Diesen Beitrag hatte ich ursprünglich für die Vereinszeitschrift der Heilbronner Sternwarte geschrieben. Da ich schon ein paar Mal in Foren und Diskussionen darauf verweisen wollte, stelle ich ihn nun auch auf meine Webseite. Dank Corona, Ausgangssperren, meiner mittlerweile seltenen Anwesenheit in Heilbronn und weil das Gerät doch öfter ausgeliehen wird, habe ich seitdem leider nicht mehr mit ihm gearbeitet. Ich brauche Zeit…
Neue Möglichkeiten für die Astrofotografie
Astrofotografie war schon immer eine Herausforderung. Sogar aus der Zeit vor der Zerstörung Heilbronns im zweiten Weltkrieg sind Berichte überliefert, dass der erste Zeiss-Refraktor der Sternwarte mit Kameras ausgestattet war – und die überlastete Montierung nur eiförmige Sterne lieferte. Die alten Beobachtungsbücher aus der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts zeigen einige schöne Mondbilder, und eine analoge Olympus Spiegelreflex ruht immer noch in unserem Schrank.
Bis weit in die 90er Jahre war Diafilm das Mittel der Wahl. Wer damals mit dem Auge am Fadenkreuz geguidet hat, weiß, was das für eine Qual ist – selbst, wenn die Montierung etwas taugt, sodass man bequem am C14 sitzen konnte und nur die Tasten der Handsteuerung drücken musste.
Ein großer Schritt nach vorne war die Digitalisierung. Bei uns machte eine Starlight Express CCD-Kamera den Anfang – mit 320-Pixel-Chip und Bildausgabe auf einem Fernsehmonitor. Gesteuert wurde sie über einen eigenen Steuerungskasten. Dementsprechend selten war sie im Einsatz, auch wenn M 57 im C14 fast bildfüllend war.
Der nächste große Schritt war dann zweigeteilt: Einerseits wurden Videomodule für die Planetenfotografie eingeführt. Den Anfang machte bei uns wie so oft eine Philipps ToU Webcam, heute haben wir eine DMK Farbkamera, die wesentlich bessere Ergebnis liefert. Mit diesen Kameras wird ein Video aufgenommen, aus denen eine Software die besten Bilder des Planeten heraussucht und zusammengefügt – einst machte das Giotto, heute Registax oder Autostakkert.
Für Deep Sky brachten die digitalen Spiegelreflexkameras den Durchbruch: Erst kam eine Nikon D70 auf die Sternwarte, später zwei astromodifizierte Canons. Sie können am Teleskop ebenso eingesetzt werden wie auf dem AstroTrac als mobile Fotonachführung mit lichtstarken Objektiven.
Am Teleskop wurden diese Kameras meist entweder am Coudé für die Mondfotografie eingesetzt, oder am ED80, der auf dem C14 aufgesattelt ist. Mit Reducer kommt der ED80 auf ein Öffnungsverhältnis von f/6 (80/480) und kann auch ohne Nachführkontrolle einfach auf der Alt-Montierung Photonen sammeln. Ausschuss ist zwar dabei, aber man kann ja immer noch Bilder einfach löschen. Die Bahtinov-Maske erleichtert das Scharfstellen dabei ungemein.
Theoretisch ist sogar Autoguiding am C14 möglich – eine gekühlte Atik 16IC ist vorhanden, und PHD ist installiert. Allerdings wurde nie dokumentiert, wie das Ganze funktioniert.
Die anderen Sternwartenteleskope wurden eher selten für die Astrofotografie genutzt. Die Vixen Superpolaris-Montierungen sind zwar präzise, allerdings hatte sich die Elektronik im Lauf der Jahre verabschiedet, und sie können ohnehin nur nachführen, aber nicht guiden. Mit der normalen HEQ-5 wurde sogar gelegentlich erfolgreich mit dem C8 fotografiert; die HEQ-5 SDI „litt“ unter der besseren, aber empfindlicheren Boxdoerfer-Steuerung. Autoguider-Eingang oder gar Goto bietet aber keine dieser Montierungen, und der Schwerpunkt der Sternwarte lag erst einmal auf der visuellen Beobachtung – auch, da nicht viele Mitglieder fotografierten.
Die erste moderne Montierung war dann die CGEM, die die Superpolaris auf der Zeiss-Säule auf der Plattform ersetzte. Sie bietet Goto und eine Autoguiderschnittstelle, ist jedoch nicht mobil. 2019/2020 wurden dann die Weichen gestellt, um die Astrofotografie mit unseren Geräten wieder zu fördern: Mit der Celestron Advanced VX (AVX) kam eine transportable parallaktische Montierung mit Goto und Autoguiderschnittstelle auf die Sternwarte. Es folgte eine Atik Horizon Astro-Kamera mit gekühltem Farbsensor (weniger Rauschen!) und der Möglichkeit, Bilder direkt am PC zu stacken. Sie kam pünktlich zum Lockdown Anfang 2020, sodass sie erst im Herbst getestet werden konnte. Der Durchbruch war dann der Celestron RASA 8, der sowohl auf der CGEM auf der RMS als auch mobil auf der AVX betrieben werden kann: Eine reine Fotomaschine, die mit 400mm Brennweite und f/2 kurze Belichtungszeiten und große Bildfelder ermöglicht. Er kann nur mit der ATIK betrieben werden, für eine DSLR langt sein Backfokus von nur 25mm ab dem T-2-Gewinde nicht aus. Aber der Aufwand lohnt sich.
Das First Light war im November 2020, und hier will ich von den meinen Erfahrungen berichten und beschreiben, wie er benutzt wird.
Der erste Einsatz
Nachdem wir alle nötigen Adapter beisammen hatten – für die Atik war noch ein 12mm-Distanzring nötig; bei f/2 müssen die Abstände exakt eingehalten werden, wenn man scharfe Bilder will – konnte ich das Teleskop am 5. November endlich in Betrieb nehmen. Das bedeutete zuerst einmal, den optionalen Motorfokussierer zu installieren und Firmware-Updates für die Handcontroller und Montierungen aufzuspielen. Der Motorfokussierer erscheint als zusätzlicher Punkt „Focuser“ in der Handsteuerung und kann dann mit den Scroll Up/Down-Tasten des Handcontrollers gesteuert werden. Manuelles Fokussieren ist nicht möglich! Alternativ kann er über den PC gesteuert werden. Dazu wird der Handcontroller über ein Mini-USB-Kabel mit dem PC verbunden (was den ersten USB-Port belegt). Dann kann er über ein eigenes Steuerprogramm oder über Celestron CPWI gesteuert werden, das auch die komplette Montierungssteuerung samt Referenzsternsuche übernimmt.
Nach einiger Zeit hatte ich dann auch alle Schrauben fest genug und die richtige Firmware auf AVX und CGEM, sodass der Fokussierer funktionierte. Noch einmal die Kalibrierung des Fokussierers starten, damit die Software die Endpunkte kennt, und der Teil war erledigt.
Der RASA passt mit seiner 3″-Schiene zum Glück ohne Probleme auf die Montierungen. Ein Gegengewicht langt prinzipiell, besser sind zwei, die dann näher am Montierungskopf liegen.
Dann kam die Kameramontage dran: Die Atik wird mit dem T-Adapter vor das Teleskop geschraubt, der 12mm-Abstandsring sorgt für den richtigen Abstand. Dann mit dem zweiten USB-Port verbinden.
Die Inbetriebnahme der Kamera war spannend: Anfang des Jahres waren wir komplett gescheitert. Atik macht gute Kameras, mäßig intuitive Software und eine bescheidene Dokumentation. Auf dem Desktop erscheinen nach der Installation nur die Icons für Infinity (mit dem man Bilder Live-Stacken kann – wunderbar, wenn die Kamera mal läuft, aber nichts für die ersten Versuche), Dawn (eine seltsame Software zur Bildbearbeitung, die völlig neue Wege bei der Benutzeroberfläche geht und dadurch gänzlich unintuitiv ist) sowie Dusk, das wohl Bilder aufnehmen soll. Arbeiten kann man dagegen mit Artemis Capture, das im Windows Startmenü versteckt wird.
Das erste Bild gelang mir daher mit Sharpcap, und nachdem ich die Einstellungen gefunden und die Funktionalität bewiesen hatte, konnte ich auch mit Artemis ein Bild auf den Monitor bringen. Die Kilianskirche, versteht sich – die ist schön hell. Dann noch den Sucher installieren und ausrichten (der 50mm MicroGuide von Astroshop – klein und leicht) und das Fadenkreuzokular einstecken. Mit Zenitspiegel am Sucher kommen wir leider nicht in den Fokus, da ist man vom Baader Variofinder am C14 verwöhnt – aber der hat dafür keinen Helikalfokussierer.
Jetzt konnte endlich getestet werden. Also die Montierung auf die Indexmarken setzen; die CGEM ist ja schon ganz gut eingenordet, wenn keiner an den Schrauben spielt. Dann die Referenzsterne anfahren – es ist ungewohnt, den ersten Blick im Sucher zu machen und dann auf den Monitor zu wechseln. Das Kabel vom Handcontroller ist aber lang genug, und die letzte Feinfokussierung ging über den Handcontroller auch gut (nachdem ich einmal die Kalibrierung durchlaufen hatte und den Fokussierer auf eine mittlere Position gestellt hatte).
Jetzt sollte eigentlich die Optik justiert werden, aber ich teste ja noch – also ab auf M 57 und 15×30 Sekunden belichten. Mal schauen, was die Software so kann. Freude: Die Justage sieht gar nicht so schlecht aus!
Davon abgesehen war das Ergebnis dann erstmal frustrierend: Ich hatte einen Schwung FITS- und TIFF-Bilder aufgenommen, die alle Schwarz-Weiß waren, obwohl Artemis Capture sie mir in Farbe anzeigte. Öhm…
Schließlich – allmählich ging auch der Mond auf, schlechte Zeiten für Deep-Sky – packte ich den RASA wieder ein (zumindest die Hardware funktionierte ja einwandfrei) und schloss die Atik noch einmal an den PC im Meridiankreishaus an. Oh Wunder: mit zwei 40mm-Verlängerungshülsen erhielt ich nun auch am ED80 ein scharfes Bild vom Mond. Nur kam ich mit der Belichtungszeit nicht weit genug runter, er war überbelichtet. Aber was soll‘s, die Hardware läuft. Dafür testet man ja!
Debayern?
Wieder zuhause nahm ich mich noch einmal der Daten an. Das Ergebnis: Die Bilder müssen debayert werden (aha…), damit aus komischen Monochrom-Aufnahmen Farbfotos werden. Das geht mit DSLR-RAWs in Lightroom doch bequemer. Die FITS-Dateien konnte ich so in Deep-Sky-Stacker öffnen und farbig machen. Sehr schön: Die Nachführung war auch ohne Guiding gut genug, und nach 7,5 Minuten war der Zentralstern von M 57 deutlich zu sehen. Dafür muss ich am ED80 mit f/6 deutlich länger belichten. f/2 macht richtig Spaß! Die Bilder hatte ich in Deep-Sky-Stacker als RGGB dekodiert.
Nur wie ich aus den TIFF-Bildern Farbfotos machen kann, habe ich immer noch nicht kapiert. Wahrscheinlich kann ich diese Aufnahmen abschreiben.
Second Light
Ein paar Tage später schien der Himmel wieder mitzuspielen. Der Plan für heute: Die Montierung einnorden, Autoguiding üben und mit Infinity herumspielen. Als es nach einem herrlichen Herbsttag endlich dunkel genug war, war ich auch fast einsatzbereit. Am Leitrohr hing meine ZWO Mini, die ich zum Guiden und Einnorden benutzen wollte – Sharpcap hat da eine wunderbare Routine mittels Platesolving.
Als die Kamera endlich Sterne sah, war die Montierung dann auch recht schnell recht gut eingenordet – bis auf etwa 30 Bogensekunden, gut genug für 400 mm.
Und pünktlich zur astronomischen Dämmerung war dann auch Nebel hochgezogen, sodass die Suche nach einem Referenzstern scheiterte, um das Goto in Betrieb zu nehmen. Kein Großer Wagen mehr zu sehen, die Nacht war gelaufen – vor allem weil der RASA noch keine Taukappe oder Heizung hat.
Aber lehrreich war es trotzdem: Ich bräuchte einen weiteren USB-Port, da der Aufbau drei Ports belegt: Einen für die Montierung, einen für die ATIK und einen für den Guider. Klar, dass mein MacBook Air nur zwei Ports hat…
Die Montierungssteuerung geht über CPWI ganz gut. Man muss nur das Hauptfenster mit dem Sternkartenprogramm zur Seite schieben und kann dann die Steuerfenster für die Achsen der Montierung und ggf. den Fokussierer über das Programmfenster von Artemis legen.
Artemis hat ein schönes Tool zur richtigen Fokussierung: Einfach das Focus-Tool aufrufen, einen Stern anklicken und dann über FWHM-Analyse den perfekten Fokus suchen. Sehr angenehm. Und wenn man ein Fadenkreuz einblendet, kann man auch die Referenzsterne der Montierung sehr genau einstellen.
Wenn das Leitrohr mit der Guidingkamera belegt ist, wäre ein kleiner Leuchtpunktsucher für die Referenzsterne noch ganz nett. Aber solange die Montierung ja auch über den Handcontroller gesteuert werden kann, kann das Guiding auch danach installiert werden – wenn die Kamera einen ST-4-Port hat, und man nicht über USB und den Handcontroller gehen muss (oder man ausreichend USB-Ports hat…).
PHD-Guiding konnte ich so leider nicht ausprobieren. Für dieses Jahr ist noch die Anschaffung eines Standalone-Autoguiders geplant. Im Idealfall kommt der ohne PC aus, mittlerweile ist die Technik auch recht ausgereift. Dann brauchen wir nur noch sechs Steckdosen: Für Montierung, Kamera, Laptop, Kühlung vom RASA, Heizung der Taukappe und Autoguider. Uff…
Der Arbeitsplatz mit Artemis Capture und CPWI
Artemis Capture hat eine spartanische, aber funktionelle Oberfläche. Die wichtigsten Funktionen:
(1) Cooler – Hier wird die Temperatur der Kamera eingestellt. Sie kann bis 30° unter Umgebungstemperatur gekühlt werden – sinnvoll ist ein Wert, der die ganze Nacht über gehalten werden kann. Wichtig: Die Kamera nicht einfach ausstecken, sondern erst wieder aufwärmen („Warm up“)
(2) Display: Beeinflusst nur die Darstellung am Monitor. Ggf. muss mit den Black- und White-Werten gespielt werden, um etwas zu sehen, Auto Stretch funktioniert nicht immer. Ein Schwarzwert ab 40 000 hilft dabei, Überbelichtung zu erkennen.
(3) Reticle blendet ein Fadenkreuz ein – perfekt zum Einstellen der Referenzsterne für das Goto. Der Zoom kann auch mit dem Mausrad verstellt werden.
(4) Exposure: Hier wird die Belichtungszeit eingestellt – auch am RASA sind 1-3 Sekunden ein guter Anfangswert. Binning sollte auf 1 stehen, sonst werden Pixel zusammengefasst – das liefert ein helleres Bild, aber nur noch in schwarzweiß. Darunter kann ein Bildausschnitt (Region of Interest) ausgewählt werden, oder mit Full frame das gesamte Bild.
Ein Häkchen bei (5) Autosave speichert automatisch jede Aufnahme, hier wird auch der Speicherplatz und Bildname angegeben. Die Funktion kann auch oben links bei den Icons aktiviert werden. Alternativ kann die aktuelle Aufnahme manuell gespeichert werden(6).
Über die (7) Presets und den Gain kann die Empfindlichkeit eingestellt werden. Gerade am RASA sind niedrige Werte besser, da es dann weniger Bildrauschen gibt – die Helligkeit kann auch in der Bildbearbeitung hochgezogen werden.
Über das Fenster Tracking kann auch fokussiert werden – einfach einen Stern anklicken. Wenn eine zweite Instanz von Artemis Capture geöffnet ist, kann hier auch eine weitere Atik für das Guiding genutzt werden.
Die Kamera wird über die Icons (8) ausgelöst: Einzelaufnahme, Dauerfoto oder programmiert.
(9) und (10) sind die Einstellfenster für Montierungsachsen und Fokussierer aus Celestron CPWI, das hier an den untersten Bildschirmrand geschoben wurde.
Livestacking
Ausschlaggebend für die Entscheidung für die Atik Horizon war die Infinity-Software, die Livestacking ermöglicht. Daher musste das natürlich auch einmal getestet werden, sobald ich mit der Kamera einigermaßen vertraut war.
Die Infinity-Software läuft grundsätzlich im Vollbildmodus und hat eine eigenwillige Oberfläche. Oben rechts sind drei Modi: Das Auge dient dazu, ein Objekt zu finden; die Kamera nimmt dann die Bilder und stackt sie, wenn man links ein Häkchen setzt, und das Wiederholungssymbol daneben lässt einen eine Sitzung erneut wiedergeben. Der Funkturm ist für Youtube-Streaming, und die Diskette lässt einen das Ergebnis speichern.
Die meisten Einstellungen sind halbwegs selbsterklärend. Damit ein schönes Bild herauskommt, muss man unten am Histogramm etwas spielen. Durch Verschieben von Schwarz- und Weißpunkt sowie dem mittleren Balken kann man eine Quick-and-Dirty-Bildbearbeitung machen. Das Beispiel oben zeigt den Ringnebel nach fünf Minuten – es ist schon cool, was fast vollautomatisch möglich ist!
Ganz perfekt läuft das aber noch nicht: Unser Rechner im Meridiankreishaus war etwas schwachbrüstig, die Software hätte gerne mindestens 8 GB RAM und einen i5-Prozessor; bei 4 GB funktioniert sie zwar, aber das Histogramm ist fast nicht zu bedienen. Auf meinem Laptop funktionierte es erst, als ich „Use Fast Display“ deaktivierte. Mittlerweile wurde der C14-Steuerrechner durch einen schnelleren Laptop ersetzt.
Aber wenn der Rechner leistungsstark genug ist, wird es reizvoll sein, während einer Führung ohne allzu großen Aufwand demonstrieren zu können, was die Kamera im Gegensatz zum Auge leisten kann.
Das ist dann schon wirklich Astrofotografie für Dummies…
Vorbereitungen der Montierung
Um Spaß dabei zu haben, muss die Montierung natürlich sauber laufen. Gerade vor dem ersten Feldeinsatz oder nach einem Firmware-Update sollten bei den Celestrons ein paar Dinge überprüft werden.
Die Montierung sollte möglichst gut ausbalanciert sein – und dann im Osten minimal schwerer, um Getriebespiel beim Nachführen zu vermeiden. So schiebt der RA-Motor immer.
Getriebespiel: Die Montierungen werden noch mit Zahnrädern angetrieben, die Spiel im Getriebe haben. Unter Einstellungen => Getriebespiel kann im Handcontroller eingestellt werden, dass der Motor etwas schneller läuft, um Totgang auszugleichen. Die Montierung sollte keine störenden Verzögerungen aufweisen, wenn man die Richtung ändert.
Utilities => Kalibrieren sollte einmal aufgerufen werden, die Kalibrierung läuft dann automatisch ab.
Für das Alignment sollten mindestens drei, besser vier Sterne ausgewählt werden, bevor die Montierung über Align=>Polausrichtung eingenordet wird. So kann sie ein besseres Himmelsmodell erstellen. Anschließend sollte ein neues Alignment durchgeführt werden. Wenn mit dem RASA und der Atik eingenordet wird, kann man ein Fadenkreuz einblenden. Wer einen eigenen Laptop hat: Sharpcap kostet Geld und ist nur als Abo erhältlich (sein Geld aber wert), bietet dafür jedoch eine sehr komfortable Routine, die zum Einnorden das Bild der Guidingkamera am Sucher verwendet. Auch das kostenlose PHD2 bietet so eine Routine, die konnte ich aber noch nicht testen.
Wenn man ohnehin einen Laptop dabei hat, bietet es sich an, Celestron CPWI zur Steuerung und Einnordung des Teleskops zu verwenden. Dabei werden unsere Montierungen über den Handcontroller verbunden, der dann im Betrieb ohne Funktion bleibt – die Montierung wird nur noch über den PC gesteuert.
Damit das funktioniert, muss man aber auch genug Strom haben. Es ist nicht jeder Lüfter nötig, aber auch der Laptop muss in der Kälte erst einmal durchhalten.
Fazit
Der massive Einsatz von Technik erfordert etwas mehr Vorbereitungszeit, aber wenn alles läuft, sind in kurzer Zeit sehr gute Ergebnisse erzielbar. Durch die Brennweite und Lichtstärke des RASA kann bei einer sauber eingenordeten Montierung sogar auf das Guiding verzichtet werden. Bei 400mm Brennweite hat die Atik eine Auflösung von 1,96″, was mit kurzen Belichtungszeiten noch beherrschbar ist – aber mit Guiding sind noch tiefere Aufnahmen möglich. So macht Astrofotografie richtig Spaß!
Zum Abschluss noch ein Bild, das ein Kollege mit dem Gerät aufgenommen und ernsthaft bearbeitet hat:
