Bildserien in der Astrofotografie, warum und wie

Martin Elsässer in 2019

Ortsmosaik

Die Himmelsrichtung der Optik wird immer wieder verändert um in der Summe der Aufnahmen ein grösseres Feld am Himmel abzudecken. Dieser Ansatz wird sehr häufig bei Sonne/Mond benutzt um deren sehr grosse Fläche trotz kleiner Sensoren mit hoher Auflösung erfassen zu können.
Zum Kombinieren der einzelnen Mosaikkacheln kann zb MS Image Composite Editor benutzt werden.

Erkennnen / Entfernen von Störungen

Jede einzelnen Aufnahme kann verschiedenen Arten von Störungen enthalten (zB Cosmics oder die Effekte der Luftunruhe). Um diese Störungen überhaupt erkennen und dann entfernen zu können brauchen wir mehrere Messungen (=Aufnahmen), die dann klug zusammengefasst werden. Das Paradebeispiel hier ist die Planetenfotografie, wo die schnell variierende Luftunruhe die Schärfe der Aufnahmen begrenzt. Durch die Aufnahme von Tausenden von Bildern in schneller Folge sind dann (hoffentlich) auch einige Aufnahmen dabei, in denen die Störungen (zumindest an manchen Stellen) geringer sind. Spezielle Software wühlt sich durch den riesigen Datensatz und versucht die schärfsten Momente der verschiendenen Regionen des Motivs zu kombinieren. Hier ist viel Mathe im Einsatz und manchmal entstehen auch Artefakte.
Zur Bearbeitung der Bildserien kann zB Autostakkert! benutzt werden.

Zeitliche Entwicklung

Diverse Strukturen am Himmel verändern sich im Laufe der Zeit: Objekte des Sonnensystems bewegen sich vor dem Sternenhintergrund, Sterne verändern ihre Helligkeit, Kometen ziehen sich verändernde Schweife hinter sich her... Um diese Veränderungen zu erfassen machen wir mehrere Aufnahmen, ggf. über lange Zeiträume, die dann miteinander verglichen werden. Die Darstellung erfolgt dann zB als Video (Zeitraffer, Blinking), als Differenz der beiden Bilder oder auch als Messkurve von ermittelten Werten wie zB Sternhelligkeiten.

Mehr Belichtungszeit

Oftmals haben wir technische Begrenzungen, die uns daran hindern, sehr lange Belichtungszeiten zu erreichen um damit sehr schwache Motive ausreichend gut erfassen zu können. Auch wollen wir wegen der immer möglichen Störungen die einzelnen Aufnahmen ggf. nicht zu lange belichten. Wenn wir also mehr Licht brauchen als eine einzelne Aufnahme uns liefern kann können wir auch mehrere Aufnahmen des Motivs machen und diese später zusammenfassen. Diese Aufnahmen werden üblicherweise nacheinander als Bildserie aufgenommen, mit mehreren Kameras könnte aber auch parallel gearbeitet werden. Bei schwierigen DeepSky Motiven belichten manche Leute heute in der Summe mehr als 24 Stunden! (Über mehrere Nächte hinweg...). Auch können ggf. sehr unterschiedliche Kameras eingesetzt und deren Daten kombiniert werden.

Variation der Kameraeinstellungen

Manche Motive haben einen sehr hohen Kontrastumfang im Motiv, der nicht mit einer einzelnen Aufnahme erfasst werden kann, zum Beispiel eine Mondfinsternis in der partiellen Phase. Hier werden Aufnahmen mit verschiedenen Einstellungen (zB Belichtungszeiten zwischen 1s und 1/1000s) gemacht und später kombiniert um alle Bereiche des Motivs erfassen zu können.

Variation der optischen Filter

In vielen Situationen wird das Motiv nicht einfach mit einer Farbkamera aufgenommen, zB weil mit Absicht ein monochromer Sensor mit voller Empfindlichkeit eingesetzt wird. Um doch Farbinformationen zu erhalten werden Aufnahmen durch verschiedene optische Filtern gemacht zB Rot, Grün, Blau und später zu einer Farbaufnahme kombiniert. Hier gibt es viele Variationen an Filtern, die ggf. hochselektiv nur genau eine Wellenlänge durchlassen, wodurch viele interessante Details erfasst werden können. Beispiel: Halpha-RGB für DeepSky mit Gasnebeln, oder IR-RGB für Planetenaufnahmen...

Kalibrierdaten

Unsere Kameras und Optiken haben diverse technische Mängel / störende Eigenschaften die wir für bessere Bildergebnisse reduzieren wollen, zB Dunkelstrom und Vignettierung. Um diese variablen Störungen zu erfassen werden wieder Serien von Aufnahmen mit passenden Einstellungen gemacht. Hierbei müssen ggf. genau passende Einstellungen / Umstände gewählt werden, damit die nachfolgende "Kalibierung" der Rohdaten korrekt erfolgen kann. Beispiele: Darks und Flats.

Beifang

Während längerer Bildserien zeigen sich oft auch andere Dinge, Störungen, oder sich bewegende Objekte. Dieser "Beifang" kann sehr interessant sein! Beispiel: Meteorspur. Beispiel: Drift der Montierung

Fokusstacking

Wenn nicht alle Teile des Motivs den gleichen Fokus haben können Aufnahmen mit verschiedener Fokussierung aufgenommen und dann zusammengefasst werden. Im Astronomiebereich ist dies selten notwendig, höchstens bei Stimmungsaufnahmen mit Vordergrund und dann sieht das ggf. sehr unrealistisch aus. Fokusvariation kann aber auch helfen eine minimale Unschärfe zu erzeugen, wodurch ggf. die Farben der Sterne besser zur Geltung kommen.
Recht häufig besteht aber die Notwendigkeit, bei der Nutzung von Farbfiltern für jeden Filter neu zu fokussieren, da sich die Filterdicken oder die Fokuslagen der Optik für verschiedene Farben leicht unterscheiden.

Wilde Kombinationen, Kunst

Auch bei Astrofotos können die Methoden kreativ kombinert werden, zB Ortsmosaike in denen auch zeitliche Entwicklung (zB Dämmerungsverlauf) erfasst wird.
Und natürlich dürfen wir alles da oben aufnehmen und bearbeiten wie wir wollen. Wir sollten halt verstehen und erklären können, wie das Ergebnis entsteht und wieviel oder wiewenig es zB mit einem visuellen Anblick im Fernrohr zu tun hat.