Vom Acker zur Andromeda-Galaxie – Einstieg in die Astrofotografie

# Vom Acker zur 
# Andromeda-Galaxie

Einstieg in die Deep-Sky-Astrofotografie

André Küllenberg

Note:
Herzlich willkommen zu meinem Vortrag "Vom Acker zur Andromeda-Galaxie". Mein Name ist André Küllenberg, ich arbeite seit 2017 beim MPIfR in Effelsberg...

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# Arbeit am 100-m Teleskop …

Note:
...und darf dort Tag und Nacht, bei fast jedem Wetter, das große 100-m Radioteleskop über den Himmel schubsen.

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# … privat etwas kleiner

Note:
Meine Teleskope, die ich zuhause über den Himmel schubse sind etwas kleiner.

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## … und damit mache ich Fotos wie diese hier

Note:
… und damit mache ich Fotos wie diese hier!

Ich kann jetzt unmöglich in 20 Minuten erklären, wie Astrofotografie funktioniert.

Ich hoffe aber, dass die 20 Minuten ausreichen, um den einen oder anderen hier im Publikum zu motivieren, ebenfalls mal eine Kamera in die Hand zu nehmen und selbst Fotos vom Nachthimmel zu erstellen. Man macht mit den Fotos etwas sichtbar, was den meisten Menschen vollkommen vorenthalten bleibt.

Und selbst wenn auf dem Weg zum eigenen Astrofoto nicht immer alles so funktioniert, wie man sich das erhofft, dann hat man zumindest die Chance eine ganze Menge dabei zu lernen und man kann es beim nächsten Versuch besser machen. Mich persönlich treibt das immer sehr an.

Es gibt immer etwas, was man besser machen kann.

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<div class="box">
<h2>First Contact</h2>
<ul>
  <li>Start mit visueller Astronomie in 2010</li>
  <li>Astrofotos kannte ich nur Hubble & Co.</li>
  <span class="fragment">
    <img class="inline-shot" src="images/display.png" alt="Kameradisplay mit Deep-Sky Objekt">
  </span>
  <li class="fragment">Das will ich auch!</li>
</ul>
</div>

Note:
Vor etwa 16 Jahren habe ich mit visueller Astronomie angefangen. So ganz klassisch mit Dobson.
Wir trafen uns zu der Zeit regelmäßig außerhalb der Stadt auf so einem Feld und eines Abends baute jemand neben mir sein Teleskop auf und erzählte: "Ich war gestern in München und hab den Wolfi Ransburg den ganzen Kram hier für einen super Preis abgekauft...", schraubte seine Canon DSLR ans Teleskop und ein paar Minuten später sah man das rötlich leuchtende Bild eines Nebels auf dem Display der Kamera.

Das war für mich das erste Mal, dass ich gesehen habe, dass man so etwas auch selbst fotografieren kann

Mein erster Gedanke: Ja, mega, das will ich auch!

Dann zogen ein paar Jahre ins Land und als ich in die Eifel gezogen bin, stand auf einmal das hier bei mir vor der Haustür (anstelle von neuer Couch und neuem Fernseher).

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<div class="box">
  <h2>Meine falschen Annahmen</h2>
  <ul>
    <li>Ich brauche ein großes Teleskop</li>
    <li>Ich brauche perfekten Himmel</li>
    <li>Ich kann ja fotografieren – wie schwer kann das sein?</li>
  </ul>
</div>

Note:
Ich dachte damals:
- Ich brauche ein großes Teleskop, so wie ich es seinerzeit bei dem Kollegen auf dem Feld gesehen habe. 
- Ich brauche den perfekten Himmel. Die Eifel ist nicht perfekt, aber trotzdem um Welten besser als meine Heimatstadt.
- Und ich kann ja fotografieren - wie schwierig kann das schon sein.
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<div class="box">
  <h2>Warum das nicht funktionierte</h2>
  <ul>
    <li>Viel zu wenig Belichtungszeit</li>
    <li>Bildbearbeitung völlig unterschätzt</li>
    <li>und das wichtigste: meine Montierung war kaputt 🥊🦘</li>
  </ul>
</div>

Note:
Das funktionierte alles nicht so richtig gut.
Ich habe...
- ...planlos Objekte am Himmel fotografiert
- ...zu kurz belichtet
- ...Zeit mit nutzlosen Filtern vergeudet
- Was ich zu dem Zeitpunkt auch noch nicht wusste: die Montierung funktionierte nicht richtig.
Da kamen Bilder raus wie diese hier:

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<div class="box image-sequence">
  <figure class="fragment step">
    <img src="images/m8_m20_old.jpg" alt="M8/M20 – damals">
    <figcaption>Lagoon- und Trifid-Nebel</figcaption>
  </figure>
  <figure class="fragment step">
    <img src="images/m31_lowres.jpg" alt="M31 – heute">
    <figcaption>Heute: kleineres Teleskop, 29h belichtet, besserer Workflow, aber noch lange nicht perfekt.</figcaption>
  </figure>
  <figure class="step first">
    <img src="images/m31_pre_mod.jpg" alt="M31 – vor Mod">
    <figcaption>Andromeda-Galaxie – First Light</figcaption>
  </figure>
</div>

Note:
- **First light**: Kurz belichtet, vielleicht 30 Minuten, keine Farbe, dafür Gradienten.

- **Lagoon & Trifid**: Ich war mächtig stolz drauf. Schwieriges Objekt, da es bei bei uns sehr tief am Horizont steht. Die Bildbearbeitung mit Photoshop hat mich in den Wahnsinn getrieben. Und dann am Ende noch diese peinlichen Fake-Newton-Spikes. Trotzdem steht ein Print davon bei mir im Regal.

WICHTIG: kurze Pause auf kaputte Montierung überleiten

- Das größte Problem war aber: die Montierung war schlicht kaputt.
- Ich habe monatelang versucht herauszufinden, warum die so schlecht nachführte. Ich hatte da immer das Känguru im Kopf: "Häufig ist ja gar nichts kaputt, man ist nur zu blöd.".
- Dann habe ich sie doch irgendwann zur Reparatur geschickt und es stellte sich heraus: War doch nicht zu blöd, der Mist war einfach nur kaputt. 
- Auf eine neue Montierung musste ich sehr lange sparen, aber in der Zwischenzeit habe ich angefangen mit einem kleinen Teleskop auf einer Reisemontierung zu fotografieren und plötzlich hat das alles viel besser funktioniert.

JETZT KOMMT EIN BESSERES BILD VOM KLEINEN TELESKOP

- Viertes: Kleineres Teleskop, viel Geduld + Verständnis + vor allem 29h Belichtungszeit.

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# Das wichtigste Prinzip
> Wir sammeln Photonen. Sehr lange.
<div class="box">
  <ul>
    <li>Einzelbild: viel Rauschen</li>
    <li>Viele Bilder: 
      <ul>
        <li>Signal wächst <u>linear</u></li>
        <li>Rauschen wächst nur mit der <u>Quadratwurzel</u></li>
      </ul>
    </li>
  </ul>
</div>

Note:
- Ich hatte ja gerade erwähnt, dass ich meine ersten Bilder viel zu kurz belichtet habe.

- Warum müssen wir denn so lange Belichten?

- Wir sammeln hier quasi einzelne Photonen. Das hat mehr mit Mathematik zu tun als mit Fotografie. Die Photonen landen nämlich statistisch ungleichmäßig auf dem Sensor. Und dieses Photonenrauschen ist der Grund dafür, dass so kurz belichtete Bilder so "unsauber" aussehen.

- Das Rauschen der Kameraelektronik selbst wird nur signifikant, wenn wir zu kurze Einzelbilder machen, oder der Sensor zu warm wird.

- Wenn wir aber lange Belichten und viele Aufnahmen machen, lassen wir die Mathematik zu unserem Vorteil arbeiten: Das Signal addiert sich, das Rauschen wächst aber nur mit der Quadratwurzel der Anzahl der Bilder, d.h. vier Bilder ≈ doppelt so sauber wie eins.

- Im Folgenden habe ich mal verschiedene Mengen von Bildern aufsummiert, um das zu demonstrieren.

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## 16 Bilder

Note:
Sieht noch sehr pixelig aus.

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## 64 Bilder

Note:
Schon etwas besser.

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## 256 Bilder

Note:
Eigentlich schon richtig gut.

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## 512 Bilder

Note:
Hier sieht man den deutlichen Qualitätssprung zwischen 16, 64 und 256 Bilder, aber zu 512 ist der Unterschied gar nicht so massiv. Für eine Verdopplung des SNRs hätten es schon über 1000 Bilder sein müssen.

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# Warum nicht eine langbelichtete Aufnahme?

<div class="box">
  <ul>
    <li>Satelliten- und Flugzeugspuren</li>
    <li>Helligkeit des Himmelshintergrunds</li>
    <li>Praktische Grenzen der Nachführung</li>
  </ul>
</div>

Note:
Warum machen wir viele einzelne Aufnahmen, statt eine lange Aufnahme? Das hat mehrere Gründe:

- **Satelliten- und Flugzeugspuren** wie sie hier im Bild zu sehen sind können wir mit statistischen Methoden nur aus den Bildern herausrechnen, wenn wir genug Einzelbilder machen.

- Der **Himmelshintergrund** hellt das Bild auf. Belichten wir zu lange, ist die Aufnahme, selbst in der dunklen Nacht, einfach irgendwann komplett weiß und überbelichtet.

- Die **Sterne stehen nicht still** am Himmel. Wir müssen das Teleskop nachführen. Dabei gibt es praktische Grenzen, wie lange das funktioniert.

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## Warum brauchen wir eine Teleskopmontierung? 
> Weil sich die Erde dreht...
<div class="box">
  <ul>
    <li>Ausrichtung auf den Himmelspol</li>
    <li>Kompensation der Erdrotation</li>
    <li>Anfahren der Objekte am Himmel</li>
  </ul>
</div>

Note:
- Weil sich die Erde dreht, gehen die Sterne, genau wie die Sonne, im Osten auf und im Westen unter.

- Würden wir das Teleskop nicht nachführen, entstünden Strichspuren auf den Fotos.

- Die Montierung wird so exakt wie möglich auf den Himmelspol (bei uns in der Nähe von Polaris) ausgerichtet und führt eine Gegenbewegung zur Erdrotation aus.

- Je nach Bauart der Montierung kann diese nicht nur die Erdrotation ausgleichen, sondern auch noch gezielt die Objekte am Himmel anfahren, die wir fotografieren möchten.

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# Und wie mache ich das nun?

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# Und wie mache ich das nun?

> Mit kleinen Teleskopen oder Smart-Teleskopen

<div class="box fragment">
  <ul>
    <li>Schnell auf- und abgebaut</li>
    <li>Vielseitige Brennweiten</li>
    <li>Machen weniger Probleme</li>
  </ul>
</div>

Note:
Klein Anfangen. **Nicht so wie ich**, direkt ein großes Teleskop mit schwerer Montierung kaufen. Oft hat man ja schon eine Kamera und dann kann mit ein **wenig zusätzlicher Ausrüstung** auch gute Astrofotos machen.

Die Vorteile liegen einfach auf der Hand:

- Die Ausrüstung kann man, so wie hier zu sehen ist, problemlos in der Garage parken. Das ganze ist in ein paar Minuten auf- und auch wieder abgebaut.

- Brennweiten von kleinen Teleskopen oder Teleobjektiven im Bereich bis ca. 300mm sind extrem vielseitig.
  Viele Objekte am Himmel sind größer als man denkt!

- Selbst wenn die Montierung mal nicht so perfekt nachführt, fällt das nicht so sehr auf, wie bei einem großen Teleskop.

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## Großes Teleskop
> Macht schöne Bilder, ist aber extrem unhandlich

Note:
Klar, mit dem großen Teleskop kann man tolle Fotos machen,
aber den Aufwand es aufzubauen betreibe ich meistens nur, wenn ich absehen kann, dass es mal 2-3 Nächte am Stück klar bleibt. Ich hab das Teil letztes Jahr nur einmal benutzt.

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## Kleines Teleskop
> Macht auch schöne Bilder und ist schnell aufgebaut

Note:
Aber mit dem kleinen Refraktor auf einer Reisemontierung habe ich u.A. alle diese Objekte hier fotografiert, und die sind doch auch ganz hübsch.

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## SoFi 2024 in Texas

Note:
Und das beste: Das passt alles in einen Rucksack (mal vom Stativ abgesehen) und ich konnte das Teleskop 2024 sogar mit nach Texas zur SoFi nehmen.

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# Braucht man das?
> Nö. Nicht sofort.
<div class="box">
  <ul>
    <li>Gekühlte Astro-Kamera</li>
    <li>Autoguiding</li>
    <li>Astro-Computer</li>
    <li>Mono & Schmallbandfilter</li>
    <li>Motorfokus</li>
  </ul>
</div>

Note:
Wenn man sich über die Astrofotografie informiert, sieht man oft Ausrüstung für viele tausend Euro.
Da liest man von Dingen wie
- Astrokameras
- Autoguiding
- Filterrädern und Schmallbandfiltern
- Astrocomputern und Fokusmotoren

Vieles davon braucht man für den Einstieg überhaupt nicht!

- Selbst meine 10 Jahre alte Canon 6Da, mit der ich immer noch fotografiere, hat noch einen super Sensor.

- Gekühlte Mono-Kameras mit Schmallbandfiltern sind sicher das non plus ultra, dass ich mir auch wünsche, aber ein einziger Filter kostet mehr als ich für die Kamera auf dem Gebrauchtmarkt bezahlt habe.

- Die aktive Nachführung der Teleskopmontierung (Autoguiding) kann zwar den Vorteil, dass man längere Einzelbelichtungen machen kann, aber bei guter Polausrichtung und kurzer Brennweite kann man auch locker 30-60s ohne Guiding belichten.

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# Der klassische Einstieg
> Mit Star-Tracker und DSLR/DLSM
<div class="two-box fragment">
  <div class="box">
    <ul>
      <li>DSLR oder spiegellose Kamera</li>
      <li>Weitwinkel für Milchstraßenfotos</li>
      <li>Tele bis ca. 200–300mm</li>
    </ul>
  </div>
  <div class="box">
    <ul>
      <li>Stabiles! Stativ</li>
      <li>Sky-Tracker oder kleine Reisemontierung</li>
    </ul>
  </div>
</div>

Note:
- Wer schon eine DSLR oder DSLM hat, kann eigentlich mit jedem halbwegs lichtstarkem Objektiv direkt loslegen.

- Man braucht ein stabiles Stativ, Sky-Tracker oder eine Reisemontierung. Mit dem hier gezeigten Tracker kann man problemlos noch eine schwere DSLR mit Teleobjektiv oder kleinem Refraktor nachführen.

- Das ganze ist allerdings schon etwas lernintensiv. Man muss schon Spaß an der Technik haben...

---

# Und warum es trotzdem Arbeit ist
<div class="box">
  <ul>
    <li>Polausrichtung</li>
    <li>Fokussieren</li>
    <li>Bildausschnitt finden</li>
    <li>Frieren im Winter 🥶</li>
  </ul>
</div>

Note:
...Es ist eben nicht damit getan, dass man die Kamera einfach aufstellt und den Auslöser drückt.
- Man muss die Montierung präzise am Himmelspol ausrichten.

- Der Autofokus funktioniert Nachts auch nicht so wie man das kennt. Das Fokussieren von Hand erfordert Übung und Fingerspitzengefühl.

- Nicht vergessen: Die Objekte sind so schwach, dass man sie im Sucher oder auf dem Display fast nicht sieht. D.h. vorher auf der Karte markante Sterne heraussuchen und Testaufnahmen mit hoher ISO machen. Das ist ganz viel Trial & Error.

- Und dann hockt man da im Winter bei -10°C 🥶 wie so ein kackender Hund 🐕💩 vor der Kamera und es man fragt sich ernsthaft, was man da eigentlich gerade macht.

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# Wie kann man das Leid verringern?
<div class="box">
  <ul>
    <li>Tagsüber mit der Ausrüstung vertraut machen!</li>
    <li>Kameras mit Klappdisplay verwenden</li>
    <li>Elektronische Helferlein einsetzen</li>
  </ul>
</div>

Note:
- Deshalb würde ich empfehlen sich auf jeden Fall **tagsüber mit der Ausrüstung vertraut zu machen** und alle notwendigen Schritte zu verinnerlichen, so dass man nachts im Dunklen keine Überraschungen erlebt. Wenn man sich gut vorbereitet, bekommt man das schon hin.

- Bei den Kameras würde ich ein Modell mit **Klappdisplay** empfehlen, weil man sich dann nicht so verrenken muss. Meine Canon 6D ist da nicht so das beste Beispiel.

- Außerdem gibt es noch ein paar **Helferlein**, die man sich wahrscheinlich früher oder später zulegt und die das Leben etwas einfacher machen. Spätestens wenn man einen kleinen **Astro-Computer** fürs Guiding einsetzt, kann der einem schon ganz viel Arbeit abnehmen.

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# Smart-Teleskope

<div class="two-box">
  <div class="box">
    <h3>Was ist das?</h3>
    <ul>
      <li>Teleskop, Kamera und Montierung in einem Gerät</li>
      <li>App starten, ausrichten, loslegen</li>
      <li>Live-Stacking</li>
    </ul>
  </div>

<div class="box fragment">
    <h3>Nachteile</h3>
    <ul>
      <li>Meist azimutale Montierung</li>
      <li>Kleine Öffnung</li>
      <li>Wenig Erweiterbarkeit</li>
    </ul>
  </div>
</div>

Note:
- All das kann man auch mit Smart-Teleskopen machen.
- Die gibt's von günstig bis sehr teuer und eine tolle Alternative zum klassischen Setup, wenn einem die Technik zu aufwendig ist. 
- Die Einstiegshürde ist sehr niedrig und man erzielt schnell Ergebnisse. 
- Man kann direkt am Handy live miterleben wie das Bild im Laufe der Nacht immer besser wird.

- Nachteile:
  - Bildfelddrehung durch azimutale Montierung -> Verzerrung am Rand, effektives Bildfeld wird kleiner.
  - Kleine Öffnung heisst weniger Auflösung und weniger Details

---

<div class="box">
  <h2>Bildbearbeitung</h2>
  <ul>
    <li>Gehört dazu</li>
    <li>Kalibration der Daten</li>
    <li>Funktioniert anders bei der Tageslichtfotografie</li>
    <li>Dauert oft länger, als die Aufnahme selbst</li>
  </ul>
</div>

Note:
Nachbearbeitung gehört dazu.
- Da kann man nichts schönreden und ich will auch niemandem Angst machen. Wer keine Lust drauf hat, der muss sich ein Smart-Teleskop kaufen und damit leben wie die Bilder dort herauspurzeln. Wer mehr will, kommt um die Bearbeitung nicht herum. Es gibt spezielle Software für die Bearbeitung von Astro-Bildern.
- Es geht hier nicht nur um die Nachbearbeitung, sondern auch um die Kalibration und das Aufsummieren der Einzelbilder.
- Es gibt mittlerweile auch gute kostenlose Software, z.B. Siril. Als ich damals angefangen habe, gab's die leider noch nicht und deshalb bin ich bei PixInsight hängengeblieben.

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# Was & wann & wo?
<div class="box">
  <ul>
    <li>Foto-Session planen</li>
    <li>Mondlose, klare Nächte</li>
    <li>Möglichst dunkler Himmel </li>
    <li>Bevorzugt Objekte mit großer Elevation</li>
  </ul>
</div>

Note:
- **Was:** Informieren, was wann und wo am Himmel zu sehen ist. Nicht einfach ohne Plan losziehen und dann wundern, dass da irgendwann ein Baum durchs Bild wandert 😃. Ich benutze gerne die kostenlose Planetariumsoftware Stellarium und die Himmelsvorschau von Frank Sackenheim auf Youtube.

- **Standort:** Ich gehe ja mal davon aus, dass die hier anwesenden Personen aus Bonn und Umgebung kommen. Damit hat man ja die Eifel direkt vor der Haustür. Wer dort keinen dunklen Platz zum Fotografieren findet, hat nicht gesucht. Aber auch zuhause üben, wenn man nicht mobil ist.

Dunkler Himmel ist halt der größte Qualitätsfaktor. Das ist wie ein gutes Mikrofon. Es klingt besser, aber singen lernen muss man trotzdem selbst.

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# Was wirklich zählt
> Nicht das Teleskop oder die Kamera

<div class="box">
  <ul>
    <li>Geduld</li>
    <li>Sorgfalt</li>
    <li>Verständnis</li>
    <li>Fragen stellen</li>
    <li>Dranbleiben</li>
  </ul>
</div>

Note:
- Nicht das Teleskop oder die Kamera zählen
- Was zählt sind Geduld und Sorgfalt.
- Fehler als Chance sehen, etwas zu lernen und zu verstehen, was man da macht.
  - Verstehen: Nicht nur das Handwerk verstehen, sondern auch verstehen, was man da eigentlich fotografiert. Die Physik dahinter ist mindestens genauso spannend!
- Wenn man nicht weiter kommt:
  - In Foren registrieren und Fragen stellen
  - Astro-Buddies suchen, damit man nicht jeden Fehler alleine machen muss
- Hartnäckig dranbleiben und jede klare Nacht nutzen.
  Ich bin halt auch häufig in meiner Heimatstadt bei der Familie und wenn das mit einer klaren Nacht zusammenfällt, dann pack ich natürlich mein Teleskop ein. Der Himmel dort ist wirklich alles andere als optimal, aber das Bild hier...

Überleitung auf die letzte Folie mit IC434

---

# Wir sehen uns auf dem Acker
> Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

<div class="two-box">
  <div class="box fragment">
    <h3>Eine Bitte noch</h3>
    <ul>
      <li>Natur respektieren</li>
      <li>Unnötiges Licht vermeiden</li>
    </ul>
  </div>
  <div class="box fragment">
    <h3>Weitere Infos</h3>
    <img src="images/qrcode.png" width="250">
    <a href="https://www.faintphotons.com">https://www.faintphotons.com</a>
  </div>
</div>

Note:
...vom Pferdekopfnebel habe ich mal an zwei Abenden im Januar bei -10°C fotografiert. Die Montierung hat die halbe Zeit gestreikt, weil es ihr zu kalt war. Von den 6h die draußen gefroren habe waren am Ende nur ca. 3h verwertbar. Trotzdem ist ein schönes Bild bei rausgekommen und ich hätte mich echt geärgert, wenn ich's nicht gemacht hätte.

- Wenn Sie demnächst Abends rausgehen und in den Himmel schauen, sehen Sie vielleicht nur Sterne, aber mit ein bisschen Geduld und einer Kamera können daraus plötzlich ferne Galaxien und Nebel werden. Und vielleicht sehen wir uns ja irgendwann auf einem Acker in der Eifel wieder.

- Ein paar Anmerkungen noch, weil's mir am Herzen liegt:

- Wen es nun raus aufs Feld zieht, möge auch bitte die Natur respektieren, keine Tiere stören und die Orte so hinterlassen, wie man sie vorgefunden hat. Sollte selbstverständlich sein, aber wenn man sich so umsieht, ist es das leider nicht immer der Fall.

- Und vielleicht mal überlegen, eigene Haus nachts unbedingt von der ISS aus zu sehen sein muss. Das Licht stört ja nicht nur uns Astrofotografen, sondern vor allem auch die Tier- und Pflanzenwelt. Jeder kann seinen kleinen Beitrag dazu leisten, den dunklen Himmel zu bewahren.

- Vielen Dank für die Aufmerksamkeit.