Handbuch der Astrofotografie

335 Pages·1995·12.179 MB·German

by  Bernd Koch (auth.), Dipl.-Phys. Bernd Koch (eds.)

Bernd Koch (Hrsg.)
Handbuch
der
Astrofotografie
Mit Beitragen von
Stefan Binnewies, Werner E. Celnik,
Bernd Koch, Lutz Laepple,
Peter Riepe und Klaus-Peter Schroder
Mit 134 Abbildungen und 12 Farbtafeln
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo
Hong Kong Barcelona Budapest
Stefan Binnewies Dipl.-Phys. Lutz Laepple
Sechs-Briider-Str. 8 Gartenstr. 31
D-44793 Bochum D-88255 Baindt
Dr. Werner E. Celnik Dipl.-Phys. Peter Riepe
Graudenzer Weg 5 Alte Umminger Str. 24
D-47495 Rheinberg D-44892 Bochum
Dipl.-Phys. Bernd Koch Dr. Klaus-Peter Schroder
Bildagentur Astrofoto 44, Newton Road
Birkenstr. 4 GB - Cambridge CB2 2AL
D-42799 Leichlingen England
E-mail: [email protected]
(Interm~t)
Zum Titelbild: Der Pferdekopfnebel im Sternbild Orion. Die Aufnahme entstand mit einem Celest
ron II, f/K6.9 f = 1920mm auf Atluxmontierung am Morgen des 1.9.1992 auf einer Farm in Na
mibia. Die Belichtungszeit betrug 120 min, als Film diente hypersensibilisierter Fujicolor SHG 400.
Foto: Bernd Koch
ISBN-13 :978-3-642-7841 0-1
Die Deutsche Bibliothek-CIP-Einheitsaufnahme
Handbuch der Astrofotografie I Bernd Koch (Hrsg.) Mit Beitr. von Stefan Binnewies ...
Berlin ; Heidelberg ; New York ; London ; Paris ; Tokyo ; Hong Kong ; Barcelona ; Budapest :
Springer, 1995
ISBN-13 :978-3-642-78410-1 e-ISBN-13:978-3-642-78409-5
DOl: 10.1007/978-3-642-78409-5
NE: Koch, Bernd [Hrsg.); Binnewies, Stefan
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Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1995
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SPIN 10039417 55/3020-5432 I 0 - Gedruckt auf saurefreiem Papier
Geleitwort
Astrofotografie ist ohne Zweifel das popuHirste Betatigungsfeld der Astronomie.
Der relativ einfache Einstieg und die Moglichkeit, in Kiirze erste Ergebnisse zu
erzielen, wirken auf den Anfanger anziehend. Die Vielfalt der technischen Me
thoden und die schier grenzenlose Fiille der astronomischen Motive lassen den
Fortgeschrittenen dann nicht mehr los. Und wenn die Erzeugnisse der Astro
fotografie zunachst auch bloB der Anschauung dienen, so liefern sie doch die
Grundlage und Motivation fiir jede weitere Erforschung des Himmels.
Die Autoren der vorliegenden Anleitung sind als Fach- oder als Amateu
rastronomen erfahrene Praktiker. Jahre- und Jahrzehntelang waren sie in der
eigenen Forschung astrofotografisch engagiert, oder leiteten amateurastronomi
sche Fachgruppen oder schulische Arbeitsgemeinschaften: Ihre vielfaltigen Ak
tivitaten haben in unserer astronomischen Zeitschrift Sterne und Weltraum eine
leuchtende Spur hinterlassen. Bei aller Begeisterung fiir die Technik blieb die
Liebe zum astronomischen Motiv dabei stets die treibende Kraft - so werden
auch in diesem Handbuch die beschriebenen Probleme und deren praktische
Losungen nach den astronomischen Motiven geordnet behandelt: Zunachst die
Phanomene der Erdatmosphare und des erdnahen Raumes, dann die Sonne,
der Mond, die Planeten und die kleineren Korper unseres Sonnensystems, und
schlieBlich die Sterne und Gasnebel un serer MilchstraBe und die Galaxien und
Quasare in den Tiefen des Alls. 1m zweiten Teil des Handbuches werden die
technischen Grundlagen der Fotografie im Hinblick auf diese astronomischen
Anwendungen systematisch geschildert, von den optischen und mechanischen
Eigenschaften der Teleskope und Kameras iiber die Aufnahmetechniken und
Bildtrager bis hin zu raffinierten Labormethoden wie Sandwich- und Komposit
verfahren oder unscharfe Maskierung.
Damit liegt nun ein Werk vor, an dem kein praktizierender Astrofotograf
so leicht wird vorbeikommen konnen: Dem Anfanger wird ein solider Einstieg
geboten, der Fortgeschrittene wird eine Fiille von Varianten und Ratschlagen
finden. Dem Handbuch laBt sich leicht ein langes Leben voraussagen; denn gewiB
ist in der Astrofotografie noch manches im FluB, aber auf dieser Grundlage wird
man neue Entwicklungen leicht in den Fachzeitschriften verfolgen und in die
eigene Praxis umsetzen konnen.
Der Rest ist SpaB an der Freud' - das eigentliche Ziel des Profis und der Stolz
des Amateurs!
Heidelberg, im Sommer 1994 Jakob Staude
Vorwort
Seit Erfindung der Fotografie vor uber 150 Jahren hat sich bis vor etwa 20 Jahren
die grundlegende Aufnahmetechnik nur wenig verandert: Filmemulsionen wur
den (und werden) feinkorniger und lichtempfindlicher, doch nach wie vor beruht
das (klassische) fotografische Prinzip auf der Basis der Lichtempfindlichkeit von
Silberhalogenidkornern.
Wir erleben in der Astrofotografie zur Zeit einen technischen Umbruch.
Mit einer gewissen Zeitverzogerung zu den profession ellen Astronomen set
zen seit Ende der achtziger Jahre auch immer mehr Amateurastronomen mo
derne CCD-Kameras ein. Der Abstand zur Profiwelt ist dennoch betrachtlich.
Benutzen die Profis mittlerweile CCD-Chips, die an das Mittelformat konven
tioneller Kameras heranreichen, muG sich der Amateur aus Kostengrunden mit
Systemen begnugen, die eine lichtempfindliche Flache von weniger als einem
Quadratzentimeter aufweisen. Es werden noch einige Jahre ins Land gehen, bis
die CCD-Technologie den Massenmarkt erobern und die Aufnahmetechnik auf
Filmbasis verdrangen kann. Deshalb so lIte man sich uber eines im klaren sein:
CCD-Technik und Fotografie auf Film sind zwei sehr unterschiedliche Aufnah
metechniken, die wunderbar nebeneinander und sich erganzend genutzt werden
konnen.
Und gerade weil die CCD-Technik eben ein eigener Fachbereich ist, konnte
sie in diesem Buch nicht in aller Ausfuhrlichkeit dargestellt werden. Bei der
Auswahl der Bilder waren wir aber stets bemuht, in allen Bereichen die mit
CCD-Kameras gewonnenen Ergebnisse zu integrieren, urn dem Leser einen in
teressanten Vergleich zu ermoglichen. Deutliche Unterschiede findet man bei der
Abbildung von Objekten geringer Winkelausdehnung, wie etwa Planeten, Dop
pelsterne und Planetarische Nebel: Hier ist die CCD-Technik dem Film bereits
weit uberlegen, selbst wenn die Chipflache nur wenige Quadratmillimeter miGt.
Die weitaus hOhere Lichtempfindlichkeit eines CCD-Chips ermoglicht selbst bei
sehr schlechten Offnungsverhaltnissen, wie man sie in der Okularprojektion vor
findet, Detailauflosungen auf Planetenoberflachen, die man im Amateurbereich
nie fur moglich gehalten hatte. Deshalb sind gerade im Kapitel Planeten viele
hochauflosende CCD-Aufnahmen von Mars und Jupiter enthalten. 1m Bereich
Deep-Sky uberwiegen aufgrund der vielen groGflachigen Nebel die Aufnahmen
mit Kleinbild- und Mittelformatkameras auf Filmmaterial. Deshalb findet man
hier nur wenige CCD-Aufnahmen.
An dieser Stelle ist folgender Hinweis wichtig. Das Buch ist ein Mehrautoren
werk, in dem jeder Autor bei der Abfassung des Manuskriptes seine personlichen
Erfahrungen eingebracht hat. Das fuhrt bei Uberschneidung von Themenberei-
VIII Vorwort
chen manchmal zu einer unterschiedlichen Bewertung von Sachverhalten, die
aus dem jeweiligen Blickwinkel heraus gerechtfertigt erscheint. 1m Sinne der
Meinungsvielfalt empfinden wir dies als Bereicherung, sofern sachliche Fehler
ausgeschlossen sind.
Ich mochte nun die Gelegenheit nutzen, den Werdegang des Handbuches der
Astrofotografie kurz zu schildern.
Blattere ich in meiner Korrespondenz der letzten Jahre, so fallt mir der herz
liche Brief von Herrn Dr. Hans Jakob Staude von der Redaktion Sterne und
Weltraum, Heidelberg, von Anfang Dezember 1987 in die Hande. Seine Idee,
eine Rubrik Astrofotografie in SuW einzurichten, fiihrte im Gesprach mit Herrn
Dr. H.-U. Daniel (damals in der Planung Physik des Springer-Verlags) letztlich
dazu, dies mit einem Buchprojekt zu verbinden. Nachdem wir drei Mitte 1988
den Rahmen fiir ein umfangreiches Handbuch absteckten, merkte ich allerdings
gegen Ende jenes Jahres, daB es im Alleingang als Freizeitbeschaftigung einfach
nicht zu realisieren war. Bis Mitte des Jahres 1989 anderte ich die Konzeption
in Richtung auf ein Mehrautorenbuch. Das Projekt von nun an wieder voranzu
bringen wurde auch durch die Regelung meiner beruflichen Belange (zunachst
Teilzeitbeschaftigung, dann seit 1.10.1993 selbstandig) unterstiitzt. Anfang 1990
war es dann soweit, die Koautoren sagten dankenswerterweise zu und nahmen
Mitte 1990 ihre Arbeit auf. Der urspriinglich geplante Abgabetermin Mitte 1992
war wohl zu optimistisch angesetzt, so daB das Manuskript mit einiger zeitlicher
Verzogerung im Sommer 1994 in TEX gesetzt vorlag. Erstellt wurde das Manu
skript mit einer sehr empfehlenswerten TEX -Implementation fUr den ATARI ST,
die Stefan Lindner, Fiirth, als Shareware-Version vertreibt. Ihm gebiihrt mein
herzlicher Dank. Die Zeichnungen wurden mit Corel Draw 4.0 erstellt.
Zu groBem Dank bin ich allen Fotografen verpflichtet, die ihre eindrucksvol
len Astrofotos zur Verfiigung gestellt haben. Sie sind namentlich im Bildnachweis
aufgefiihrt.
Ernst Pollmann, Leverkusen, las das Kapitel Spektrographie, Manfred Pie
per, Gelsenkirchen, stellte freundlicherweise aktuelle Transmissionskurven eini
ger Lumicon-Nebelfilter zur VerfUgung.
1m Namen aller Autoren mochte ich Herrn Dr. Staude und Herrn Dr. Daniel
meinen besonderen Dank fUr die Initiierung des Projektes aussprechen, ebenso
mochte ich Herrn Prof. Dr. Beiglbock yom Springer-Verlag fUr sein Vertrauen in
das Projekt danken.
Leichlingen, im Sommer 1994 Bernd Koch
Inhaltsverzeichnis
1 Phiinomene im erdnahen Raum (Bernd Koch) ......................... .
1.1 Atmosph1irische Phanomene ................................... .
1.1.1 Brechung von Licht in Eiskristallen ..................... . 1
1.1.1.1 Halos, Zirkumhorizontalkreis und -zenitalkreis .......... . 1
1.1.1.2 Nebensonnen, Lichtsaule und Untersonne ............... . 2
1.1.2 Brechung von Licht in Wassertropfchen ................. . 2
1.1.2.1 Regenbogen ........................................... . 2
1.1.2.2 Korona und Aureole ................................... . 4
1.1.2.3 Glorie ................................................. . 4
1.1.204 Brockenhexe .......................................... . 4
1.1.3 Lichtbrechung und -absorption in der Erdatmosph1ire ... . 5
1.1.3.1 Atmospharische Refraktion ............................ . 5
1.1.3.2 Atmosph1irische Dispersion ............................ . 6
1.1.3.3 Der Griine Blitz ....................................... . 8
1.1.4 Leuchtende Nachtwolken ............................... . 8
1.1.5 Polarlichter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.6 Airglow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.7 Der Erdschatten ........................................ 10
1.2 Kiinstliche Erdsatelliten ......................................... 10
1.2.1 Satellitenspuren........................................ 10
1.2.2 Geosynchrone Satelliten ................................. 11
1.2.2.1 Berechnung der Position am Himmel.. . . . .. . . . . . . . . . . . .. 11
1.2.2.2 Beobachtung und Fotografie ............................ 14
1.3 Meteore........................................................ 16
1.3.1 Meteorstr6me. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
104 Kordylewskiwolken ............................................. 17
2 Das Sonnensystem (Bernd Koch) ...................................... 21
2.1 Sonne 21
2.1.1 Teleskope zur Sonnenbeobachtung und -fotografie ....... 21
2.1.2 Vorsicht bei der Sonnenbeobachtung .................... 21
2.1.3 Abschwachung des Sonnenlichts ......................... 22
2.104 Die Aufnahmetechnik ........... ........................ 24
2.1.5 WeiBlichtfotografie ..................................... 25
2.1.6 Fotografie in engen Spektralbereichen ................... 27
2.1.6.1 Die Sonne im Ha-Licht ................................. 28
X Inhaltsverzeichnis
2.1.6.2 Die Sonne im Licht der Call -Linien H und K 30
2.1.7 Sonnenfinsternisse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30
2.2 Mond.......................................................... 34
2.2.1 Anhaltswerte fUr die Belichtung ......................... 34
2.2.2 Aufnahmemethoden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.2.1 Fokalfotografie kontra Okularprojektion ................. 36
2.2.2.2 Die Anfertigung der Aufnahme .......................... 40
2.2.2.3 Geeignete Filme und Entwickler ......................... 40
2.2.2.4 Mondfotografie mit CCD-Kameras ....................... 42
2.2.3 Die schmale Mondsichel ................................ 42
2.2.4 Stern- und Planetenbedeckungen durch den Mond ....... 44
:U.5 Mondfinsternisse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.6 Libration. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47
2.3 Die groBen Planeten ............................................ 47
2.3.1 Das Planetenteleskop ................................... 47
2.3.2 Hinweise zur Belichtung ................................ 47
2.3.3 Merkur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.3.3.1 Merkurdurchgange vor der Sonne ....................... 48
2.3.4 Venus. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 49
2.3.5 Mars. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. 51
2.3.5.1 Die Marsmonde ....................................... . 54
2.3.6 Jupiter ................................................ . 56
2.3.6.1 Die Galileischen Monde ................................. 57
2.3.6.2 Lichtschwache Jupitermonde ........................... . 59
2.3.7 Saturn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.3.7.1 Das Ringsystem ........................................ 60
2.3.7.2 Monde im Saturnsystem ................................ 61
:U.8 Uranus, Neptun und Pluto .............................. 62
2.3.8.1 Die Monde von Uranus und Neptun ..................... 63
2.4 Planetoid en .................................................... 63
2.4.1 Vorbereitung und Durchfiihrung einer Aufnahme ........ 64
2.4.2 Die indirekte Na chfiihrung .............................. 65
2.4.3 Planetoidenentdeckungen durch Amateure ............... 66
2.5 Kometen (Werner E. Celnik) .................................... 67
2.5.1 Die Grundtechnik der Kometenfotografie ................ 67
2.5.2 Spezielle Film-Filtertechniken ........................... 68
2.5.2.1 Allgemeines zu Film-Filterkombinationen ................ 68
2.5.2.2 Staubschweif ........................................... 71
2.5.2.3 Koma.................................................. 73
2.5.2.4 Plasma- oder Gasschweif .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 74
2.5.3 Innere Komastrukturen ................................. 75
2.6 Zodiakallicht, Lichtbriicke und Gegenschein (Stefan Binnewies) ... 76
Inhaltsverzeichnis XI
3 Deep-Sky-Fotografie .................................................. 79
3.1 Aufnahmen ohne Nachfiihrung (Peter Riepe) .................... 79
3.1.1 Grundlagen und Theorie der Strichspuraufnahmen ....... 79
3.1.2 Angewandte Strichspurfotografie ........................ 81
3.2 Nachgefiihrte Aufnahmen ....................................... 83
3.2.1 Geeignetes Filmmaterial (Stefan Binnewies) .............. 83
3.2.2 Fotografie mit Brennweiten bis 500 mm (Stefan Binnewies) 84
3.2.3 Fotografie mit Brennweiten von 500 mm bis
1500 mm (Peter Riepe) .................................. 93
3.2.4 Fotografie mit Brennweiten iiber 1500 mm (Stefan Binne-
wies) ................................................... 104
3.3 Astronomische Exkursionen .................................... 116
3.3.1 Aspekte zur Wahl des Standortes (Stefan Binnewies) ..... 116
3.3.2 Astrofotografische Ausriistung (Peter Riepe) ............. 119
4 Die optischen Instrumente (Lutz Laepple) .............................. 123
4.1 Optische Grundlagen ........................................... 123
4.1.1 Das Aufiosungsvermogen ............................... 123
4.1.2 Veranderung der Primarbrennweite ...................... 125
4.1.2.1 Okularprojektion ....................................... 125
4.1.2.2 Afokale Fotografie ...................................... 127
4.1.3 Verkiirzung der Brennweite ............................. 128
4.2 Kameras, Objektive und Teleskope .............................. 128
4.2.1 Kameras ............................................... 128
4.2.1.1 Kameras und Planfilmansatze ........................... 129
4.2.1.2 Zubehor ............................................... 132
4.2.1.3 CCD-Kameras .......................................... 133
4.2.2 Objektive. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 134
4.2.3 Refraktoren ............................................ 142
4.2.4 Refiektoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 144
4.2.5 Spezialoptiken .......................................... 147
5 Montierungen (Klaus-Peter Schroder) ................................. 176
5.1 Typen parallaktischer Montierungen ............................. 176
5.1.1 Die Deutsche Montierung ............................... 177
5.1.2 Die Gabelmontierung ................................... 179
5.1.3 Kompakte Reisemontierungen ........................... 180
5.2 Polachsenjustierung ............................................ 182
5.2.1 Die Scheinermethode ................................... 183
5.2.2 Die direkte Methode - ohne Polsucher ................... 184
5.2.3 Der Polsucher .......................................... 185
5.2.4 Die fotografische Methode nach E.S. King ................ 187
5.2.5 Auswirkung mangelhafter Polachsenjustierung ........... 188
XII Inhaltsverzeichnis
6 Aufnahmetechniken .................................................. 190
6.1 Beeinfiussung der Aufnahme durch die Atmosphare (Peter Riepe) 190
6.1.1 Die Luftunruhe ......................................... 190
6.1.2 Die atmosphlirische Extinktion .......................... 194
6.1.3 Atmosphlirische Refraktion und Dispersion .............. 195
6.1.4 Das Luftleuchten (Airglow) .............................. 195
6.2 Die Einstellung der Bildscharfe (Fokussierung) (Stefan Binnewies) 198
6.2.1 Die Schlirfentiefe ....................................... 198
6.2.2 Fokussierhilfen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 199
6.2.2.1 Die Sucherlupe ......................................... 202
6.2.2.2 Die Messerschneidenmethode ........................... 203
6.2.2.3 Das Ronchigitter ....................................... 205
6.2.3 Der EinfluB von Filtern auf die Fokallage ................ 205
6.2.4 Probleme und Fehlerquellen ............................. 207
6.3 Das Nachfiihren auf ein Objekt (Bernd Koch) .................... 209
6.3.1 Die Nachfiihrgenauigkeit ................................ 210
6.3.2 Nachfiihrtechniken. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 214
6.3.2.1 Die Nachfiihrung mit einem Leitfernrohr ................ 214
6.3.2.2 Die Off-Axis-Nachfiihrung .............................. 215
6.3.2.3 Die On-Axis-Nachfiihrung .............................. 217
6.3.2.4 Leitfernrohr kontra Off-Axis-System ..................... 217
6.3.2.5 Nachfiihrokulare und -Ansatze .......................... 218
6.3.2.6 Autoguider ............................................. 220
6.3.2.7 Die personliche Technik der Nachfiihrung ............... 221
6.3.3 Fehlerquellen, Tips und Tricks .......................... 224
6.4 Die Filterauswahl (Bernd Koch) ................................. 225
6.4.1 Glasfilter ............................................... 226
6.4.2 Gelatinefilter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 227
6.4.3 Metallbedampfte Filter .................................. 227
6.4.4 Interferenzfilter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 228
6.4.5 Film und Filter richtig kombinieren ..................... 228
6.4.5.1 Kombination von Film- und Filterkurven ................ 231
6.4.5.2 Empfohlene Film-Filterkombinationen ................... 233
7 Spektrographie (Klaus-Peter Schroder) ................................ 234
7.1 Funktion eines Prismenspektroskops ............................ 234
7.2 Ein einfacher Sternspektrograph: Objektivprisma und Teleobjektiv 236
7.3 Der Spektrograph am Fokus des Fernrohrs ...................... 239
7.4 Das Blazegitter, die Alternative zum Prisma ...................... 241
7.5 Anregungen zur Anwendung .................................... 244
8 Die fotografische GrenzgriiBe (Bernd Koch) ............................ 247
8.1 Die Helligkeitssysteme (Klaus-Peter Schroder) ................... 247