Quantensprünge in der Available-Light-Fotografie: Astrofotografie mit modernen Kamerasensoren

© Canon, M31 Andromeda galaxy
© Canon, M31 Andromeda galaxy
Die Fotografie des Nachthimmels ist immer eine Grenzerfahrung: In wenigen Einsatzbereichen holen Fotografen das gerade noch Machbare aus Optik und Aufnahmesensoren so wie in der Astronomie heraus. Dabei hatten Sternfreunde nie zuvor derart leistungsfähiges Equipment in der Hand: Objektive sind bis zur Perfektion gerechnet und gefertigt und die Sensoren haben eine Lichtempfindlichkeit erreicht, die noch vor wenigen Jahren nach Science-Fiction klang. Und gleich zwei Hersteller führen Spiegelreflexkameras im Programm, die schon ab Werk für die Astrofotografie optimiert sind.

Die Astrofotografie umfasst mehrere Teilbereiche. Für einige gelten dabei ganz irdische Maßstäbe. Die Fotografie der hellen Mondoberfläche oder der Sonnenscheibe (durch spezielle Sonnenfilter) folgt zumindest hinsichtlich des technischen Anspruchs der Kameratechnik der üblichen Tageslicht-Fotografie: mit normalen Empfindlichkeitswerten und kurzen Belichtungszeiten. Die Astrofotografie im engeren Sinn ist das Fotografieren der Objekte am dunklen Nachthimmel – Available-Light-Fotografie an der Grenze des Machbaren. Diese Grenze hat sich in den vergangenen Jahren dank immer leistungsfähiger Kameras und Optiken weit verschoben.

Rückblende: Schon in Zeiten der analogen Fotografie auf Film strebten Astrofotografen danach, möglichst viele Photonen einzufangen und sichtbar zu machen: Der Film wurde physikalisch-chemisch aufwendig behandelt, teilweise in der Kamera auf Minusgrade herabgekühlt und stundenlang dem Sternenlicht ausgesetzt. Die ersten elektronischen Aufnahmesensoren in teuren Spezialkameras läuteten eine Revolution der Astrofotografie ein – noch bevor die Digitalfotografie insgesamt ihren Siegeszug antrat. Diese Sensoren waren winzig und mussten ebenfalls stark gekühlt in Spezialgehäusen verwendet werden, die nur durch einen daran angeschlossenen Computer bedient werden konnten. Aber die Digitalfotografie brachte einige handfeste Vorteile: Sie erlaubte eine sofortige Kontrolle des Ergebnisses und verkürzte durch effektiv deutlich höhere Empfindlichkeit die Belichtungszeiten einzelner Aufnahmen dramatisch.

© Canon, M42 Orion nebula
© Canon, M42 Orion nebula
Als die ersten handelsüblichen digitalen Fotokameras auf den Markt kamen, war die Brücke geschlagen zwischen der revolutionären Technik der Bilderfassung und der bewährt einfachen Bedienung. Astrofotografen experimentierten schon zur Jahrtausendwende mit den ersten digitalen Spiegelreflexkameras (DSLRs). Diese waren eingeschränkt brauchbar. Bei längeren Belichtungszeiten machten sich starkes Rauschen und sogenanntes Verstärkerglühen bemerkbar. Bastler steckten diese Kameras in Kühlboxen, und auch mit allerlei Software-Tricks kamen akzeptable Fotos von Galaxien und Gasnebeln zustande. Schon die nächsten Generationen von DSLRs zeigten aber ein günstigeres Rauschverhalten auch bei hohen Empfindlichkeitseinstellungen und weniger störendes Verstärkerglühen, so dass die handelsüblichen Kameras ernsthafte Alternativen zu speziellen Astrokameras wurden. Die Fotoapparate von der Stange hatten zum unschlagbaren Preis große Sensoren, waren einfach in der Handhabung, auch für Tageslichtfotografie einsetzbar und boten Anschluss an das komplette Systemzubehör.

Ein Manko blieb allerdings, welches die Fotografie bestimmter Himmelsobjekte stark einschränkte. Ein Sperrfilter blockt in den Kameras tiefrote Wellenlängenbereiche und Infrarotlicht. Das soll die Bildqualität verbessern, geht aber zulasten der Abbildung von Gasnebeln, die im Licht der so genannten H-alpha-Spektrallinie des angeregten Wasserstoffs leuchten. Diese faszinierenden Objekte sind im Universum weit verbreitet, sehr ästhetisch und ein Hinweis auf besonders aktive Regionen im All. Vereinfacht gesagt, sind sie da zu finden, wo etwas los ist. Ausgerechnet diese Strukturen werden von IR-Sperrfiltern unterdrückt. Astrofotografen haben an Spiegelreflexkameras daher sehr schnell dieses Sperrfilter entfernen oder durch besser geeignete ersetzen lassen – freilich mit der Inkaufnahme des Verlusts von Gewährleistungsansprüchen und mit Einschränkungen bei der Tageslichtfotografie. Mit den umgebauten DSLRs gelangen aber fantastische Aufnahmen, deren Qualität sich mit jeder neuen, besseren Kamerageneration steigerte.

Canon setzte den vielen getunten Astrokameras ein Hausmodell entgegen: die EOS 20Da – das war ein Sondermodell der 2004 auf den Markt gebrachten EOS 20D. Die Crop-Kamera hatte 8,2 Millionen Pixel und ein schon brauchbares Rauschverhalten. Canon ersetzte unter anderem das IR-Filter durch ein besser geeignetes Tiefpassfilter und führte eine elektronische Fokussierhilfe ein: ein vergrößerbares Livebild auf dem Display, damals noch keine Selbstverständlichkeit. Das kleine angehängte “a” wurde fortan zum Hinweis auf Astrokameras, auch wenn diese in der eigenen Bastelwerkstatt entstanden.

© Canon, Rose nebula Unterschied zwischen EOS 60D und EOS 60Da
© Canon, Rose nebula
Unterschied zwischen EOS 60D (links) und EOS 60Da (rechts)
Canon legte 2012 die EOS 60Da als Sondermodell der EOS 60D auf. In der Zwischenzeit hatte es Quantensprünge in der Kameraentwicklung gegeben. Die Pixelzahl stieg – ebenfalls im APS-C-Format – auf 17,9 Millionen an. Was aber noch wichtiger für Astrofotografie ist: Die Sensorempfindlichkeit wuchs im Regelbereich von ISO 1.600 auf ISO 6.400 und im erweiterbaren Bereich von ISO 3.200 auf ISO 12.800. Digitalkameras wurden zwischenzeitlich wesentlich rauschärmer auch bei langen Belichtungszeiten und hohen ISO-Einstellungen als noch im ersten Jahrzehnt des neuen Jahrtausends. Das sorgt für bessere Bildergebnisse und – auch nicht zu unterschätzen – viel kürzere Belichtungszeiten beziehungsweise weniger Einzelaufnahmen, die angefertigt werden müssen. Gerade im wetterlaunischen Mitteleuropa wollen klare und mondlose Nächte optimal genutzt werden.

Nikon stellte mehr als zehn Jahre nach Canon im Februar 2015 seine erste DSLR für Astrofotografie vor. Der Hersteller entschied sich dabei, keine Crop-Kamera, sondern die D810 mit Vollformatsensor als D810a für die Nachtfotografie zu optimieren. Der modifizierte Infrarot-Sperrfilter hat laut Nikon in Bereich der H-alpha-Spektrallinie eine viermal höhere Empfindlichkeit als das Basismodell. Die generelle Empfindlichkeit des 36-Megapixel-Sensors liegt ohnehin schon bei bis zu ISO 12.800 im Standardbereich und ist erweiterbar auf bis zu ISO 51.200. Als komfortable Extrafunktionen haben die Entwickler der D810a einen Langzeit-Timer bis 900 Sekunden spendiert sowie einen rot leuchtenden virtuellen Horizont zur Ausrichtung am Himmel und eine Belichtungssimulation im Live-View-Modus.

© Canon, M45 Pleiades
© Canon, M45 Pleiades
Auch, wenn damit derzeit zwei große Hersteller Werks-Astrokameras im Sortiment haben, experimentiert die Astrogemeinde weiter mit Modifikationen verschiedener Kameramodelle. Das hat bisweilen Kostengründe – der Umbau einer gebrauchten Kamera für den sehr speziellen Einsatz ist für viele eine preisliche Alternative. Teilweise suchen Astrofotografen auch Kameras, deren Pixel- oder Sensorgröße perfekt mit ihrer Optik harmonieren. Es besteht nämlich ein Zusammenhang zwischen geeigneter Pixelgröße des Aufnahmesensors und Brennweite des Teleskops. Vereinfacht gesagt: Verhältnismäßig zu große Pixel sorgen für wenig ästhetische Bilder, weil runde Sterne auf wenigen Pixeln eckig erscheinen; verhältnismäßig zu kleine Pixel ergeben schöne Aufnahmen, aber zum Preis längerer Belichtungszeiten, weil sich das Licht eines einzelnen Sterns über viele Pixel verteilt. Mit der Pixelgröße ändert sich zudem tendenziell der Dynamikumfang.

Der Sensorzuschnitt ist Gegenstand vieler Diskussionen innerhalb der Astrofotografen-Gemeinde, und prinzipiell müssten sogar die atmosphärischen Bedingungen eines Standorts in die Abwägung einbezogen werden. Hilfreich ist für Teleskopbesitzer in jedem Fall eine Beratung durch den Teleskop-Fachhandel. Doch sollte man sich gerade beim ersten Gedanken an astrofotografische Versuche nicht von Überlegungen verrückt machen lassen, die der Perfektionierung auf hohem Niveau dienen sollen. Tatsache ist, dass die Möglichkeiten der Astrofotografie mit aktuellen DSLRs aller Hersteller Lichtjahre von dem entfernt sind, was zur Zeit der ersten Kamera-Generationen möglich war. Das gilt inzwischen auch für die Gattung der kompakten Systemkameras. Die extreme Lichtempfindlichkeit der Sony Alpha 7s beispielsweise mit ihrem erweiterten ISO-Bereich bis über 400.000 hat das lange Undenkbare denkbar gemacht: Astrofotografie aus der Hand. Natürlich nicht, um auf diese Weise hochwertige Bilder zu schießen, sondern als Sinnbild dafür, was technisch möglich ist.

Das Sony-Modell sorgt derzeit für einiges Aufsehen in der Astro-Gemeinde. Schließlich deutet sie eine mögliche Entwicklung an: weg von Spiegelreflexkameras hin zu leichteren, kompakten Gehäusen um einen leistungsfähigen Sensor herum. Und sie lässt erahnen, welche Möglichkeiten sich in der Astrofotografie in den kommenden Jahren noch auftun. Insbesondere auch in Verbindung mit aktuellen Fotoobjektiven sämtlicher Brennweitenbereiche. Inzwischen gilt der alte Grundsatz, dass man Zoomobjektive meiden und grundsätzlich auf Festbrennweiten setzen sollte, so pauschal nicht mehr. Sterne sind nach wie vor knallharte Testobjekte für Optiken, und dabei zeigen perfekt gerechnete und mit hochwertigen Gläsern konstruierte Zoomobjektive, dass sie am Nachthimmel mithalten können. Sogar manches bisweilen belächelte Kit-Objektiv in Leichtbauweise hat schon mit nadelfeiner Sternabbildung überrascht. Probieren geht hier vielfach über studieren. Die Fotografie des Nachthimmels bleibt eine Grenzerfahrung. Mit Grenzen, die sich immer weiter verschieben.

Fotografieren in der Praxis 05 / 2015

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