wir müssen oft weite Wege bis zum Aufnahmeort mit schwerer Ausrüstung zurücklegen. Montierungen wie der hier vorgestellte SkyGuider Pro von iOptron, oder der Star-Adventurer von Skywatcher sind für diesen Einsatzzweck die perfekte Wahl. Sie bieten eine gute Verarbeitungsqualität, sowie eine hohe Präzision der Nachführung, selbst mit schweren Kamera-/Objektivkombinationen.
Eine Objektivheizung sollte auf jeden Fall Teil der Ausrüstung sein. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Linse beschlägt, ist hoch und kann die komplette Fotosession ruinieren!
Auch wenn die Astrofotografie wie eingangs erwähnt nicht mein Hauptthema ist, so zieht es mich doch immer öfter nachts zum Fotografieren raus. Mich fasziniert der Blick in die unendliche Weite des Universums. Fotografisch reizt mich jedoch vor allem die Verbindung dieser Weite mit irdischen Motiven im Vordergrund.
Die technische Qualität meiner Bilder ist mir in allen Bereichen der Fotografie wichtig. Diese Fähigkeiten immer weiter zu verbessern und auszubauen, sind neben dem kreativen Aspekt der Fotografie für mich ein wichtiger Bestandteil. Darum war die Fotografie mit Nachführung für mich ein logisch nächster Schritt.
Ist der Umgang mit der Technik erst mal in Fleisch und Blut übergegangen, fällt der Mehraufwand gegenüber der Fotografie ohne Nachführung nicht wirklich ins Gewicht. Der Qualitätsgewinn und die Freude am "guten Bild" sind es ohne Zweifel wert!
Ich hoffe, ich konnte mit diesem Beitrag einen ersten, hoffentlich nicht zu technischen Einblick ist die Welt der Astrofotografie geben!

Neue Perspektiven dank Hochstativ!

In der Architekturfotografie steht man gelegentlich vor dem Problem, dass alle möglichen Kamerastandpunkte für ein geplantes Bild zu niedrig sind. Oft sind es nur wenige Meter Höhe, die einem für die perfekte Sicht auf eine Fassade, Gebäude oder Platz fehlen.
Die naheliegendste Lösung für dieses Problem scheint auf den ersten Blick eine Drohne zu sein. Jedoch hat diese Lösung auf den zweiten Blick mehrere Nachteile. Man darf mit Drohnen im innerstädtischen Bereich nur sehr eingeschränkt fliegen, aber gerade hier ist der Arbeitsbereich des Architekturfotografen. Hinzu kommt, dass die Qualität einer Drohnenkamera der einer konventionellen Kamera weit unterlegen ist. Eines der wichtigsten Gegenargumente ist jedoch die fehlende Möglichkeit für Langzeitbelichtungen.
Oft entstehen die stimmungsvollsten Bilder in der blauen Stunde. Hier sind mehrere Sekunden, manchmal sogar minutenlange Belichtungszeiten erforderlich. Hier hat eine Drohne keine Chance auf ein scharfes Bild, denn sie müsste hierfür mehr als 30 Sekunden millimetergenau auf der selben Position verharren können.
Ein Hochstativ erschien mir für meine Bedürfnisse ein interessanterer Lösungsansatz zu sein. Solch ein Hochstativ besteht im Wesentlichen aus einem langen Teleskopmast, der an einem Dreibeinstativ fixiert wird. An der Spitze des Mastes wird die Kamera wie auf einem normalen Stativ montiert. Jetzt wird der Teleskopmast ausgefahren und die Kamera kann so auf eine Höhe von bis zu 10m gebracht werden. Kontrolliert und ausgelöst wird die Kamera dann per Funk über ein Smartphone oder Tablet.

Nachteil dieser Lösung ist jedoch das hohe Gewicht von ca. 25kg und das unhandliche Packmaß von Stativ und Mast. Es ist also kein Ausrüstungsgegenstand, den man immer dabei haben kann. Vielmehr ist ein Hochstativ für geplante Aufnahmen gedacht, was aber in der Architekturfotografie sowieso fast immer der Fall ist. Um den fußläufigen Transport über größere Distanzen angenehmer zu gestalten, habe ich einen Golf-Caddy etwas modifiziert. Das funktioniert erstaunlich gut und man kann damit mühelos quer durch die Stadt laufen, von den fragenden Blicken der Passanten mal abgesehen…:-)
Es gibt europaweit nur wenige Hersteller für solche Systeme. In den Niederlanden wurde ich bei einem kleinen Unternehmen fündig, welches ein Hochstativ genau nach meinen Vorstellungen produzierte.

Die Porta Nigra in Trier samt Vorplatz aus 10m Höhe...
Ich habe das Hochstativ nun seit Ende Dezember 2019 im Einsatz und muss sagen, es hat meine Art zu arbeiten sehr bereichert! Es ermöglicht Aufnahmen, die vorher undenkbar waren. Ohne Frage ist die Arbeit mit diesem „Ungetüm“ anstrengender und aufwendiger als mit einem normalen Stativ, doch das Ergebnis ist jede Anstrengung wert!