Astro- und Milchstraßen-Fotografie:

Unsere Galaxie im Lichtbild

Autor: Kurt O. Wörl

Nachts sind eher wenige Fotografen im Freien unterwegs und noch weniger, die dabei vorhaben, unseren Sternenhimmel abzulichten. Mancher hat’s vielleicht schon versucht und war enttäuscht von den Ergebnissen. Dabei finden wir im Internet doch so viele überaus beeindruckende Fotos, zum Beispiel von unserer Milchstraße, die teilweise sehr plastisch, wie eine Rauchsäule über dem Horizont steht.

Dazu vorab das Wichtigste: So, wie wir unsere Galaxy auf den fertigen Fotos im Internet abgebildet sehen, kann sie auch keine noch so gute Kamera mit ihren Bordmittel ablichten. Diese Fotos sind vielmehr das Ergebnis einer nachträglichen Bildbearbeitung. Seien Sie deshalb nicht enttäuscht, wenn die Bildergebnisse zunächst keine so plastische Milchstraße-Wolke zeigen, wie wir sie aus dem Internet gewohnt sind. Das gewünschte Endergebnis ergibt sich erst nach der Bearbeitung im RAW-Konverter (Lightroom, DxO PhotoLab o.ä.), wenn wir mit Entrauschen, Kontrast, Klarheit, Anheben der Lichter und Absenken der Himmelsschwärze unsere Arbeit getan haben.

Beispiel: 2018 hatten wir in unserem Fotoclub zu einer Exkursion zur Milchstraßen-Fotografie eingeladen. Die Location war der Rothsee bei Allersberg. Die Bedingungen waren alles andere als gut, wie man an den Lichtdomen und an den Wolken am Horizont sehen kann.

Trotzdem war ich mit meinem Erstversuch, die Milchstraße zu fotografieren, zufrieden – wenn auch nicht begeistert. Das Bild unten (vor und nach der Bearbeitung) habe ich mit einer damals nur bedingt geeigneten Ausrüstung gefertigt: Nikon D5300 (Spiegelreflex-Kamera mit APS-C-Sensor und einem wenig lichtstarken Objektiv, das nur f:3.5 als größte Blende zuließ). Im unbearbeiteten Bild konnte man folglich die Milchstraße allenfalls erahnen (der helle Himmelskörper, im unteren Drittel links, war übrigens der Mars).

Nach der Bearbeitung (hier ausnahmsweise in Lightroom) konnte man schon deutlich mehr erkennen. Noch sehr viel besser gelingen Fotos freilich mit einer Vollformat-Kamera und mit einem lichtstarken Objektiv.

vorher

nachher

In unseren Breiten haben wir neben viel Licht- auch reichlich Luftverschmutzung, was den Sternenhimmel ebenfalls nicht in seiner wahren Pracht erkennen lässt. Wer einmal in einem wenig urbanen Land, wie etwa im westafrikanischen Namibia, weilte, der erst wird vor dem atemberaubenden Sternenhimmel, wie er in seiner wahren Pracht wirklich erstrahlt, in Ehrfurcht erschaudern. Diesen Himmel werden wir in unseren Industrieländern so aber nie sehen können.

Zur Vorgehensweise bei der Bearbeitung von Milchstraßenfotos werde ich bei Gelegenheit einen eigenen Beitrag verfassen. In diesem Artikel soll es nur um die Aufnahmen vor Ort, das erforderliche Equipment und die Vorgehensweise bei der Aufnahme gehen.

Location: Lichtverschmutzung vermeiden

Damit wir überhaupt eine Chance haben, die Milchstraße in einer brauch- und bearbeitbaren Qualität zu fotografieren, ja, um sie überhaupt erst am Firmament zu finden, müssen ein paar grundsätzliche Bedingungen erfüllt sein:

  • Die Milchstraße muss sichtbar sein. Liegt sie unter dem Horizont, können wir sie weder sehen noch fotografieren. Irgendwie logisch, oder?
  • Wir brauchen einen möglichst dunklen Ort. Der Mond darf am Himmel nicht sichtbar sein. Die beste Zeit für Astro- und Milchstraßenaufnahmen sind daher die Tage, an welchen der Mond in seiner Neumondphase steht oder nur tagsüber am Himmel sichtbar ist.
  • Städte haben in der Regel eine sehr starke Lichtemission. Diese wird von den Staubteilchen, die es in der Luft über Städten in rauen Unmengen gibt, in alle Richtungen reflektiert, sodass über den Städten nachts weithin sichtbare Lichtdome entstehen, ggü. diesen das Sternenlicht verblasst. Es ergibt deshalb keinen Sinn, zur Sternenfotografie nur ein paar Kilometer vor die Stadt zu fahren, der Lichtdom der nahen Stadt wird alles andere auch auf dem Lande überstrahlen. Wir werden kaum Sterne erkennen können.

Um Punkt zwei zu erfüllen, muss also eine möglichst geringe, sog. Lichtverschmutzung gegeben sein – und einen solchen Ort in Deutschland zu finden ist gar nicht so einfach. Hier hilft die Online-Karte “Lightpollutionmap“, welche die Regellichtverschmutzung – farblich abgestuft – weltweit aufzeigt.

In Westdeutschland findet man einen solchen Platz nur noch in den Alpen (wobei dann die Berge die Sicht einschränken können) und in der Rhön, im Dreieck zwischen Hessen, Thüringen und Nordbayern. Dieser Bereich wird deshalb auch als “Sternenpark Rhön” bezeichnet. In meinem Beitrag “Sternguckerplätze in der Rhön” habe ich eine Reihe von geeigneten Plätzen für die Sternenfotografie, mit Geodaten (verlinkt auf GoogleMaps), zusammengefasst.

In Ostdeutschland gibt es vor allem in Mecklenburg-Vorpommern noch große Bereiche, die kaum Lichtverschmutzung aufweisen.

Wann ist die beste Zeit, um die Milchstraße zu fotografieren?

Wie viel man von der Milchstraße sehen kann hängt auch davon ab, wie aktuell die Erdneigung im Verhältnis zur Milchstraße steht. Im Winterhalbjahr ist auf der Nordhalbkugel das galaktische Zentrum nicht zu sehen. Zu sehen ist es zwischen April bis Oktober, und am geeignetsten ist der Zeitraum von Juni bis einschließlich August. Die beste Sichtbarkeit des galaktischen Zentrums ist im August gegeben, da steht es am höchsten über dem Horizont. Auf der Südhalbkugel ist es umgekehrt, da ist das Winterhalbjahr vorzuziehen. Die beste Sicht auf unsere Galaxie hat man in Äquatornähe, das sollten Fotografen, die auf Reisen Astroaufnahmen vorhaben, berücksichtigen.

Doch selbst die astronomisch beste Zeit wäre nutzlos, wenn zugleich der Mond die Nacht erhellt. Wir brauchen also eine Nacht, in der der Mond sich entweder in der Neumondphase befindet oder nur tagsüber sichtbar ist.

Hilfen zur Planung

Nun sind da schon einige Parameter zusammengekommen, die die Planung recht kompliziert erscheinen lassen. Im Zeitalter von Smartphones und Tablets gibt es aber zum Glück Planungshilfen, die uns dabei helfen. Ich nutze die, bei Astrofotografen sehr beliebte App “PhotoPills“, die diese nicht umsonst die “eierlegende Wollmilchsau” nennen. Sie nimmt uns die Planung weitgehend ab und hat darüber hinaus noch viele andere nützliche Features an Bord, wie Schärfentiefe- und  Sichtfeldberechnung, Hilfen für Sternschuppenschauer, Sternspuren, Belichtungszeit, um Sterne punktförmig abzulichten u.v.a.m. Es gibt sicher noch andere Apps, die bei unserem Vorhaben hilfreich sein können, eine Marktübersicht kann ich aber nicht bieten.

Die Bedienung von PhotoPills scheint auf den ersten Blick recht komplex, sodass es ohne Anleitung schwerfällt, vor allem das Planungsmodul zu durchschauen. Die Online-Bedienungshilfen des Herstellers sind nur englischer Sprache verfügbar, aber nicht jeder ist der Sprache mächtig. Zum Glück gibt es inzwischen einige Tutorials in deutscher Sprache, z.B. auf YouTube, die uns die Funktion des PhotoPills-Planers gut erklären – und nach einem Aha-Effekt ist es danach wirklich simpel einfach, die Milchstraßenfotografie damit zu planen. Das Tutorial des Fotografen Riko Best dürfte eines der verständlichsten sein.

Equipment

Um uns des Nächtens in der Astrofotografie zu betätigen, wird eine darauf abgestimmte Fotoausrüstung benötigt. Ich empfehle das folgende Equipment:

  • leistungsfähige Kamera (Spiegelreflex- oder spiegellos. Mit Kompaktkameras, Smartphones wird man – trotz inzwischen ausgeklügelter Elektronik – keine brauchbaren Sternaufnahmen erhalten.
    Anmerkung: Ein Vollformatsensor ist besser als ein APS-C-Sensor (längere Belichtungszeit möglich, Vollformat sammelt mehr Photonen).
  • Lichtstarkes Weitwinkel-Objektiv 14 bis 24 mm für Vollformat, 10 bis 16 mm für APS-C-Sensor, mit mindesten Lichtstärte f:2.8 oder besser (ich nutze ein 14 mm f:2.8-Vollformat-Objektiv mit manueller Fokussierung).
    Anmerkung:  Bei längerer Brennweite wird die benötigte Belichtungszeit entsprechend kürzer, weil die Strichbildung der Sterne mit der Brennweite zunimmt. Bei geringer Lichtstärke wiederum, muss mit höherer ISO-Zahl gearbeitet werden, was zu mehr Rauschen in der Aufnahme führen kann).
  • Fernauslöser, um beim Auslösen keine Vibrationen zu erzeugen (ich nutze stattdessen die für meine Nikon-Kamera nutzbare  Nikon-App “SnapBridge, die das Fernauslösen per Bluetooth oder WiFi  ermöglicht). Ersatzweise kann man per programmierter Zeitauslösung oder – so vorhanden – die verzögernde Delay-Auslösung der Kamera nutzen.
  • Stabiles Stativ, da wir mit Dauerbelichtung arbeiten müssen.
  • Stirnlampe, die auf Rotlicht umschaltbar ist, damit wir uns selbst und evtl. andere Fotografen nicht blenden, sonst sehen wir keine Sterne mehr.
  • Taschenlampe, um damit evtl. einen attraktiven Vordergrund (Felsen, Holzhütte o.ä.) im Foto sichtbarer zu machen.
  • Powerbank, falls der Akku unserer Stirnlampe, des Smartphones oder Tablets schlapp macht.
  • Geeignete Kleidung. Bei klaren Nächten kann es auch im Sommerhalbjahr ziemlich kühl werden. Ich habe jedenfalls immer ein Paar Fotografenhandschuhe dabei, mit kapazitiven Fingerkuppen, mit welchen man Touchscreens bedienen kann.
  • Thermoskanne mit Warm- oder Kaltgetränk, je nach zu erwartenden Temperaturen, evtl. auch nur eine Flasche Mineralwasser (mit Durst mitten in der Pampa machts Fotografieren auch keinen Spaß).

Kameraeinstellungen

Zu den Kameraeinstellungen und zum Vorgehen ein bisschen Theorie (nicht erschrecken und die Berechnungen gleich wieder vergessen. Das sind nur Hilfen, falls man mal keine Hilfsmittel, wie Apps, zur Verfügung hat. Ich habe stets die o.e. App PhotoPills dabei, die mir die Rechnerei abnimmt und im Internet gibt es zudem auch Rechner für diesen Job).

Grundsätzliche Kamera-Einstellungen

Egal ob Spiegelreflex- oder spiegellose Kamera, ob ein Vollformat-Sensor (Kleinbildformat) oder ein kleinerer APS-C-Sensor zum Einsatz kommt, für alle Geräte sind folgende Grundeinstellungen für die Ablichtung der Milchstraße zu empfehlen:

  • Da wir mit Dauerbelichtung arbeiten müssen, muss die Kamera auf einem Stativ fixiert sein.
  • Um eine verlustfreie Nachbearbeitung zu gewährleisten, fotografieren wir im RAW-Format. Bei Bitmap-Aufnahmen (etwa JPG) wirkt jeder Bearbeitungsschritt kumulativ destruktiv.
  • ISO 2000 bis ISO 6000 (abhängig von der Lichtstärke des genutzten Objektivs). Für lichtstarke Objektive mit f:2.8 oder besser haben sich ISO 2800 bis 3200 gut bewährt.
  • Blende weitmöglichst geöffnet (einige lichtstarke Objektive, mit möglicher Blendenöffnung f:1,2 oder f:1,8, erreichen ihre maximale Schärfe allerdings erst nach Abblenden auf f:2,8, dann besser f:2,8 vorwählen – muss man ausprobieren!).

Einstellungen bei Spiegelreflex-Kamera mit Vollformat- oder APS/C-Sensor

Grundeinstellung

  • Spiegelvorauslösung aktivieren, um keine Vibrationen durch den Klappspiegel zu erzeugen.
  • RAW-Modus für die Aufnahmen einstellen.
  • Manueller Modus “M” auswählen, Blende, Belichtungszeit und ISO-Wert geben wir manuell vor  (die Modi AUTO, A, S und P versuchen stets, über das gesamte Bild einen Grauwert von 18% zu erzwingen, sie können bei der Astrofotografie nicht genutzt werden).

Das Nachfolgende soll bitte vor allem dem besseren Verständnis für das Berechnen der optimalen Belichtungszeit bei Astroaufnahmen dienen. Apps und Online-Rechner können uns die erforderliche Rechenarbeit aber abnehmen, dazu gebe ich am Ende dieses Beitrags noch Hinweise.

Berechnen der Belichtungszeit

Bei Spiegelreflex-Kameras ist die Belichtungszeit, die gerade noch erlaubt ist, um zu vermeiden, dass aus punktförmigen Sternen wegen der Erdrotation Striche werden, mit der sog. “500er Formel” leicht zu errechnen. Wir benötigen hierzu nur die Brennweite unseres Objektivs, bei APS-C-Sensoren zusätzlich noch den Cropfaktor (meist etwa 1,5):

Belichtungszeit bei Spiegelreflex-Kameras mit Vollformat-Sensor:  

Anzuwendende Formel: 

500 : Brennweite = Belichtungszeit 

Wir verwenden z.B. ein Weitwinkelobjektiv mit Brennweite 14 mm, dann rechnen wir also

500 : 14 = 35,7 

Wir können mit dem 14 mm-Objektiv an einer Vollformat-Spiegelreflex-Kamera also mit rund 36 Sekunden belichten, bevor die Sterne zu sichtbaren Strichen werden. Diese Belichtungszeit stellen wir an unserer Kamere fix ein.

Belichtungszeit bei Spiegelreflex-APS-C-Kameras:  

Um den Crop-Faktor des APS-C-Sensors bei der Aufnahme zu berücksichtigen (er ist kleiner als Vollformat, Sterne wandern über die kleinere Fläche deshalb schneller), muss die vorgenannte Formel entsprechend angepasst werden.

Anzuwendende Formel bei APS-C-Sensoren:

500 : (Brennweite x 1,5) = Belichtungszeit

Wir verwenden wieder ein Weitwinkel-Objektiv mit Brennweite 14 mm, dann rechnen wir also

500 : (14 x 1,5) = 500 : 21 = 23,8 (=Belichtungszeit)

Mit einem APS-C-Sensor, mit Crop-Faktor 1,5,  können wir mit dem 14 mm-Objektiv also nur mit 24 Sekunden belichten, bevor die Sterne zu sichtbaren Strichen werden. Diese Belichtungszeit stellen wir an unserer Kamere fix ein. Hier zeigt sich der Nachteil eines APS-C-Sensors ggü. dem Vollformat: um dieselbe Belichtung zu erhalten, müssten wir hier mit höherer ISO Zahl arbeiten, was aber das Bildrauschen erhöhen kann.

Um das zu kompensieren und zu einer längeren Belichtungszeit zu kommen, könnten wir auch ein Weitwinkelobjektiv mit kürzerer Brennweite nutzen. Gerade für APS-C-Kameras bietet der Markt preiswerte Objektive mit 10 mm Brennweite oder noch kürzer an. Rechnen wir beispielhaft die Belichtungszeit für ein 10 mm Objektiv aus:

500 : (10 x 1,5) = 500 : 15 = 33,3 (=Belichtungszeit)

Mit der durch die kürzere Brennweite gewonnenen, zusätzlichen Belichtungszeit ersparen wir uns beimAPS-C-Sensor, mit höherer ISO-Zahl arbeiten zu müssen.

Einstellungen bei spiegelloser Kamera mit Vollformat- oder APS/C-Sensor

Grundeinstellung

  • RAW-Modus für die Aufnahmen einstellen.
  • Manueller Modus “M” auswählen, Blende, Belichtungszeit und ISO-Wert geben wir manuell vor  (die Modi AUTO, A, S und P versuchen stets, über das gesamte Bild einen Grauwert von 18% zu erzwingen, sie können bei der Astrofotografie nicht genutzt werden).

Anders als bei Spiegelreflex-Kameras funktioniert die simple 500er Regel bauartbedingt nicht bei den Spiegellosen (bei diesen liegt der Sensor näher am Objektiv, weil kein Raum für den Klappspiegel benötigt wird. Durch diese Bauartänderung wird der Auftstrahlwinkel auf den Sensor weiter, weshalb die Sternenpunkte schneller über die Sensorfläche wandern, als bei der Spiegelreflex-Technik).

Bei den Spiegellosen wird statt der 500er- die sog. NPF-Regel (N = Zeichen für Blende in der Optik, P = Pixeldichte bzw. Pixelabstand, F = focal lenght = Brennweite) angewendet. Dazu müssen die Breite des Sensors und die Anzahl seiner Pixel in der Horizontalen festgestellt werden. Die NPF-Formel kann sowohl auf Vollformat als auch für APS-C-Sensoren angewendet werden (der Crop-Faktor ist hier ohne Bedeutung, er ist in der Sensorbreite und Pixeldichte schon enthalten) und sie funktioniert auch bei den Four-Thirds-Sensoren.

Benötigt werden also die Breite des Sensors (z.B. Vollformat 36 mm), die horizontale Pixelanzahl (z.B. 6048px), die Brennweite des Objektivs (z.B. 14mm). Zum Berechnen der längst möglichen Belichtungszeit, bevor Sterne zu Strichen werden, sind zwei Rechenschritte erforderlich.

Berechnen der Belichtungszeit nach der NPF-Formel

1. Schritt: Pixeldichte des Sensors

Als erstes müssen wir die Pixeldichte unseres Sensors errechnen. Die Formel dafür lautet:

Sensorbreite : Horizontale Pixelanzahl x 1000 = Pixeldichte

Setzen wir nun unsere oben bereits erwähnten Werte in die Formel ein:

36 : 6048 x 1000 = 5,95 (=Pixeldichte)

2. Schritt: Belichtungszeit

Zum Berechnen der maximal möglichen Belichtungszeit benötigen wir eine weitere Formel, in welche auch die errechnete Pixeldichte einfließt. Die Formel lautet:

(35 x Blende + 30 x Pixeldichte) : Brennweite = Belichtungszeit

Wir setzen wieder unsere o.g. Werte und die errechnete Pixeldichte in die Formel ein:

(35 x 2,8 + 30 x 5,95) : 14 = 19,75 (=Belichtungszeit)

Wir können mit dem 14 mm-Objektiv und einer spiegellosen Vollformat-Kamera also nur mit rund 20 Sekunden belichten, bevor die Sterne zu sichtbaren Strichen werden. Diese Belichtungszeit stellen wir an unserer Kamere fix ein. Spiegellose haben damit ggü. Spiegelreflex-Kameras grundsätzlich zunächst einmal einen spürbaren Nachteil. Aber! Die Sensoren in modernen, spiegellosen Kameras haben in der Regel ein wesentlich geringeres Rauschverhalten, wenn sie etwa mit Dual-Base-ISO-Sensoren ausgestattet  sind (z.B. die neuen Nikon Z- und Sony-Kameras). Das heißt, wir können durch Anheben der ISO-Zahl – trotz kürzerer Belichtungszeit – sogar zu einem besseren Ergebnis, mit geringerem Rauschen als mit Spiegelreflex-Kameras kommen.

Apps und Online-Rechner nehmen uns die Rechenarbeit ab

Der vorherige Ausflug in die mathematische Praxis zur Berechnung der Belichtungszeit bei Astroaufnahmen ist sicher zunächst etwas verwirrend und ohne nachzusehen, kann man sich den Formelsalat kaum auswendig merken. Zum Glück gibt es Hilfen: Die bereits erwähnte App PhotoPills kann auf Smartphones und Tablets genutzt werden. Außerdem gibt es im Internet auch Online-Rechner für die Berechnung der Belichtungszeit, z.B. diesen, von FocusToInfinity.de.

Notabene

Nur am Rande bemerkt: Die o.g. Berechnung der längst möglichen Belichtungszeit sorgt dafür, dass die Sterne im Foto beim Betrachten des ganzen Bildes punktförmig erscheinen. Bei starker Vergrößerung wird man aber sehen, dass doch eine leichte Strichbildung nicht vermieden werden kann, das ist nun einmal bei einer sich drehenden Erde – ohne Kameranachführung – so.

Je weiter die Sterne im Norden, also näher am Polarstern stehen, umso kürzer ist die Strichbildung. Beim Polarstern gibt es dann keine Strichbildung mehr, der liegt ja auf der verlängerten Linie der Erdachse. Je näher die Sterne aber am Horizont – und erst recht am Äquator – liegen, umso länger werden die Strichspuren. Doch der Effekt kann in unseren Breiten vernachlässigt werden.


Wichtiger Hinweis zu dieser Produktinformation:

Ich betreibe keine bezahlte Werbung! Wenn ich – sehr selten – auf meiner Site auf Produkte hinweise, so erfolgt dies ausschließlich aufgrund meiner eigenen Erfahrung, mit selbstverständlich aus eigenen Mitteln erworbenen Produkten und weil ich die Bekanntgabe nützlich für andere Fotografen halte. Soll heißen: Ich unterhalte keine Werbeverträge mit irgendwelchen Herstellern, beziehe für meine Empfehlung folglich auch keine materielle oder monetäre Gegenleistung.


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