Astro Glossar
Auf dieser Seite habe ich einmal einige Stichpunkte zusammengetragen, die mir im Zusammenhang mit Astro-Fotografie wichtig erscheinen. Die meisten Einträge verweisen auf entsprechende Artikel bei Wikipedia, die deutlich ausführlicher sind, als ich es hier darstellen kann.
- Reflektor- bzw. Spiegel-Teleskop
Spiegelbasierte Teleskope erlauben große Brennweiten bei vergleichsweise moderaten Kosten. Bei klassisch aufgebauten Spiegelteleskopen nach Newton erzeugt die Fangspiegelhalterung durch Lichtbrechung das bekannte "Sternkreuz" bei hellen Sternen. Für fotografischen Einsatz gibt es Varianten mit einem leicht veränderten Aufbau, wie beispielsweise Teleskope nach Schmidt-Cassegrain, welche durch zusätzliche optische Elemente, ggf. auch ohne Korrektor, brauchbare Ergebnisse liefern und sogar kompakter sind.
- Refraktor- bzw. Linsen-Teleskop
Linsen-Fernrohre bestehen in ihrer einfachsten Bauform aus lediglich zwei Linsen. Bei längeren Brennweiten und höherer Lichtstärke wird diese Bauform aufgrund der erforderlichen hohen Präzision schnell sehr teuer. Für fotografische Anwendungen benötigen auch Linsenteleskope eine korrigierende Optik, welche wiederum aus Linsen besteht, wodurch sich die Kosten weiter erhöhen.
- Äquatoriale bzw. parallaktische Montierung
Die Aufgabe einer äquatorialen Montierung ist es, die Drehung der Erde zu kompensieren und das Teleskop auf das beobachtete Objekt ausgerichtet zu halten. Damit das erfolgreich funktioniert, wird die Rotationsachse der Montierung parallel zur Erdachse ausgerichtet und mit einem entsprechend untersetzten Motor im Verlauf von rund 23 Stunden und 56 Minuten (ein siderischer Tag) einmal um 360 Grad rotiert, also grob 15 Grad pro Stunde. Für fotografische Ansprüche und große Brennweiten ist eine rein mechanische Lösung meist nicht praktikabel (teuer, schwer, Perfektion der Ausrichtung) und wird gerne um ein optisches Korrektursystem (siehe Guiding) erweitert.
- OSC / Farbkamera
Die Abkürzung OSC steht für "One Shot Color" und bezeichnet Kameras, welche direkt ein farbiges Bild erzeugen. Dazu gehören auch alle Fotokameras. Sie haben einen winzigen Farbfilter auf jedem physikalischen Pixel. Diese sind Gruppen von 2x2 Pixel angeordnet und haben üblicherweise ein rot-, ein blau- und zwei grün-sensitive Pixel.
- Luftunruhe / Seeing
Mit Seeing wird die visuelle Unruhe bei Himmelsbeobachtungen bezeichnet, welche durch Luftverwirbelungen in der Atmosphäre verursacht wird. Flimmernde Sterne am Himmel sind ein Merkmal für eine starke Unruhe, fotografisch hat ein hohes Seeing unscharfe Bilder zur Folge, was insbesondere bei Planeten- und Mond-Fotografie sehr störend sein kann.
- Magnitude / Scheinbare Helligkeit
Die Helligkeit von Himmelsobjekten wird üblicherweise in Magnituden angegeben. Dies ist ein logarithmisches Maß ohne Einheit. Ein Unterschied von einer Magnitude entspricht grob der 2,5fachen Helligkeit (5. Wurzel aus 100). Mit steigender Helligkeit wird dieser Wert kleiner und kann durchaus negativ werden. Die Sonne hat beispielsweise eine Magnitude von -27, der volle Mond liegt bei -13, der hellste Stern am Himmel (Sirius) lediglich eine -1. Der eigentlich gut sichtbare Polaris nur noch eine 2 und Neptun ist mit einer Magnitude von 8 mit bloßem Auge auch unter besten Bedingungen nicht mehr zu erkennen. Mit einem Feldstecher lassen sich Sterne bis ca. 10 noch erkennen, bei mittelgroßen Teleskopen ist um 14 das Ende erreicht.
- Stacking
Mit Stacking ist der Arbeitsschritt gemeint, bei dem eine Vielzahl von Einzelaufnahmen des gleichen Objektes miteinander verrechnet werden, um so den Abstand zwischen dem interessanten Bildinhalt (Signal) zum unvermeidbaren Hintergrundrauschen (Noise) zu maximieren. Auf diese Weise lassen sich mitunter auch Details wieder herstellen, welche bei Einzelaufnahmen vom Hintergrundrauschen nicht zu unterscheiden sind.
Zur Korrektur negativer Eigenschaften des Aufnahmesystems (Vignettierung, Staub im Strahlengang, Ausleserauschen etc.) werden zusätzliche Referenz-Aufnahmen wie Dark und Flat Frames berücksichtigt. Das Ergebnis ist ein lineares Bild, welches für das Herausarbeiten der schwachen Details durch sogenanntes Stretching geeignet ist.
- Stretching
Mit "Stretching" wird das Strecken der Gradationskurve bezeichnet. Dabei werden die schwachen Details einer Astro-Aufnahme aus dem Bild herausgearbeitet, welche sich in feinsten Helligkeitsunterschieden sozusagen verstecken.
- Light Frame
Mit Light Frame werden die eigentlichen Aufnahmen des Zielobjektes bezeichnet. Sie enthalten das Licht, welches am Ende das Bild ergibt.
- Flat Frame
Mit sogenannten Flat Frames werden beim Stacking Defizite des optischen Systems, wie Vignettierung oder Staub im Sichtfeld, korrigiert. Für die Erstellung von Flat Frames wird eine neutrale, homogen ausgeleuchtete Fläche regulär belichtet. Es ist ganz entscheidend, dass diese Flat Frames mit identischen Einstellungen für Fokus, Brennweite und Kamera-Rotation aufgenommen werden. Also idealerweise erstellt man pro Target einen Satz Flat Frames direkt nach der Belichtungsreihe. Für beste Ergebnisse sollten spezielle Lichtquellen verwendet werden.
- Dark Frame
Dark Frames werden verwendet, um Unzulänglichkeiten des digitalen Systems beim Stacking zu kompensieren. Dazu zählen Dinge wie das berüchtigte Amp-Glow, aber auch systematische Störungen wie Streifen, welche manche Sensoren beim Auslesen erzeugen. Dark Frames werden mit abgedeckter Öffnung aufgenommen, aber ansonsten identischen Bedingungen für die Kamera. Dies gilt für Parameter wie Belichtungszeit und Empfindlichkeit, aber insbesondere auch für die Sensor-Temperatur. Beim Einsatz einer regulären Kamera müssen Dark Frames für die korrekte Sensor-Temperatur während der Session aufgenommen werden und kosten entsprechend wertvolle Beobachtungszeit. Bei Einsatz einer gekühlten Astro-Kamera können diese Dark Frames auch bequem zu einem anderen Zeitpunkt angefertigt werden und sind entsprechend sessionunabhängig.
- Bias Frame
Bias Frames werden verwendet, um den Basis-Offset zu ermitteln, welcher von praktisch allen Kamera-Sensoren erzeugt wird. Sie werden mit einer sehr kurzen Belichtungszeit und abgedecktem Objektiv aufgenommen und sind entsprechend unkritisch (aber auch schnell erzeugt).
- Dark Flat Frame
Dark Flat Frames werden zur Kalibrierung der Flat Frames verwendet. Ähnlich wie Dark Frames werden diese mit den gleichen Kamera-Einstellungen wie die Flat Frames erzeugt, jedoch mit abgedecktem Teleskop.
- Rauschen
Unter den Begriff Rauschen fallen alle möglichen Störungen, welche sporadischer Natur sind und bei mehreren Aufnahmen unterschiedlich auftreten. Dabei können verschiedene Quellen unterschieden werden, wie z.B.:
- Quantisierungs- bzw. Auslese-Rauschen
Dies wird durch die limitierte Bit-Breite des Wandlers verursacht, welcher aus dem analogen Kamerasignal die digitalen Farbwerte ermittelt. - Dunkelstromrauschen
Wärme verursacht durch Elektronenbewegung Rauschen im Sensor, Referenz ist dabei der absolute Nullpunkt. Spezialisierte Astro-Kameras sind daher gekühlt, um diese Quelle zu reduzieren. - Lichtverschmutzung
In der Astrofotografie kann man auch Lichtverschmutzung als Rauschquelle verstehen, welche sehr leicht das eigentliche Nutzsignal überdecken kann. Ähnlich wie eine Unterhaltung vor einem Wasserfall.
Unabhängig von der Ursache lässt sich Rauschen nicht aus einem Bild herausrechnen. Es lässt sich lediglich durch das Mitteln von Farbwerten aus vielen Bildern reduzieren.
- Quantisierungs- bzw. Auslese-Rauschen
- Verstärker-Glühen (Amp-Glow)
Die meisten Kamera-Sensoren erzeugen bei längeren Belichtungszeiten flächige Strukturen im Bild. Im einfachsten Fall ist die Ursache eine ungleichmäßige Wärmeverteilung über die Sensor-Fläche, welche als Infrarot-Strahlung regulär aufgezeichnet wird. Durch den Einsatz von Dark Frames wird diese Störung in der Astro-Fotografie weitgehend eliminiert und ist in der Regel weniger kritisch.
- Lucky Imaging
Lucky Imaging wird in der Fotografie gerne dann eingesetzt, wenn das Zielobjekt in Bewegung ist oder sich ständig verändert (also beispielsweise Darsteller auf der Bühne). Dann werden viele Bilder fotografiert und später nur das Beste verwendet. Ähnlich funktioniert das in der terrestrischen Astro-Fotografie, insbesondere bei Aufnahmen von Mond und Planeten. Wegen sich ständig ändernden Lichtbrechungen durch Luftunruhe ist es kaum möglich, ein solches Objekt mit einer einzelnen Aufnahme gut zu erwischen. Aufgrund ihrer hohen Helligkeit sind jedoch verhältnismäßig kurze Belichtungszeiten möglich, sodass auch in einem kurzen Zeitraum sehr viele Aufnahmen angefertigt werden können. Idealerweise erfolgt das dann auch direkt als Video-Clip. Bei einer Bildrate von beispielsweise 50 Bildern pro Sekunde hat man in einem Clip von 30 Sekunden Länge bereits 1500 Einzelbilder eingefangen. Diese werden im Anschluss mit spezieller Software analysiert und davon nur die Besten zu einem finalen Bild verarbeitet.
- Guiding
Mit Guiding bezeichnet man eine optische Überwachung der mechanischen Nachführung einer Montierung samt ggf. notwendigen Korrekturen. Damit wird die Nachführgenauigkeit mitunter deutlich verbessert, was wiederum längere Belichtungszeiten ermöglicht, ohne dass Sterne ihre Punktform verlieren. Dafür wird eine zweite Kamera montiert, die entweder durch ein kleineres Teleskop oder zusammen mit der Hauptkamera, dann als sogenannter Off-Axis-Guider, den gleichen Himmels-Ausschnitt beobachtet.
- Lichtjahr
Ein Lichtjahr ist keine Zeiteinheit, sondern die Entfernung, die Licht im luftleeren Raum innerhalb eines Erden-Jahres zurücklegen kann. Bei einer Geschwindigkeit von rund 300.000 km pro Sekunde (Lichtgeschwindigkeit im Vakuum) entspricht ein Lichtjahr einer Entfernung von rund 9500 Milliarden Kilometern.
- Astronomische Einheit
Eine astronomische Einheit entspricht dem mittleren Abstand zwischen Erde und Sonne und beträgt ca. 150 Millionen Kilometer.
- Deep Sky Objekt (DSO)
Beobachtbare Dinge am Nachthimmel, welche keine Einzel-Objekte wie Planeten oder Sterne sind, werden als Deep Sky Objekte bezeichnet. Dazu gehören Sternhaufen, Nebel und ganze Galaxien.
- Messier Objekt
Im 18. Jahrhundert fand der französische Astronom Charles Messier bei seiner Jagd nach Kometen immer wieder "nebelige Objekte" zwischen den Sternen, die sich, im Gegensatz zu Kometen, allerdings nicht bewegten. Um diese bei seinen Beobachtungen schneller ausschließen zu können, fertigte er eine Liste an, welche heute als Messier Katalog bekannt ist und 110 Objekte enthält. Mit heutigen Teleskopen lassen sich die meisten dieser Objekte von jedermann erkennen und eignen sich hervorragend für den Einstieg in das Thema Astronomie. Eine Übersicht findet sich, unter Anderem, in meinem Normalisierten Messier Katalog.
- Stern
Ein Stern ist eigentlich nichts anderes als der Blick in einen offenen Fusionsreaktor. Die meisten Sterne verschmelzen aufgrund ihrer hohen Masse Wasserstoff zu Helium. Unsere Sonne ist ein Beispiel für einen Stern mit eher geringer Masse.
Wenn der Wasserstoffvorrat verbraucht ist, hängt es von der Masse des Sterns ab, wie er sich entwickelt. Aus unserer Sonne wird vermutlich einmal ein weißer Zwergstern, größere Sterne entwickeln sich z.B. zu roten Riesen oder explodieren am Ende in einer Supernova.
- Sonnensystem
Aufgrund seiner Masse kann ein Stern Teilchen aus seiner Umgebung einfangen, welche sich im Laufe der Zeit zu Planeten verdichten und den Stern umkreisen. Dies ist dann ein Sonnensystem. Unser Sonnensystem besteht aus einem verhältnismäßig kleinen Stern und insgesamt acht Planeten (offiziell, sorry Pluto!).
Viel mehr Infos zum Thema Sonnensystem gibt es auf Wikipedia
- Planet
Für eine einfache Betrachtung kann ein Planet als kugelförmiges Objekt definiert werden, welcher sich alleine auf einer Umlaufbahn um einen Stern befindet. Nach Definition von 2006 befinden sich in unserem Sonnensystem folglich acht Planeten:
- Merkur
- Venus
- Erde
- Mars
- Jupiter
- Saturn
- Uranus
- Neptun
Wer es genauer braucht oder wissen möchte, was mit Pluto passiert ist, den verweise ich einmal auf den Artikel Planet bei Wikipedia.
- Nebel
In der Astronomie wird der Begriff Nebel für verschiedene Arten interstellarer Wolken verwendet. Abhängig von ihrer Erscheinung, werden sie grob folgendermaßen unterschieden:
- Emissionsnebel, Planetare Nebel, Supernova-Überreste
Bei diesen Arten wird Materie durch Strahlung, z.B. von benachbarten Sternen, selber zum Leuchten angeregt. - Reflektionsnebel
Diese reflektieren lediglich das Licht benachbarter Sterne, leuchten also nicht selber. - Dunkelnebel
Die in ihr enthaltene Materie verdeckt das Licht dahinter liegender Sterne.
Vermutlich zählen die beobachtbaren Nebel zu den beliebtesten Objekten der Astro-Fotografie; sie gehören alle zu unserer Galaxie und sind daher Teil der Milchstraße.
- Emissionsnebel, Planetare Nebel, Supernova-Überreste
- Galaxie
Sterne, zusammen mit ihren Planetensystemen, bilden in Gruppen von mehreren Millionen oder gar Milliarden sowie zugehörigen interstellaren Wolken eine Galaxie, also z.B. unsere Milchstraße. Der Abstand zwischen Galaxien beträgt durchaus eine Million Lichtjahre und dennoch treten Galaxien gerne in Gruppen von mehreren Tausend auf, was schon alleine eine beeindruckende Menge von enthaltenen Sternen ergibt. Mit aktueller Technik sind von der Erde aus um die 50 Milliarden Galaxien zu erkennen.
- Milchstraße
Unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, besteht aus geschätzten 100-400 Milliarden Sternen und hat eine Ausdehnung von ca. 200.000 Lichtjahren. Die von der Erde beobachtbaren Nebel sind alle Teil der Milchstraße, in astronomischen Größenordnungen also gar nicht sooo weit weg.
- Hubble Palette
In der Astro-Fotografie werden häufig sogenannte Schmalbandfilter eingesetzt, welche nur ganz bestimmte Wellenlängen des empfangenen Lichtes zum Sensor durchlassen. So lässt sich direkt die Verteilung bestimmter ionisierter Elemente in einer Region in einem Bild festhalten. Am häufigsten sind das bestimmte Spektral-Linien von Wasserstoff (H-Alpha), Schwefel (SII) und Sauerstoff (OIII). Diese sinnvoll in eine farbige Aufnahme zu kombinieren, welche unserem visuellem Empfinden entspricht, ist nicht einfach, da die Spektrallinien von H-Alpha und SII farblich sehr ähnlich sind. Bei Aufnahmen des Hubble Weltraumteleskopes wurden diese drei Schmalband-Bilder einfach den drei Farbkanälen zugeordnet. Dabei wird OIII blau eingefärbt, SII rot und das eigentlich rötlicht leuchtende H-Alpha wurde grün.
So entsteht ein mitunter sehr kontrastreiches Falschfarbenbild.