Astrofotografie

Mars



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Mars

Faszinierende Aufnahmen vom Mars mit ausführlicher Beschreibung der verwendeten Aufnahmetechnik. Mars ist Dank seiner abwechslungsreichen Oberflächenstrukturen während seiner Opposition ein sehr dankbares Himmelsobjekt für Astrofotografen.

Mars galt lange Zeit als erdähnlich, bis die erste amerikanische Marssonde der Illusion von üppigem Leben auf ihm ein jähes Ende bereitete. Mars zeigt auf seiner Oberfläche neben helleren und dunkleren Gesteinsebenen zahlreiche Krater und erinnert, wenn man mal von seiner rötlichen Farbe absieht, optisch eher an unseren Mond. Seine sehr dünne Atmosphäre (6,36 hPa) besteht zu ca. 95% aus CO2 und macht sich in guten Amateurteleskopen manchmal als dünner Schleier bemerkbar. Allerdings können starke Staubstürme gelegentlich nennenswerte Teile der Planetenoberfläche völlig verschwinden lassen.

Mars umläuft die Sonne in knapp 687 Tagen auf einer recht exzentrischen Bahn in einem Abstand von 206,6 Mio. - 249,2 Mio. Km (= 1,381 AE bis 1,6658 AE). Dadurch findet eine Opposition zur Erde recht selten statt, wobei sich Mars der Erde zwischen 55,7 Mio. und 100 Mio. km annähert. Damit wird klar, daß die seltenen Marsoppositionen - nur ca. alle 2 ¼ Jahre haben wir das Vergnügen - auch noch von recht unterschiedlicher ´Qualität´ sind: Der scheinbare Durchmesser von Mars schwankt von Opposition zu Opposition zwischen 13,8" und 25,8"!

 

Marsoppositionen
Während seiner Opposition ist Mars mit bis zu -2,9m ein ausgesprochen helles Objekt an unserem Himmel. Am 28.8.2003 hatten wir eine extreme Perihelopposition, bei der Mars seinen maximalen scheinbaren Durchmesser von 25,8" erreichte. Am 30.10.2005 hatte sich Mars während seiner größten Annäherung an die Erde auf Grund seiner exzentrischen Bahn bereits wieder rund 10.000.000km von der Sonne entfernt. So wuchs seine scheinbare Größe ´nur´ auf 20,2" an, was aber immer noch überdurchschnittlich ist. Vorteil dieser Opposition gegenüber der legendären ´2003-er´ war ihre deutlich höhere Deklination von über +15°

Jahreszeiten
Da die Rotationsachse des Mars um 25,2° gegenüber seiner Bahnachse geneigt ist, gibt es dort auch Jahreszeiten. Durch die große Exzentrizität der Marsbahn um die Sonne fallen diese jedoch völlig anders als auf der Erde aus. Während des Perihel ist in der nördlichen Hemisphäre Winter, der dort also wesentlich milder ausfällt als auf der Südhalbkugel. Überhaupt sind die Jahreszeiten auf der Südhalbkugel deutlich ausgeprägter als im Norden. Diese Jahreszeiten lassen sich an den Veränderungen der weißen Polkappen sehr schön beobachten, die zumeist aus gefrorenem CO² (´Trockeneis´) mit geringen Beimengungen von Wassereis bestehen. Ein ´Marstag´ ist erdähnliche 24,6 Stunden lang.

Marsmonde:
Die beiden Monde des Mars bewegen sich auf ziemlich engen Umlaufbahnen und entfernen sich nur wenige Bogensekunden vom Planetenrand. Visuell sind sie daher neben der hellen Planetenscheibe nur äußerst schwierig zu erkennen. Aber es gibt einen guten Trick: Man bringe einen ca. 0,5mm schmalen Streifen aus halbdurchlässigem Material (etwa ein belichteter Filmstreifen, durch den Mars noch so gerade hindurchschimmert) in Okularbrennweite vor dem Okular möglichst genau in der Brennebene des Teleskops an. Mit dunstfreiem Himmel und ein wenig Glück sieht man dann knapp neben Mars die beiden Monde.

Fotografisch lassen sich die Monde nur bei sehr gutem Seeing bei großen Brennweiten (mind. 2m, Öffnungsverhältnis auf f/25 bis f/30 einstellen) und auch nur durch eine Doppelbelichtung neben dem hellen Mars darstellen. Dabei den überbelichteten Mars wegebnen und durch eine angepaßte, korrekt belichtete Aufnahme ersetzen. Die Belichtungszeit für die Monde richtet sich nach der Öffnung und liegt bei ca. 100×1s für 254mm.

Die Marsmonde im Überblick:
+--------+------+-------------+---------+-------------+-------------+
| Mond   | Ø km | Bahnrad. km |  Umlauf | Abstand ["] |     mag     |
+--------+------+-------------+---------+-------------+-------------+
| Phobos |   22 |    9.376    |  7,65 h | 22,1 - 12,3 | 11,3 - 12,2 |
| Deimos |   13 |   23.459    | 30,29 h | 74,3 - 41,4 | 12,4 - 13,3 |
+--------+------+-------------+---------+-------------+-------------+

Die Helligkeiten und die maximalen Abstände (vom Planetenrand!) gelten jeweils für eine Perihel- bzw. Aphelopposition.
 

Visuelle Beobachtung:
Im kleinen Kaufhausteleskop mit ca. 60-70mm Öffnung ist Mars nur als kleines, helles und strukturloses Scheibchen zu erkennen. Schon mit einer Teleskopöffnung von 100mm und einer Vergrößerung von ca. 200× lassen sich die auffälligsten Strukturen, etwa die ´Große Syrte´ oder einer seiner Polarkappen (je nach Jahreszeit auf dem Mars) auf seiner Oberfläche gut erkennen bzw. fotografieren. In einem größeren Instrument wird man Mars dann neu erleben. So zeigen sich ab ca. 200mm Öffnung bei ca. 400-facher Vergrößerung zahlreiche Albedostrukturen, und auch die Polkappen sind deutlich sichtbar.

 

Marsaufnahmen & verwendete Aufnahmetechnik:

Wegen der großen Menge der Marsaufnahmen habe ich auf eine Übersicht umgestellt, auf der nur die jeweils netteste Aufnahme gezeigt wird. Die Links führen dann jeweils zu allen Aufnahmen, die in den betreffenden Jahr gemacht wurden.

 
Sinus Meridianum
Aufnahmen von Mars 2005
Aufnahmedaten:
Aufnahmezeit:     2005-10-15 22:53 UTC
Montierung:       Celestron Gabel
Teleskop:         Celestron C14
Öffnung:           356 mm
Brennweite:       7820 mm
Öffnungsverh.:    f/22,0
Kamera:           Philips ToUcam PCVC840K
Filter:           IR-Sperrfilter
Einzelbelichtung: 1/33s, Gain: 0%, γ min
Stacking:         25 aus 256, handverlesen
Belichtung eff:   0,5s
Vb:               812,5 ×
Bildfeld:         0,39' × 0,39'
Abbildungsmaßstab 0,15", 0,02"², 51,441 Km/Px

Info:
Bei dieser Aufnahme zeigt sich ein dünner Dunstschleier am linken Planetenrand, sowie ein bläulich schimmernder Schleier über dem Nordpol. Daher sollte man bei Marsaufnahmen niemals den blauen Farbkanal abschwächen, auch wenn das minimal an Schärfe kostet. Im nahen Infrarot ist dieser Schleier übrigens nicht sichtbar. Die Aufnahme wurde am 30.12.2009 mit AviStack neu gestackt und bearbeitet.

Die südliche Polarkappe ist durch den gerade vergangenen ´Perihelsommer´ auf Mars stark geschrumpft und zeigt sich nur noch als kleiner Klecks.

 
Mars - Abschiedsfoto
Aufnahmen von Mars 2006
Aufnahmedaten:
Aufnahmezeit:     2006-01-09 22:08 UTC
Montierung:       Celestron Gabel
Teleskop:         Celestron C14
Öffnung:           356 mm
Brennweite:       7820 mm (Barlow)
Öffnungsverh.:    f/22,0
Kamera:           Philips ToUcam PCVC840K
Filter:           IR-Sperrfilter
Einzelbelichtung: 1/33s, Gain: 0%, γ min
Stacking:         25 aus 256, handverlesen
Belichtung eff:   0,5s
Vb:               812,5 ×
Bildfeld:         0,20' × 0,20'
Abbildungsmaßstab 0,15", 0,02"², 91,438 Km/Px

Info:
Nun verabschiedet sich Mars von seiner "Saison". Dadurch daß sich Mars von seiner Oppositionsstellung deutlich entfernt hat, sehen wir nicht einen großen "Vollmars", sondern einen deutlich kleineren "¾-Mars".

 
Mars in einer Wolkenlücke
Aufnahmen von Mars 2009
Aufnahmedaten:
Aufnahmezeit:     2009-12-29 00:01 UTC
Montierung:       Meade LX200GPS (G
Teleskop:         Meade 10" SCT
Öffnung:           254 mm
Brennweite:       7500 mm (Barlow)
Öffnungsverh.:    f/29,5
Kamera:           Philips ToUcam PCVC840K
Filter:           IR-Sperrfilter
Einzelbelichtung: 1/33s, Gain: 60%, γ min
Weißabgleich:     (RAW, in FW dekodiert)
Stacking:         64 aus 860
Belichtung eff:   0,8s
Vb:               779,2 ×
Theor. Grenzgröße 10,9 mag
Theor. Grenz-FH   14,3 mag/"²
Bildfeld:         0,41' × 0,41'
Abbildungsmaßstab 0,15", 0,02"², 84,3 km/Px

Info:
Es war schon etwas gewagt, bei einem derart schlechten Seeing und größtenteils bewölktem Himmel Marsaufnahmen mit großer Brennweite zu machen, denn keines der besten Einzelaufnahmen brachte es auf einen FWHM von weniger als 15 Pixel. Die geringe Ausbeute an halbwegs brauchbaren Aufnahmen spricht ebenfalls für sich. Nach ´Präzisionsstacken´ mit AviStack und einer ganzen Batterie von Schärfungsfiltern in Fitswork konnte noch was einigermaßen brauchbares daraus ´gezaubert´ werden. Die Aufnahme zeigt das Gebiet um Sinus Meridianum (links) und die Große Syrte (ganz rechts).

Gut zu erkennen ist die ungewöhnlich große nördliche Polarkappe, die wegen der Aphelstellung des Mars mitten im Marsfrühling dort noch nicht wesentlich abgetaut ist. Da wir in dieser Situation schon eher auf die Nordhalbkugel des Mars schauen, können wir diese fast komplett sehen.

 
Sinus Meridianus und Terra Acidalia
 
 
Sinus Meridianus und Terra Acidalia
Aufnahmen von Mars 2012
Aufnahmedaten:
Aufnahmezeit:     2012-02-22 01:52 UTC
Montierung:       Meade LX200GPS (G
Teleskop:         Meade 10" SCT
Öffnung:           254 mm
Brennweite:       7500 mm (Barlow)
Öffnungsverh.:    f/29,5
Kamera:           Philips ToUcam PCVC840K
Filter:           IR-Sperrfilter
Einzelbelichtung: 1/33s, Gain: 33%, γ min
Weißabgleich:     (RAW, in FW dekodiert)
Stacking:         100 aus 1203
Belichtung eff:   1,0s
Vb:               779,2 ×
Theor. Grenzgröße 13,5 mag
Theor. Grenz-FH   14,4 mag/"²
Bildfeld:         0,41' × 0,41'
Abbildungsmaßstab 0,15", 0,02"², 77 km/Px

Info:
Die Opposition am 3.3.2012 wird eine fast perfekte Aphelopposition. Gut für Beobachter auf einem Asteroiden im Hauptgürtel, schlecht für Beobachter auf der Erde. Diesmal sind - 2 Tage nach der Opposition, wenn Mars in maximale Erdnähe kommt - nur maximal 13,9" drin, also nur 0,1" mehr als das theoretisch erreichbare Minimum. "Ideal" wäre eine Opposition Ende Februar gewesen.

Die Aufnahme entstand bei einem recht ´groben´ Seeing, also Turbulenzen in geringer Höhe. Andererseits waren aber immer wieder ruhige Momente dabei, so daß eine gute Selektion der Bilder für eine im Vergleich zur visuellen Beobachtung beachtliche Detailfreude sorgte. Zu sehen sind die Gebiete Sinus Meridianus etwas südlich der Bildmitte und die dunkle Ebene Terra Acidalia im Nordwesten. Gut zu sehen ist auch der vereiste Nordpol, der im kühlen Sommer der Nordhalbkugel zwar ganztägig der Sonne ausgesetzt ist, wegen der Sonnenferne herrscht aber nur moderates Tauwetter. Die beiden Marsmonde hatte ich auch im Visier, aber dazu war das Seeing dann doch nicht mehr ausreichend. Zuwenig Licht auf zu viele Pixel verteilt, hebt sich eben doch nicht mehr aus dem Kamerarauschen heraus.

2. Bild:
Und er rotiert doch, unser äußerer Nachbar im Sonnensystem. Das ´Beweisfoto´ zeigt ein kleines Stück Rotation in einem Abstand von 30 Minuten. Hier wird auch klar, daß es bereits nach einer mehr als 4-minütigen Aufnahmeserie zu einer beträchtlichen Rotationsunschärfe kommt.

 
Mars nach Opposition
Aufnahmen von Mars 2014
Aufnahmedaten:
Aufnahmezeit:     2014-04-12 00:18 UTC
Montierung:       Meade LX200GPS (G
Teleskop:         Meade 10" SCT
Öffnung:           254 mm
Brennweite:       7500 mm (Barlow)
Öffnungsverh.:    f/29,5
Kamera:           Philips ToUcam PCVC840K
Filter:           IR-Sperrfilter
Einzelbelichtung: 1/25s, Gain: 0%, γ min
Weißabgleich:     (RAW, in FW dekodiert)
Stacking:         129 aus 2200, handverlesen
Belichtung eff:   2,3s
Vb:               779,2 ×
Theor. Grenzgröße 12,6 mag
Theor. Grenz-FH   14,9 mag/"²
Bildfeld:         0,41' × 0,41'
Abbildungsmaßstab 0,15", 0,02"², 69 km/Px

Info:
Die Marsopposition fand diesmal bei schlechtem Wetter über Oberbayern statt. Aber was soll´s - die Erdnähe ist ja erst 6 Tage später, denn Mars bewegt sich nun von seiner Aphelposition in Richtung Perihel, kommt der Sonne also langsam näher, und das ist auch der Grund dafür, daß sich die Erdnähe ganze 6 Tage verspätet. Das Seeing während der Aufnahmezeit war überwiegend extrem schlecht, aber es gab immer wieder mal Momente mit verhältnismäßig ruhiger Luft. Diese kurzen Momente konnten für das "Lucky Imaging" genutzt werden.

 
´Tiefer´ Mars 2016
Aufnahmen von Mars 2016
Aufnahmedaten:
Aufnahmezeit:     2016-06-07 22:20 UTC
Montierung:       Meade LX200GPS (G
Teleskop:         Meade 10" SCT
Öffnung:           254 mm
Brennweite:       7500 mm (Barlow)
Öffnungsverh.:    f/29,5
Kamera:           Philips ToUcam PCVC840K
Filter:           IR-Sperrfilter
Einzelbelichtung: 1/25s, Gain: 22%, γ min
Weißabgleich:     (RAW, in FW dekodiert)
Stacking:         195
Belichtung eff:   2,8s
Vb:               779,2 ×
Theor. Grenzgröße 10,3 mag
Theor. Grenz-FH   14,5 mag/"²
Bildfeld:         0,41' × 0,41'
Abbildungsmaßstab 0,15", 0,02"², 57 km/Px

Info:
Der tief stehende Mars in dieser »Marssaison« macht nicht wirklich viel her, denn nur gute 20° über dem Horizont muß das Licht durch viel turbulentes Gas unserer Erdatmosphäre. Dementsprechend unterirdisch war das Seeing, das nur die Abbildung unspektakulärer Albedostrukturen auf dem Mars möglich machte.

 
 
 
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Nebenbei bemerkt
 
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