Astrofotografie

Ausblicke und Grenzen



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Ausblicke und Grenzen

Was geht mit meiner Ausrüstung, und wo sind die Grenzen? Diese oft gestellte Frage möchte ich in diesem Beitrag ausführlich beantworten.

Bei allen Fortschritten in der Teleskop- und Kameratechnik, die wir gerade in den letzten Jahren genießen durften, darf eines nicht vergessen werden: Das Licht das uns aus den Tiefen des Alls erreicht, hat einen langen Weg durch unsere Erdatmosphäre hinter sich. Mehr als 50% aller Photonen bleiben dabei auf der Strecke. Diejenigen, die uns dennoch erreichen, werden gestreut und abgelenkt, so daß eine perfekt scharfe Abbildung, wie wir sie vom Weltraumteleskop HST her kennen, auf der Erdoberfläche nicht möglich ist.

Erschwerdend kommt hinzu, daß wir hier im dicht besiedelten Mitteleuropa unter einer erheblichen Aufhellung des Nachthimmels leiden. Diese Aufhellung bewirkt in der Astrofotografie ein kräftiges Photonenrauschen, das dem Licht der Gestirne stets überlagert ist und die Reichweite unserer Instrumente stark begrenzt.

Trotzdem sind heute mit Amateurmitteln Astrofotografien möglich, wie sie vor einigen Jahrzehnten selbst in großen Observatorien völlig undenkbar waren. Nachfolgend einige Beispiele mit einem 10" SCT und einer preiswerten Astrokamera, ein absolutes Einsteigergerät:
 

Quasar Q1224-1116Reichweite: Bis 12 Milliarden Lichtjahre

Rund 10 Milliarden Lichtjahre ist dieser Quasar (Q1224-1116, links im Bild) entfernt. Sein Licht, das uns heute erreicht, stammt aus einer Zeit, als das Universum nicht einmal 1/3 des heutigen Alters hatte. Weiter entfernte Quasare bis hin zu einer Rotverschiebung von ca. 5,2 (bei höheren Rotverschiebungen verschwindet die Lyman-Serie zu weit ins Infrarot) sollten allerdings noch möglich sein.

Der Quasar wird markiert, wenn man mit der Maus über das Vorschaubild fährt.
 
Galaxie NGC 7600Grenzhelligkeit: Bis zu 22 Magnituden

... wenn man nur genügend viele Bilder addiert, die mit einer angemessenen Belichtungszeit aufgenommen wurden. Die links gezeigte Aufnahme machte eine derart lange Gesamtbelichtungszeit nötig, um die Bewegung des Asteroiden ´Mr. Spock´ bei der Galaxie NGC 7600 darstellen zu können.

Bedenke: Von einem Stern mit 22 Magnituden trifft auf eine Fläche von rund 1/20m² (254mmØ) nur ein einziges Photon pro Sekunde ein.
 
Mondkrater DeslandresAuflösungsvermögen: Bis 0,5"

Details von 750m realer Ausdehnung auf dem Mond sind damit möglich, sofern die Luft ruhig genug ist. Eine Grenze, die bei den mitteleuropäischen Bedingungen nur schwer zu überwinden ist. Auch größere Optiken helfen in dieser Beziehung kaum noch.
 
 

Geht denn vielleicht noch etwas mehr, wenn sich Teleskop- und Kameratechnik in Zukunft noch weiterentwickeln werden?

 

Nicht mehr viel!

  • Mehr Reichweite? Bei gut 12 Mrd. Lichtjahren ist Schluß, denn wir schauen hier bereits in ein recht junges Universum hinein, in dem es noch reichlich freien, molekularen Wasserstoff gab. Dieser absorbiert die Kontinuumsstrahlung bei Wellenlängen unterhalb der Lyman-α-Linie, so daß zusammen mit der starken Rotverschiebung solche Quasare nur noch im infraroten Licht oberhalb von ca. 900nm leuchten. Amateurkameras sind in diesem Wellenlängenbereich nicht mehr sehr empfindlich und werden es wohl auch in absehbarer Zeit nicht sein.
  • Mehr Grenzhelligkeit? Nur durch eine größere Optik und besserem Beobachtungsstandort. Limitierender Faktor ist und bleibt bei uns aber die (weiter zunehmende) Lichtverschmutzung. Empfindlichere Kameras verkürzen zwar die nötige Gesamtbelichtungszeit um ca. 30%, wodurch etwas mehr Bilder addiert werden könnten, hätten dann aber bereits 100% Quanteneffizienz. Mehr geht nicht, auch nicht theoretisch!

    Eine nahezu rauschfreie Kamera mit extrem hoher Sensitivität würde die Möglichkeit eröffnen, die Einzelbelichtungszeiten ohne nennenswertem Verlust an Signal/Rauschverhältnis auf Sekundenbruchteile zu reduzieren. Dadurch wäre das fehleranfällige Autoguiden völlig überflüssig, und es könnten innerhalb weniger Stunden zigtausende Einzelaufnahmen selektiert und addiert werden. Doch das Photonenrauschen des lichtverschmutzten Nachthimmels kann dadurch nicht beseitigt werden.

    Eine präzisere Teleskopoptik und -mechanik wäre besser in der Lage, das Licht des Sterns auf nahezu einen Pixel zu konzentrieren. Dies, zusammen mit einer weiter entwickelten Kamera, bringt vielleicht nochmals 1-2 Magnituden mehr bei entsprechendem Seeing. Die zunehmende Lichtverschmutzung und die ansteigende Wasserdampfsättigung der Erdatmosphäre arbeiten allerdings dagegen, so daß eine weitere Steigerung der Grenzhelligkeit in Zukunft eher unwahrscheinlich ist.
  • Mehr Auflösungsvermögen? Nur bei noch mehr Öffnung und einem extrem guten Seeing theoretisch möglich. 0,5" sind bei einer 10"-Optik bereits beugungsbegrenzt. Limitierender Faktor bei größeren Optiken ist hierzulande das Seeing, das selbst bei extrem kurz belichteten Aufnahmen keine weitere Steigerung des Auflösungsvermögens zuläßt.
  •  

    Fazit:
    Man kann ohne Übertreibung sagen, daß die heute erreichte Teleskop- und Kameratechnik im Amateurbereich derart nahe an den physikalisch gegebenen Grenzen liegt, daß man eine weitere, nennenswerte Steigerung der genannten Möglichkeiten für die Zukunft getrost ausschließen kann. Sehr wahrscheinlich ist in naher Zukunft allerdings eine beträchtliche Steigerung von Bedienungskomfort und Zuverlässigkeit des Gesamtsystems aus Teleskop, Montierung, Steuerung, Kamera und Aufnahmetechnik. Hier haben wir also noch das weitaus meiste Verbesserungspotential.

 
 
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