Torsten Frank Astrofotografie mit einfachen Mitteln

Als Bildmaterial wurde der Fuji Sensia 100 verwand, gepusht auf ISO 200. Letzeres heisst nichts anderes, als dass man den Film wie einen höherempfindlichen Film belichtet und dies bei der Entwicklung berücksichtigen lässt. Dieses Foto wurde 10 Minuten belichtet. Wie man sieht, sind die Sterne und der Komet dennoch punktscharf abgebildet.

Dies kann nur mit einer Nachführung erreicht werden, denn sonst würde man das darunter stehende Bild als Resultat erhalten.

Wie man sich eine einfache, handbetriebene Nachführeinrichtung leicht selber bauen kann, ist weiter unten auf dieser Seite erläutert.

Wie rechts abgebildet sieht es aus, wenn man eine Dauerbelichtung von mehreren Minuten von einem festen Stativ aus macht, ohne nachzuführen. Was auch reizvoll sein kann. Hier aufgenommen am 31.03.1997 mit 50 mm Festbrennweite, f/2.8, 12 Min. belichtet.

Eine eher klassische Form der "Star-Trail-Fotografie" kann man in der Foto-Galerie sehen. Dafür sucht man sich einen Horizont, der als Silhouette etwas her macht, fokusiert auf Unendlich und lässt den Verschluss der Kamera mehrere Minuten bis Stunden lang offen. Zu achten ist dabei auf ein sehr solides Stativ, möglichst wenig Wind (sollte das Stativ doch nicht so stabil sein) und der Hintergrundhelligkeit des Himmels. So kann man in bei nächtlich erhelltem Himmel in Stadtnähe nicht so lange Belichtungszeiten realisieren wie im ländlichen Raum.

Bei der Astrofotografie sollte man sich nicht mit dem Ergebnis zufrieden geben, das der entwickelte Film zeigt. Die Nacharbeit mit einem Bildbearbeitungsprogramm ist hier eigentlich Pflicht. In der Regel sind alle meine Aufnahmen direkte Scans vom Diapositiv, entweder per Kodak Photo CD oder mit Diascanner gescannt.

Hier folgend als Beispiel der Nachbearbeitung mal der ursprüngliche Scan eines 08/15 Papierabzuges aus dem Großlabor (1), dann dasselbe Bild im einem Bildbearbeitungsprogramm geschärft und mit ausgeglichenem Tonwertumfang versehen (2) und als nächstes denselben Scan mit Kontrastmaske doppelt übereinandergelegt (3). Das letzte Bild wurde erhalten, indem der bearbeitete Scan mit dem blauen Kanal (der den Plasmaschweif am deutlichsten zeigt) nochmals aufgehellt wurde.

Aufgenommen am 01.04.1997 um 21:40 Uhr(ut) mit einem 70-200 mm Zoom, Brennweite 200 mm, f/2.8 auf Fuji Super G+800, 8 Min. nachgeführt mit handbetriebenem Barn-Door-Tracker

Eine selbstgebaute Barndoor

Möchte man längerbelichtete Fotos des Sternenhimmels aufnehmen, benötigt man eine Nachführung für die Kamera, da sonst aufgrund der Erdrotation die Sterne als mehr oder weniger langgezogene Strichspuren aufgezeichnet werden.

Als preisgünstigste Möglichkeit bietet es sich wohl an, als Nachführung eine sogenannte Barndoor, auch Scotch Mount genannt, selbst zu bauen.

Glücklicherweise ist die Netzgemeinde immer recht rege, und so tauchten auch in Erwartung des Kometen Hale-Bopp zahlreiche Selbstbauanleitungen im Internet auf.

Am einfachsten nachzuvollziehen war davon die ausführliche Anleitung von Brian Rachford zum Bau einer handbetriebenen Barndoor im Single-Arm-Design, mit gleichschenkliger Nachführung. Ich möchte hier meinen leicht abgewandelten Nachbau präsentieren und dabei gleich auch noch die entsprechenden Masse in SI-Einheiten angeben. Am Ende der Präsentation sind auch noch einige Hinweise zur Benutzung (Ausrichtung auf den Himmelsnordpol) gegeben. (Anmerkung: Nachdem Brians Seite längere Zeit verschollen schien, ist sie etwas ergänzt wieder online, so dass sein Barndoor-Projekt hier gesehen werden kann.)

Nach folgender Bauanleitung sollte jeder eine selbstgebaute Nachführung für ein paar Mark hinbekommen.

Das erste Foto zeigt die Barndoor als Ganzes - im Grunde zwei Bretter Sperrholz (9 x 26 cm) verbunden mit einem Stück Klavierband (die Achse des Scharniers zeigt bei Benutzung auf den Himmelsnordpol). Das untere Brett wird auf ein Stativ mit Kugelkopf oder 3D-Neiger geschraubt und auf dem oberen Brett wird - zweckmäßigerweise mit einem Kugelkopf - die Kamera montiert. Für die definierte Auseinanderbewegung der Bretter sorgt schließlich der Gewindestab im Abstand L von der Achse des Scharniers (Foto 2). Das ist der ganze Trick.

Der genaue Abstand L ermittelt sich aus der Formel:

L = 228,56 / Steigung pro mm des verwendeten Gewindestabes

Die von mir verwendete M6-Gewindestange (Länge etwa 14 cm) hat eine Steigung von 1 mm, also ist L = 22,9 cm.

Dabei ist der Gewindestab im unteren Brett drehbar gelagert, so daß der Abstand L sowohl im unteren, als auch im oberen Brett, unabhängig von Winkel der Bretter zueinander immer gleichbleibend ist.

Im Gegensatz zu Brian hatte ich zwei kleine Aluwinkel zu Verfügung, die im Grundbrett verschraubt wurden. Ein passender Stahlring wurde auf eine Achse gesteckt und durch diese Kombo ein M6-Gewinde geschnitten. Diese Kombo wird durch die zwei kleinen Winkel mit ihrem Drehpunkt im Abstand L im Grundbrett montiert. Dies ist die untere Führung des Gewindestabs. Die obere Führung ist einfach ein kleines Loch im oberen Brett, ebenfalls im Abstand L von der Scharnierachse. Dieses Loch fixiert den Kopf der Gewindestange, der dafür zweckmäßigerweise eine Hutmutter aufgeschraubt bekommt.

Am unteren Ende der Gewindestange wird ein Handrad befestigt (Für motorische Steuerungen siehe die weiterführenden Links - ich bin allerdings der Meinung, das dieser Aufwand nicht lohnt, da sollte man lieber in eine richtige Teleskopnachführung investieren). Da aufgrund des Nachführprinzips die Gewindestange genau eine Umdrehung pro Minute ausführen muss, bekommt das Handrad eine Skala, die über den Umfang des Rades genau 60 Sekunden anzeigt. Hier haben sich Striche in zwei Sekunden Abstand bewährt. Man sollte bei einer Aufnahme mit einem 135mm Objektiv das Handrad alle zwei Sekunden drehen, bei einer Aufnahme mit einem 50mm Objektiv alle 4 Sekunden und bei Weitwinkelaufnahmen braucht man lediglich alle 6 Sekunden nachführen.

Für die Befestigung auf dem Stativ und die Montage eines Kugelkopfes benötigt man die üblichen 1/4"-Schrauben. Foto-Brenner bietet für Bastelzwecke Sortimentstütchen 1/4" und 3/8" Schrauben und Muttern an.

Da ich meinen normalen Full-Size Kugelkopf auf der Barndoor verwende, habe ich auf zusätzliche Distanz-Klötzchen verzichtet. Die Befestigung ist einfach eine durch eine Bohrung im oberen Brett gesteckte 1/4"-Schraube, die mit entsprechender Mutter gekontert wird. Damit diese Kontermutter nicht "aufträgt", ist sie in einer kleinen Aluplatte versenkt.

Für die Montierung der Barndoor auf einem Stativ muß eine 1/4"-Mutter auf dem Grundbrett befestigt werden. Wie die Kontermutter für das obere Brett ist auch diese mit einer kleinen Aluplatte montiert (Foto 3). Ein entsprechendes Loch wird dazu in diese Platte gebohrt und dann die Sechskantform der Mutter mit einer Feile herausgearbeitet. Die Mutter wird dann dort eingeschlagen (hält bombenfest). Zusätzlich sind noch mit wenigen Hammerschlägen einige "Nasen" des Alu über den Mutterrand getrieben worden. Die Aluplatte wird dann mit Holzschrauben an das Grundbrett geschraubt.

So, fertig - so sollte der Eigenbau und der erste erfolgreiche Einsatz nicht schwerfallen. Eigentlich müsste ich eigentlich noch ein paar Fotos der Nachführung komplett eingerichtet auf einem Stativ und mit aufgesetzer Kamera zeigen, hier sollten aber zunächst die am Ende aufgeführten Links ausreichen, um eine Vorstellung davon zu bekommen. Die wichtigste Vorbedingung für den Einsatz soll aber im folgenden beschrieben werden.

die Ausrichtung auf den Himmelsnordpol

Wie weiter oben bereits kurz erwähnt wurde, muss die Achse des Scharniers bei Benutzung auf den Himmelsnordpol zeigen, vereinfacht gesagt, also auf den Polarstern - zumindest nahezu. Denn der nördliche Himmelspol liegt nicht genau auf Polaris, sondern etwa 0,8° (48 Bogenminuten) daneben. Nach einer Daumenregel kann man für jede 10 Bogenminuten Fehlausrichtung etwa 2,5 Bogensekunden Abweichung pro Belichtungsminute erwarten. Daher sollte man ein Ausrichtung um die 15 Bogenminuten Abweichung herum anstreben, was mit folgender Methode im Bereich des möglichen ist. Damit sind Belichtungen von 20-25 Minuten mit einem 50mm-Objektiv und von etwa 10 Minuten mit einem 135mm -Objektiv machbar, bevor die Nachführabweichungen im Foto offensichtlich werden.

Wie wird nun ausgerichtet? Man beachte die Anschlagleiste für das Peilfernrohr auf Foto 1. Diese Anschlagleiste muss absolut parallel zur Scharnierachse auf dem oberen Brett befestigt werden. An dieser Anschlagleiste wird dann das Zielfernrohr angelegt. In Ermangelung eines passenden Exemplars hatte ich mir bei meinen Komentenaufnahmen mit einem einfachen Taschendoppelfernrohr beholfen, wie man es öfters als Werbegeschenk erhalten kann. Wie man an meinen Resultaten sehen kann, funktioniert sogar diese Vorgehensweise ganz gut.

Zunächst sucht man den Polarstern. Diesen findet man bekanntlich als astronomischer Laie (als den ich mich hier mal bezeichnen will) am einfachsten, wenn man die Gerade durch die beiden hinteren Kastensterne des Großen Wagens fünfmal verlängert und so auf den Polarstern trifft, der das Ende der Wagendeichsel des Kleinen Wagens beschreibt.

Der nördliche Himmelspol liegt zwischen Lamda Ursae Minoris und Polaris. Die Mitte der imaginären Verbindungslinie zwischen diesen beiden Sternen liegt nur 20 Bogenminuten vom Himmelsnordpol entfernt. Man richtet also das Fadenkreuz des Peilfernrohres auf einen Punkt oberhalb dieser Linie aus, etwa 1/4 der Distanz des Abstandes zwischen Polaris und Lambda Ursae Minoris. Dazu sollte das Zielfernrohr auch nicht zu stark vergrößern, so dass man alle relevanten Sterne im Bildfeld hat, um die relativen Abstände schätzen zu können.

Zu guter Letzt sollte nun also die Barndoor auf dem Stativ ausgerichtet vor uns stehen, und zwar wenn man in Richtung Norden schaut, mit der Scharnierachse an der westlichen, bzw. linken Seite. Die Kamera wird nun auf das interessierende Objekt ausgerichtet und es kann nach der exakten Fokussierung mit der Belichtung begonnen werden.

Barndoors gibt es in verschiedenen Ausführungen: Einarm und Doppelarm, tangential und gleichschenklig, handbetrieben oder motornachgeführt ...

Weitere Bauvorschläge und mehr Grundlagen als ich sie liefern kann, bieten dazu folgende Links

Brian Rachfords Anleitung zum Bau einer Single-Arm-Barndoor:
http://origins.colorado.edu/~rachford/widefield/barndoor.html

Peter Bavoets' Bauanleitung eines Trott Type 4:
http://www.albany.net/~zardoz/barndoor.html

Ray Grovers' Bauplan für einen schrittmotorgesteuerten Scotch Mount:
http://www.u-net.com/ph/mas/projects/scotch/scotch.htm

Stephen Tonkins Page mit Erklärungen zu den verschiedenen Prinzipien und Bauplan eines Doppel-Arm Scotch Mounts:
http://www.astunit.com/tonkinsastro/atm/projects/scotch.htm

Noch zwei hervorragende Links Betreffs des Einstiegs in die Astronomie:

Astronomie.de, eine sehr schöne und umfassende Einstiegsseite in die Astronomie mit einem umfangreichen redaktionellen Teil sowie Grundlagenartikeln und Vorstellung von Projekten zum Lernen und Nachmachen:
http://www.astronomie.de

Jerry Lodriguss' Catching the Light Astrophotography Site: Eine sehr gute Seite über Astrofotografie. Diese Seite ist herroragend designed und weist neben Fotos faszinierender Qualität auch fundierte Hintergrundinformationen betreffs des Einstiegs in die Astrofotografie auf. Im Gegensatz zu vielen anderen Seiten gibt es hier keinen Sprung zwischen einigen langweiligen Fotos, aufgenommen mit normalen Foto-Objektiven, und faszinierenden Deep-Sky-Aufnahmen, nur erzielbar mit wirklich teuren Teleskopen, so dass diese Seite überaus motivierend ist.
http://www.astropix.com/INDEX.HTM