Warum habe ich unrunde Sterne?
Unrunde Sterne, deren Ursachen und was man dagegen machen kann.
Komafehler, Verkippung und Co.
Ein perfektes Astrofoto, mit sauber runden Sternen bis in die Ecke. Das ist es, was alle Astrofotografen vom Einsteiger bis zum Profi gerne hätten. Kennen Sie das? Sie sitzen an einem netten Stammtisch mit Astrokollegen. Jemand zieht ein Smartphone oder ein Tablet heraus und präsentiert stolz seine Ergebnisse.
Als Nächstes gibt der stolze Besitzer sein Gerät in die Runde. Noch bevor der erste Betrachter überhaupt das Bild anschaut, es eventuell würdigt, wird in die Ecken gezoomt. "Ohhhh, da hast Du aber in der einen Ecke längliche Sterne." Das Gerät wird weitergereicht und jeder gibt seinen Senf dazu. Zum Teil kommt es hier zu heftigen Diskussionen. Das Bild an sich bleibt auf der Strecke. Unser stolzer Astrofotograf ärgert sich und zeigt beim nächsten Mal keine Bilder mehr. Ist das nicht eine traurige und falsche Entwicklung? Sollten wir nicht dem Gesamtbild, als solches betrachtet, zunächst Aufmerksamkeit schenken? Sollten wir es nicht erst einmal gebührend bestaunen und loben, bevor man sich einzelne Pixel in der Ecke betrachtet?
Ich erlebe es in der Praxis täglich, dass uns Astrofotografen kontaktieren. "Oh Gott, Hilfe, ich habe in den Ecken eine Abweichung von ein paar Pixeln." Natürlich versuchen wir dann Ratschläge zu geben. Aber gerade wenn ein Einsteiger sich einen schnellen Newton kauft, wird es oft schwierig.
Perfekte Astrofotos basieren meist auf langjähriger Erfahrung. Auf learning by doing! Erst wenn man jeden Fehler selbst gemacht hat und genau weiß, wie man diesen Fehler wirklich zuordnet, kann man am richtigen Punkt verbessernd eingreifen.
Ich will niemanden entmutigen. In der Astrofotografie hat man zum perfekten Bild aber meist einen langen Weg vor sich.
Woher kommen jetzt aber unrunde Sterne?
Um diese Frage einigermaßen gut zu beantworten, müssen wir hier in zwei Kategorien aufteilen: unrunde Sterne an Refraktoren und unrunde Sterne an Spiegelteleskopen. Zudem müssen wir verzogene Sterne durch schlechtes Guiding vorher ausschließen.
Schlechtes Guiding als Grund für verzogene Sterne erkennen und ausschließen
Das ist relativ einfach. Suchen Sie sich ein Feld mit hellen Sternen. Objekte sind zur Beurteilung meist ungeeignet. Schalten Sie das Autoguiding komplett ab. Die Montierung muss natürlich sauber eingenordet sein und mit Sterngeschwindigkeit nachführen. Machen Sie eine möglichst kurze Belichtung bei absoluter Windstille. Gerade genug, um die Sterne auf dem gesamten Sensor zu sehen. Oft reicht dazu bereits weniger als 1 Sekunde. Betätigen Sie bei Spiegelreflexkameras die Spiegelvorauslösung. Damit wird das Hochklappen des Spiegels in der Kamera als Erschütterung ausgeschlossen. Wenn Sie jetzt in das Bild einzoomen und die Sterne perfekt rund sind, liegt Ihr Problem mit hoher Wahrscheinlichkeit am Autoguiding, an Windlast oder ähnlichem.
Alternativ:
Gehen Sie genauso vor, belichten Sie aber einen einzelnen hellen Stern in allen vier Ecken und zum Abschluss in der Mitte. Auch das ist meist sehr aufschlussreich. Ist der Stern bei einer extrem kurzen Belichtung in allen Eckenperfekt Rund, könnte Ihr Problem mit ovalen Sternen im länger belichteten Bild vom Guiding kommen. Ist der Stern in einer Ecke unrund, lässt das auf Verkippung im Imagetrain schließen.
Unrunde Sterne an Refraktoren
Ein Refraktorteleskop hat immer eine Anordnung von Linsen, welche das einfallende Licht bündelt. Diese Linsen werden im Normalfall in der Fabrikation so eingestellt, dass die Abbildung konzentrisch gleich ist. In der Regel kommt ein sogenannter Flattener oder Reducer zum Einsatz, welcher das Bildfeld ebnet.
Gehen wir davon aus, dass wir ein sauber gebautes Linsenfernrohr haben, bleiben folgende Ursachen für verzogene Sterne:
- Flattener nicht für das vorliegende Gerät gebaut und gerechnet. Wird immer wieder gerne, zum Beispiel aus Kostengründen, gemacht.
- Flattener mangelhaft. Zum Beispiel Linsen verkippt oder ähnliches. Sehr selten!
- Verkippung und Torsion des Okularauszuges selbst. Bei Geräten sehr weit verbreitet. Besonders bei Zahn- und Trieb-Auszügen. Ist häufig auf Grund der Konstruktion nicht zu verbessern. Teils sogar bei Premiumherstellern. Im Zweifel hilft nur ein neuer hochwertiger Okularauszug.
- Verkippung des Flatteners im Okularauszug. Häufig der Fall, wenn Zubehör geklemmt und nicht verschraubt wird.
- Schräge Verschraubung im Imagetrain. Bei verschraubtem Zubehör schief sitzende Gewinde. Kommt häufiger vor als man denkt.
- Nicht plan zur Bildebene stehende Aufnahmesensoren. Sogenannter Tilt des Sensors. Bei allen Kameras in jeder Preisklasse festzustellen und eine der häufigsten Ursachen für verzerrte Sterne. Kann durch eine sogenannte Tilteinrichtung ausgeglichen werden. Einige Astrokameras haben so eine Einrichtung bereits im Flansch verbaut.
Unrunde Sterne an Spiegelteleskopen
Spiegelteleskope haben in der Regel mindestens zwei optische Flächen, welche zueinander ausgerichtet sein müssen. Dazu kommen dann bei einigen Geräten noch fest verbaute Korrekturoptiken, wie zum Beispiel Schmidtplatten oder Korrektorlinsen an CDK-Teleskopen.
Man hat also von Grund auf viel mehr Fehlerquellen als bei einem vergleichsweise einfachen Refraktor. Das Gute ist, nahezu alle Spiegelsysteme lassen sich perfekt justieren. Der Nachteil, die Systeme bilden von Grund auf nur dann sauber ab, wenn alle Komponenten sauber asgerichtet sind. Eine "out of the box"- perfekte Justage ist der Ausnahmefall. In der Regel muss sich der Benutzer in die Justage einarbeiten. Ohne saubere Justage geht es nicht.
Die Ursachen für verzogene Sterne an Spiegelteleskopen:
- Ungenaue oder unzureichende Justage des vorliegenden Teleskopes mit Ausnahme des Imagetrains.
- Ausnahmefehler an SC und RASA und ähnlichen Systemen. Von Laien ausgebaute und falsch zusammengebaute Schmidtplatte. Kommt leider bei Gebrauchtgeräten immer wieder vor.
- Verkippung oder Torsion des Okularauszuges selbst. Bei Geräten von der Stange sehr weit verbreitet. Besonders bei günstigen Zahn- und Trieb-Auszügen.
- Verkippung des gesamten Okularauszuges durch Durchbiegung am Tubus. Heutige Kamerasysteme sind oft so schwer, dass sie den Teleskoptubus verbiegen. Im Zweifel hilft hier nur die Beobachtung der Justage im OCAL Kollimator unter Simulation der Last. Abhilfe schaffen Karbontuben. Auch die haben aber einen gewissen Verzug und geben auch nach.
- Verkippung eventuell auch durch Lastwechsel. An Okularauszügen und Fangspiegeln. Zum Beispiel bei sehr großen Fangspiegeln an dünnen Fangspinnen.
- Verkippung von Korrektoren im Okularauszug. Häufig der Fall, wenn Zubehör geklemmt und nicht geschraubt wird.
- Schräge Verschraubung, im Imagetrain schief sitzende Gewinde. Kommt häufiger vor, als man denkt.
- Nicht plan zur Bildebene stehende Aufnahmesensoren. Sogenannter Tilt des Sensors. Bei allen Kameras in jeder Preisklasse festzustellen und eine der häufigsten Ursachen für verzerrte Sterne. Kann durch eine sogenannte Tilteinrichtung ausgeglichen werden. Einige Astrokameras haben so eine Einrichtung bereits im Flansch verbaut.
- Mängel am Korrektor selbst. Kommen heute nur sehr selten vor.
Lüfter während der Belichtung aus!
Schalten Sie eventuelle Lüfter an Teleskopen bei der Suche nach länglich verzogenen Sternen immer aus. Es kommt vor, dass Lüfter eine Unwucht haben. Diese Unwucht kann Ihr System in kaum wahrnehmbare Schwingungen versetzen. Nutzen Sie Lüfter nur um die Spiegel eines Systems auf Außentemperatur zu bringen. Danach kann und sollte man die Lüfter normalerweise aus lassen. Nur wirklich extrem teure High-End Geräte haben Lüfter, Hezungen und Regelsysteme, welche auch während der Belichtung laufen dürfen. Achtung! In sehr seltenen Fällen haben auch Lüfter von gekühlten Kameras eine Unwucht. Mir ist das in meiner Astropraxis selbst passiert. Ich habe privat in einem System nach der Ursache für verzogene Sterne gesucht. Des Rätsels Lösung war ein unwuchtig laufender Lüfter in einer gekühlten Astokamera. Da muss man erst Mal drauf kommen!
Wie kann man Verkippung des Sensors von sonstigen Verkippungen unterscheiden?
Das ist in vielen Fällen einfach zu machen. Nehmen wir als Beispiel ein Newton Teleskop. Wir haben das Teleskop perfekt justiert. Unsere Empfehlung dazu ist der OCAL PRO Kollimator. Nun machen wir in der Nacht eine Aufnahme von einem Feld mit hellen Sternen. Bitte kein Objekt verwenden! Das ist meist irreführend. Wie bereits oben beschrieben das Guiding ausschalten um es folgend als Ursache auszuschließen. Eine kurz belichtete Aufnahme machen. Die Sterne sollten gleichmäßig über den Sensor zu sehen sein. Feststellen, wo und in welcher Ecke die Sterne verzogen sind.
Jetzt den gesamten Imagetrain mit dem Korrektor um 90° drehen. Wieder belichten. Wandert der Fehler im Bild 90° mit, liegt der Fehler irgendwo in unserem Imagetrain. Falls der Fehler in der gleichen Orientierung stehen bleibt, liegt eine unsaubere Justage des Teleskopes vor.
Jetzt den Korrektor, Reducer oder Flattener als Fehlerursache ausschließen. Wir drehen jetzt nur die Kamera um 90°. Der restliche Imagetrain darf nicht rotiert werden. Wandert der Fehler immer noch 90° mit, liegt zu 100% eine Verkippung, ein sogenannter Tilt des Kamerachips vor.
Bleibt der Fehler an Ort und Stelle, liegt der Verdacht nahe, dass die verzogenen Sterne vom nicht rotierten Teil des Imagetrains kommen.
In diesem Fall ist der Korrektor im Idealfall durch ein baugleiches Modell zu tauschen. So lässt sich der Korrektor als Fehlerquelle lokalisieren. Auch die Bauteile des Imagetrains, wie Hülsen, Rotatoren und so weiter können Verkippung herbeiführen. Hier hilft nur sehr kritisch nachmessen und eventuelles Spiel als Fehlerursache suchen.
Wie kann man eine Kamera richtig plan zur Bildebene ausrichten?
Ist ein nicht plan zur Bildebene liegender Chip als Ursache lokalisiert, kann man den Chip mit Tilteinrichtungen einstellen. Leider haben nicht alle Kameras auf dem Markt eine integrierte Tilteinrichtung. Manche Astrokameras dagegen haben Tilteinrichtungen im Flansch integriert. In jedem Fall gilt, gehen Sie systematisch vor. Führen Sie im Idealfall Buch, was und wieviel Sie verstellt haben. Da Sie nach jeder Änderung einen Test mit Livebild brauchen, kann das ein sehr mühseliger Prozess sein. Abhilfe schafft ein Tiltunit, welches man bei angebauter Kamera im Liveview der Kamera betätigen kann. Die Firma Gert Neumann liefert solche Units.
Achtung!
Verkippung am Chip wird gerade von Anfängern immer wieder mit Verkippung im Imagetrain verwechselt. Wer hier einfach drauf los schraubt, wird sich in einer Endlosspirale aus Misserfolgen bewegen.
Natürlich gibt es auch Software, welche einem im fertigen Bild Verkippung anzeigt. Auch hier lassen sich Rückschüsse ziehen, an welchem Rädchen geschraubt werden muss.
Hier ein Beispiel der Software ASTAP
Gemessen wurde ein Bild, welches an einem 8" f/4 red-dwarf entstanden ist. Obwohl das Bild auf den ersten Blick beeindruckend und nahezu perfekt aussieht, ist eine leichte Verkippung des Chips zu erkennen.
Komakorrektur und Arbeitsabstand
Ohne den perfekten Arbeitsabstand läuft nichts!
Betrachten Sie bitte folgend beide Bilder in groß.
Na, könnten Sie sagen was Koma und was Verkippung ist?
Des Rätsels Lösung? Es sind unterschiedliche Bereiche aus ein und dem selben Bild! Hätten Sie das gedacht?
Wir wollen Ihnen damit sagen, oft ist es auch für uns nicht auf den ersten Blick erkennbar, ob Koma, eine Dejustage oder eine Verkippung vorliegt. Mancher Experte hätte vermutlich bei einem der Bilder ganz klar auf Koma getippt. Ich kann Ihnen sagen, Sie liegen falsch. Das Bild entstand an einem perfekt arbeitenden f /2,8 Hypergraphen, bei dem der Hauptspiegel absichtlich um wenige hundertstel Millimeter verstellt wurde. Das zeigt sehr schön, wie empfindlich extrem kurzbrennweitige Systeme sind.
Aber kann man Koma nicht klar erkennen?
Oftmals nicht! Nur wenn man das Glück hat und sich Koma wirklich konzentrisch um die Bildmitte ausprägt, kann man sehr wahrscheinlich von Koma ausgehen. Stimmt die Justage des Teleskopes nicht, kann Koma und Verkippung nur sehr schwer unterschieden werden.
Der richtige Arbeitsabstand
Die meisten Fehler, die uns berichtet werden, hängen mit falsch eingestellten Arbeitsabständen zusammen. Hier gibt es sehr viel falsch zu verstehen. Oft wissen Kunden nicht, wo der Abstand gemessen wird. Dabei ist es eigentlich ganz einfach. Jeder Hersteller eines Korrektors, eines Reducers oder eines Flatteners gibt in den technischen Daten einen Arbeitsabstand an. Je kürzer die Brennweite eines Teleskops ist, desto genauer müssen die Abstände eingehalten werden. Bei schnellen f/2,8 Teleskopen sprechen wir hier über wenige 1/100 mm!
Ein Beispiel:
Ein Korrektorhersteller gibt bei f/4 einen Arbeitsabstand von ca. 55mm an. Der Kunde verwendet eine Canon EOS Kamera mit einem Auflagemaß von 44mm. Dann fehlen zum richtigen Arbeitsabstand 11mm. Meist wird man einen Korrektor an eine Canon EOS mit einem Bajonettadapter auf M48 anschließen. Man muss jetzt also die Dicke des Adapters messen. Ist der Bajonettadapter nur 10mm, muss 1mm beigelegt werden. Ist der Bajonettadapter 10,5mm, müssen 0,5mm beigelegt werden. Aber Achtung! Die Angaben der Korrektoren sind nie absolut. Meist geben die Hersteller ein Maß +/- xy an. In diesem Bereich muss der richtige Abstand durch trial and error herausgefunden werden. Unser Tipp, tasten Sie sich langsam und in kleinen Schritten von 1/10 Millimetern heran. Beobachten Sie sehr genau, wie sich die Korrektur verändert, wenn Sie Scheiben beilegen oder weglassen. Gehen Sie systematisch vor. Ich rate immer dazu ein loses Sternfeld ohne Objekt zu verwenden und Autoguiding als Fehlerursache auszuschließen. Siehe oben!
Nehmen Sie bei jedem Test immer wieder das gleiche Objekt in der möglichst gleichen Ausrichtung aufs Korn. Nur so lassen sich minimale Veränderungen herausfinden.
Alternativ kann man natürlich auch hier einen hellen Stern in allen Bildecken und in der Bildmitte ablichten.
Seeing und Horzontnähe als Ursache für verzogene Sterne
Auch das Seeing und Horizontnähe können für verzogene Sterne verantwortlich sein. Hier müssen wir unterscheiden. Schlechtes Seeing kann das Autoguiding bis zur Unbrauchbarkeit beeinflussen. Horizontnähe kann eigentlich perfekte Sterne länglich verziehen. Das erkennt man oft daran, wenn an den länglichen Enden Verfärbungen auftreten. Belichten Sie Ihre Objekte daher immer in einem Winkel von grob 45 bis 70°. In diesem Bereich arbeiten Montierungen, Teleskope und das Zubehör am besten. Gerade bei der Suche nach Fehlern rate ich immer auf ca. 60° zu gehen um Horizonteinflüsse auszuschließen. Wir raten übrigens auch dazu alle Justagen von Teleskopen unter Realbedingungen bei ca. 60° zu machen.
Stackingfehler als Ursache für unrunde Sterne
Eine immer weider gerne vergessene Ursache für unrunde Sterne ist die Stackingsoftware. Beurteilen Sie daher die Sterne möglichst immer in den einzelnen Lightframes. Wenn die Sterne in den Lightframes super sind, im Summenbild aber verzogen sind, sollten Sie eventuell zu einer anderen Stackickmethode greifen. Im Idealfall sortieren Sie bereits vor dem Stacking schlechte bilder, zum Beispiel solche mit Guidingfehlern, Sateliten und Flugzeuspuren aus. So laufen Sie erst gar nicht in Gefahr, dass die schlechten Frames mit in das Stacking einbezogen werden.
Oversampling und Undersampling als Ursache für unrunde Sterne
Bereits vor dem Kauf eines Teleskops zur Astrofotografie sollten Sie sich mit dem Thema oversampling und undersampling befassen. Bitte nicht einfach irgend etwas zusammenkaufen, weil es der user XY auf astrobin auch so macht. Besonders bei extremen undersampling sehen Sterne oft eckig, teils dreieckig und unschön aus. Das wird von vielen unerfahrenen Leuten mit verzogenen Sternen verwechselt.
Für mehr Infos googeln Sie bitte nach oversamping undersampling calculator. Sie werden zum Beispiel die Seiten astronomy tools finden. Dort gibt es einen sehr guten Kalkulator.
Die Kirche im Dorf lassen!
Hier noch ein kleines Schlusswort, welches die Einleitung erneut aufgreift. Wir haben heute dank der Massenfertigung in Asien den Zugang zu wirklich meist sehr gut brauchbaren Teleskopen. In den letzten Jahren haben sich Kameras, Teleskope und Montierungen massiv weiterentwickelt. Immer kürzere Brennweiten, immer kleinere Pixel und immer höhere Ansprüche bei den Astrofotografen sind ein Teufelskreis. Ein Bild, welches noch vor wenigen Jahren als herausragend gefeiert, und einer Titelseite in einem Magazin würdig gewesen wäre, ist nach heutigen Maßstäben nichts besonderes mehr.
Wenn ich ein Bild habe, wo an einer Ecke minimal verzogene Stere zu sehen sind, kann man die Ecke oft einfach durch Freistellen abtrennen.
Nicht jeder Astrofotograf hat das nötige Händchen, die Geduld und die Erfahrung. Es gibt Ausnahmetalente, die nach drei Monaten Astrofotografie Bilder liefern, wo man nur noch staunen kann. Das ist aber nicht der Normalfall! In der Regel sind Leute, die immer wieder hervorragende Bilder zeigen, einen weiten Weg gegangen, haben jeden erdenklichen Fehler selbst durchlebt. Nicht jeder Astrofotograf wird es in die top 100 bei Astrobin schaffen. Genauso, wie es in der Formel1 nicht nur lauter Fahrer auf dem Treppchen geben kann.
Die Erwartungshaltung, ich bestelle mir ein Teleskop oder lasse mir eines bauen, welches dann "out of the box" perfekte Bilder liefert, ist nicht die Regel, sondern höchstens Zufall. Gerade unter unseren Himmelsbedingungen, wo man immer wieder mit teils langen Pausen im Lernprozess konfrontiert ist, ist das Hobby Astrofotografie schwer und manchmal frustrierend. Viele schmeißen die Flinte ins Korn. Auch die Erwartungshaltung an das perfekte Teleskop oder das perfekte Zubehör, welches aber bitte so günstig wie möglich sein soll, ist falsch. Es gibt gute Gründe, warum ein PlaneWave Teleskop, eine 10Micron Montierung und entsprechendes Zubehör sehr viel Geld kosten. Wir dürfen von unseren vergleichsweise sehr günstigen Geräten, welche aus Asien stammen oder auf solchen Geräten basieren, keine Wunder erwarten. Würden wir hier zum Beispiel einen perfekten "red-dwarf" high-end Astrografen bauen, könnten sich das Gerät nur sehr wenige Leute leisten. Aus diesem Grund bauen wir vom Preis her vetretbare Geräte in vernünftiger Qualität. Ist das High-End? Nein, weil es zu diesen Preisen nicht möglich ist!
Ich würde mir wünschen, die Leute würden wieder mehr die Kirche im Dorf lassen und ein Bild als Ganzes betrachten, anstatt es auf wenige Pixel Abweichung in den Ecken zu reduzieren. Denn das hat die Arbeit, die hinter jeder solchen Aufnahme steckt, nicht verdient.