Astrofotografie :: Zubehör - Filter

 
Dieser Beitrag informiert über den Einsatz von Filtern in der digitalen Astrofotografie. Gemeinsam ist allen Filtern, daß sie bestimmte Spektralbereiche gezielt blockieren, um Abbildungsfehler zu verringern oder um den Kontrast zu verbessern.

Zubehör - Filter

Inhaltsverzeichnis:

  1. Spektrallinien
  2. IR/UV-Sperrfilter
  3. IR-Passfilter
  4. UV-Passfilter
  5. Farbfilter
  6. Nebelfilter
  7. Hα (schmalbandig)
  8. Sonnenfilter

Das menschliche Auge ist nur in einem sehr engen "Frequenzbereich" des elektromagnetischen Spektrums empfindlich. Wir sehen gerade mal von Rot (680nm) über Grün (540nm), Blau (450nm) bis hin zum Violett (380nm). Wir sind also praktisch blind!!! Ein ganz normaler Kamerachip "sieht" da schon geringfügig mehr. Sein Bereich beginnt bereits im nahen Infrarot (1.000nm) und endet im nahen Ultraviolett bei ca. 350 nm. Solche Lichtwellenlängen nehmen wir nur noch als Wärme (Infrarot) oder als Sonnenbrand (Ultraviolett) wahr.

Spektrallinien:
Neben dem kontinuierlichen Lichtspektrum, wie es etwa von reinen Wärmestrahlern abgegegeben wird, strahlen viele selbstleuchtende astronomische Objekte auch Licht mit ganz bestimmten, diskreten Spektrallinien ab (Emissionslinien). Folgende Tabelle zeigt einige ausgewählte Spektrallinien mit Beispielen:
 
LinieFarbeWellenlängeBeispiele
[SII]Rot671,70 nmSNR, Gas- und Staubnebel: M16
[NII]Rot658,30 nmGasnebel, einige PN: M57, IC418
Rot656,28 nmGasnebel, einige PN: M42, IC418
[OIII]Türkis500,70 nmDie meisten PN: NGC 6572, NGC 7009, NGC 2392
[OIII]Türkis495,90 nmDie meisten PN: NGC 1360, IC 4593, NGC 3242
[HeII]Blau468,60 nmSchädelnebel NGC 246
Blau486,10 nmPferdekopfnebel, NGC 1499 (California Nebel)
 
Dieser Umstand läßt sich mit schmalbandigen Nebelfiltern nutzen, die beispielsweise das Licht eines Planetarischen Nebels mit hoher Transmission passieren läßt, während alles andere Störlicht gesperrt wird. Die eckigen Klammern um die Bezeichnung der jeweiligen Linien deuten an, daß es sich hierbei um sogenannte "verbotene Spektrallinien", also solche, die nur bei sehr stark verdünnten Gasen entstehen können, handelt.
 
IR/UV-Sperrfilter:
Wirkungsweise:
Während eine farbkorrigierte Teleskopoptik an die Gegebenheiten des menschlichen Auges angepaßt ist und auch brav alle Lichtwellenlängen zwischen 680 und 380 nm korrekt fokussiert, "sieht" ein Kamerachip eben alle unsichtbaren Todsünden jenseits dieses Wellenlängenbereichs.

Hier kommen speziell für die Astrofotografie optimierte IR/UV-Sperrfilter zum Einsatz, die nur Wellenlängen zwischen ca. 700nm und 400nm mit meist > 90% Transmission durchlassen und alle anderen Lichtanteile blockieren. Abwandlungen sind sogenannte "Fringe-Killer", neudeutsch etwa für "Farbringetöter". Diese Filter dämpfen zusätzlich noch etwas im Blaubereich, wodurch blaue Farbsäume bei schlecht korrigierenden Optiken vermindert werden. Fotografisch sind solche Filter eher uninteressant, da sie einen Gelbstich in der Aufnahme verursachen. Dieser wird dann per Software korrigiert und schon ist der blaue Saum wieder da ;=}

Einsatz:
Der Einsatz eines solchen Filters empfiehlt sich immer dann, wenn sich Glaslinsen im Strahlengang befinden. Weniger bekannt ist ein Effekt, der Atmosphärische Dispersion genannt wird und auch bei reinen Spiegeloptiken für erhebliche Unschärfen sorgen kann, sofern hoch vergrößert wird (>150) und das Objekt nur eine geringe Horizonthöhe hat (<40°).

In vielen Kameras (z.B. DSLR) ist ein solcher Sperrfilter bereits fest eingebaut. Leider ist dieser nicht für die Astrofotografie ausgelegt, blockt bereits ab ca. 620 nm, und so fällt dieser Filterung auch die astronomisch so wichtige Hα-Linie zum Opfer, so daß sich solche Filter nicht für DeepSky-Objekte eignen, die hier besonders "aktiv" sind (s.o.).

 
IR-Passfilter:
Wirkungsweise:
IR-Passfilter blockieren sichtbares Licht, wobei die gerade noch sichtbare Grenzwellenlänge zwischen Rot und Infrarot von 670nm diesen Filter noch so gerade passieren kann.

Einsatz:
Man macht zusätzlich zum Farbbild noch eine Belichtung für den "Luminanz-Kanal", jedoch nicht, wie üblich, im sichtbaren Wellenlängenbereich von 380-680nm, sondern tief ins rote bzw. infrarote verschoben - beginnend bei 670nm. Das Transmissionsfenster der IR-Passfilter beginnt bei tiefroten 670nm, also gerade noch im sichtbaren Bereich, sodaß man noch vernünftig fokussieren kann. Da praktisch jeder CCD-Chip im nahen Infrarot noch recht empfindlich ist, gelingt eine solche Belichtung immer. Nicht vergessen, einen eventuell vorhandenen IR-Sperrfilter zu entfernen ;=}

Effekt:
Im Infrarot wirkt sich die atmosphärische Luftunruhe deutlich geringer auf die Bildschärfe aus! Dunkle Strukturen auf Mars und Jupiter beispielsweise, werden dadurch wesentlich schärfer wiedergegeben und lassen sich mit einem geeigneten Bildverarbeitungsprogramm als vierte Bildinformation "Luminanzkanal" in die farbige (RGB-) Aufnahme einbauen (L-RGB). Der Clou dabei ist, daß unser Auge für die Schärfe von Hell-Dunkel-Informationen weit empfindlicher ist als für die der Farbinformationen. So brauchen also die Farbkanäle nicht so furchtbar scharf und hochauflösend sein, sie sollen lediglich die Farbinformationen liefern. Der Luminanzkanal, der letztlich für die Hell-Dunkel-Informationen zuständig ist, sollte dann aber die voll Schärfe, Kontrast und Auflösung beinhalten.

Nachteil:
Die größere Wellenlänge des Infrarotlichts hat ein geringfügig reduziertes Auflösungsvermögen der Aufnahme zur Folge, sofern wegen hoher Vergrößerung die Projektion des Beugungsscheibchens auf dem Kamerachip deutlich größer ist als ein Pixel. Denn die Größe des Beugungsscheibchens hängt neben Öffnung/Brennweite (Öffnungsverhältnis) auch proportional von der Wellenlänge ab. Wenn das Seeing also so gut ist, daß die verwendete Optik bei sehr kurzer Einzelbelichtungszeit beugungsbegrenzt abbilden kann, dann sollte auf einen solchen Filter verzichtet werden.
 
UV-Passfilter:
Wirkungsweise:
UV-Passfilter blockieren sichtbares Licht und lassen nur ultraviolettes Licht im Wellenlängenbereich ab 380 nm und abwärts durch.

Einsatz:
Bei sehr gutem Seeing (ultraviolettes Licht wird von unserer Atmosphäre besonders stark gestreut und verzerrt) lassen sich - rein theoretisch - sogar feine Wolkenstreifen in der Venusatmosphäre fotografieren.
 
Farbfilter:
Wirkungsweise:
Farbfilter sind preiswerte, breitbandige Filter, die an das Farbempfinden unserer Augen angepaßt sind. Sie werden oft als ganze Filtersätze im Handel angeboten.

Einsatz:
1. RGB-Komposit mit Schwarz-Weiß-Kameras: Hier kommen die klassischen Rot- Grün- und Blaufilter zum Einsatz, wobei nacheinander jeweils eine Aufnahme mit jedem dieser Filter gemacht und diese dann zu einem Farbbild zusammengefügt werden.

2. Kontrastverbesserung bei visueller Beobachtung: Mit unterschiedlichen, manchmal auch kombinierbaren Farbfiltern läßt sich visuell der Kontrasteindruck von Einzelheiten auf Planetenoberflächen (Mars) bzw. Atmosphären verbessern (Jupiter, Saturn).
 
Nebelfilter:
Die meisten Gasnebel leuchten nicht ausschließlich in einem kontinuierlichen Lichtspektrum, sondern werden durch harte UV-Strahlung benachbarter Sterne zum Leuchten angeregt (Emissionsnebel). Je nach den Gasen, aus denen diese Nebel bestehen, wird nur Licht in bestimmten Wellenlängen abgegeben. Dieses Licht kann die Nebelfilter praktisch ungehindert passieren, während das Streulicht, das durch die mittlerweile allgegenwärtige Lichtverschmutzung verursacht wird und im gesamten Spektralbereich wirkt, deutlich gedämpft wird.

Wirkungsweise und Einsatz:
  1. Breitbandige Nebelfilter könnte man auch als Bandpassfilter bezeichnen, die nur bestimmte Wellenlängenbereiche passieren lassen, in denen sich die astronomisch wichtigen Spektrallinien befinden (siehe oben). Störlicht irdischen Ursprungs wird deutlich reduziert, woraus sich bei Objekten mit ausgeprägten Emissionslinien eine enorme Kontrastverbesserung ergibt. Solche Filter sind unter den Bezeichnungen UHC (=Ultra High Contrast), "LBP" oder "Deepsky-Filter" im Handel.
  2. Schmalbandige Filter lassen nur eine einzige Spektrallinie passieren, meist mit Halbwertsbreiten um 10nm. Sie sind fotografisch besonders interessant, wenn eine Schwarz-Weiß-Kamera verwendet wird. So lassen sich bei Farbkomposits beispielsweise bestimmte Farben durch das Licht einzelner Spektrallinien ersetzen bzw. ergänzen. Aber auch ein Luminanzbild mit einer bestimmten Spektrallinie ist denkbar. Das Licht heller Sterne wird mit diesen Filtern stark gedämpft, wodurch sich ihre Radien auf der Aufnahme deutlich verringern.
 
Hα-Passfilter (schmalbandig):
Wirkungsweise:
Hα-Passfilter lassen nur das Licht der Wasserstoff-Emissionslinie bei 656,28 nm passieren. Diese Filter sind mit < 1 Ångström (0,1 nm) extrem schmalbandig. Das grelle Sonnenlicht wird dabei so stark gedämpft, daß sich diejenigen lichtschwachen Erscheinungen, die durch das Leuchten des angeregten Wasserstoffs verursacht werden, recht gut davon abheben.

Warnung!

Ein solcher Filter befindet sich in entsprechend konstruierten Teleskopen (z.B. das bekannte PST) stets in Verbindung mit anderen Elementen vor oder unmittelbar hinter der Objektivöffnung. Der Einsatz als Okularfilter direkt in der Brennebene des Teleskops zerstört nicht nur den Filter, sondern anschließend auch das Augenlicht!

Einsatz:
Die riesigen Protuberanzen, die am Sonnenrand besonders gut zu beobachten sind, bestehen praktisch nur aus Wasserstoff und leuchten besonders intensiv bei einer Wellenlänge von 656,28 nm (tiefrot). Dieses Licht kann den Filter praktisch ungehindert passieren, während das millionenfach stärkere Sonnenlicht praktisch vollständig abgeblockt wird. Nur dadurch können Protuberanzen am Sonnenrand überhaupt sichtbar gemacht werden.
Sonnenfilter:
Wirkungsweise:
Sonnenfilter sollen einfach nur einen geringen Teil der einfallenden Lichtmenge passieren lassen und sollen sich ansonsten "farbtechnisch" so neutral wie möglich verhalten. Dabei ist es wegen der großen Wärmeentwicklung im Sonnenlicht nicht besonders schlau, das "überflüssige" Licht einfach zu absorbieren. Weit eleganter wäre da eine reflektierende Oberfläche. Gute Sonnenfilter arbeiten nach genau diesem Prinzip. Die preiswerteste Variante eines Sonnenfilters ist die Baader-Sonnenfilterfolie (ca. 20 € / DIN A4 Format), aus der sich ein Sonnenfilter sehr leicht selbst herstellen läßt. Die optischen Eigenschaften dieser Folie stehen denen der weit teureren Glasfilter in nichts nach. Mehr dazu auf der Seite Praxisteil - Sonnenfilter.

Einsatz:
Das intensive Sonnenlicht hat auf unsere Netzhaut eine absolut zerstörerische Wirkung. Ein guter Sonnenfilter läßt nur etwa 1/100.000 des einfallenden Lichts passieren, wodurch sich sowohl für die visuelle Beobachtung als auch für die Fotografie von Sonnenflecken und -gruppen die ideale Helligkeit ergibt.

Gefahrenhinweis:
Sonnenfilter gehören vor das Objektiv, nirgendwohin sonst! Billige Okular-Sonnenfilter niemals verwenden!!! Sie befinden sich in unmittelbarer Nähe des Primärfokus und werden dort wegen der starken Lichtabsorption extrem heiß und können leicht zerspringen. Wenn das während einer Beobachtung passiert, dann ist die sofortige Erblindung des betroffenen Auges die unabwendbare Folge!!!
 

Mit Ausnahme des schmalbandigen Hα-Passfilters für die Protuberanzenbeobachtung und des Sonnenfilters ist jeder handelsübliche Filter in der Regel mit einem 1¼"-Außengewinde versehen, so daß sie sich leicht auf jedes 1¼"-Okular aufschrauben lassen. Auch der Einsatz in den praktischen Filterrädern und -schubladen ist recht häufig. Die 2"-Ausführungen sind weniger verbreitet und daher deutlich teurer.

https://astrofotografie.hohmann-edv.de/teleskope/zubehoer.filter.php
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