Astronomie: Afokale Fotografie

Astrofotografie kann man heutzutage ganz einfach mit “normalen” digitalen Kameras (z.B. Canon, Sony, Panasonic u.a.) machen.

Eine sehr niedrige Einstiegschwelle bietet die sog. afokale Fotografie, wo eine Kamera mit ihrem Objektiv direkt hinter das Okular eines Fernrohrs gehalten wird; als Bild wird durch das Okular des Fernrohrs auf die Optik der Kamera projeiziert.
Klassischerweise verwenden die “Profis” aber die sog. fokale Fotografie, wo die lichtempfindliche Fläche ( Sensor)  in die Fokalebene des Hauptobjektivs (Fernrohr) plaziert wird – das könnte auch einfach ein Teleobjektiv der Kamera sein…

Also auf den Punkt gebracht:

  • fokal = ohne Okular, ohne weiteres Objektiv
  • afokal = mit Okular, mit einem weiteren Objektiv

Afokal kann ich also mit jeder sowieso vorhandenen Knipse (z.B. SmartPhone, digitale Kompaktkamera) durch ein Fernrohr fotografieren.  Dabei muss ich nur das Vorderteil der Kamera ganz dicht und mittig an das Okular des Fernrohrs halten – besser man hat eine Haltevorrichtung, damit es nicht wackelt. Die Fokussierung könnte per Autofokus-Funktion der Kamera erfolgen.
Das beliebteste Objekt für afokale Astrofotografie ist der Mond.

Für die fokale Fotografie muss ich das Okular des Fernrohrs entfernen (kein Problem) und auch das Objektiv der Kamera muss weg. D.h. Kameras mit festsitzendem Objektiv sind für die fokale Fotografie ungeeignet. Wir benötigen eine Kamera mit entfernbarem Objektiv (Wechselobjektiv) und ein passendes Zwischenstück, dass das Kamera-Bajonet mit dem Okularauszug verbindet. Die Fokussierung erfolgt mit der Fokussiereinrichtung des Okularauszugs (OAZ).

Haltevorrichtungen für afokale Astrototografie

Haltevorrichtung für SmartPhones (z.B. iPhone)

Astroshop Lens2Scope:   http://www.astroshop.de/smartphone-adapter/lens2scope-smartphone-adapter-butterfly-smartphone-adapter-f-okulare-30-60mm/p,44213

DK_20170321_00915a

Haltevorrichtung für klassische Kameras

Orion SteadyPix Deluxe: https://www.amazon.de/5338-Orion-SteadyPix-Deluxe-Kamerahalterung/dp/B0069VXY7K

 

Orion-Steady-Pix-Deluxe-Kamerahalterung

Copyright: Optronic Technologies, Inc, Watsonville, CA, USA

Teleskop-Express Digiklemme: http://www.teleskop-express.de/shop/product_info.php/info/p219_Digiklemme—Universelle-Befestigung-der-Digitalkamera.html

 

Digiklemme1

Copyright Teleskop-Express

Hallo Marc

Astrofotografie – Autoguiding mit PHD2 Guiding

Autoguidung ausprobieren

Ich hatte meine Astro-Ausrüstung im Jahre 2016 so ausgesucht, dass auch das sog. Autoguiding möglich ist – obwohl ich nicht so recht wusste, ob ich das eigentlich brauchen würde.
Zum generellen Punkt der Nachführung habe ich einen separaten Artikel geschrieben.

Aber ich möchte ja “alles” mal ausprobieren.

Zum Autoguiding benötigt man einen Computer mit einer Autoguiding-Software. In aller Munde ist die kostenlose Software “PHD2 Guiding“, die ursprünglich Craig Stark entwickelt hatte.
Es gibt auch sog. “Stand Alone Lösungen” (d.h. ohne Computer) zum Autoguiding z.B. Lacerta M-GEN u.a.

Amateurastronomen, die ich kenne, schwören auf Autoguiding, wenn sie ihre Fotos (Sub-Exposures) länger belichten wollen; z.B. länger als 2 Minuten…

Informationsquellen im Internet

Zu PHD2 Guiding gibt es diverse Hilfen im Internet, z.B.

Erste Schritte mit PHD2 Guiding im Überblick

Die Schritte im Überblick:

  1. Installation
  2. Vorbereitung
  3. Verbinden des PCs mit Kamera und Montierung   (ggf. Simulationen !!!)
  4. Live-Bild einstellen – wichtig: fokussieren
  5. Guiding-Stern auswählen
  6. Kalibrierung – welche Parameter sind für die Kalibrierung wichtig?
  7. Guiding und Optimierung des Guiding

Die Ersten Schritte mit PHD2 Guiding im Einzelnen

1. Installation

Bei der Installation auf einem meiner Windows-Compter wurde die Datei MSVP120.dll als vermisst gemeldet.

Durch Installation des “Microsoft Visual C++ 2013 Redistributable (x86) 12.0.21005” konnte ich dieses Problem lösen.

2. Vorbereiten

  • Aufstellen der Montierung
  • Nivellieren der Montierung
  • Aufbau der Optiken  (GuideScope50)
  • Verbinden der Kabel
  • Einnorden der Montierung
  • Fokussieren der Guiding-Optik
    • Eine erste grobe Fokussierung mache ich schon am Tage an terrestischen Objekten
    • Die feine Fokussierung der Guiding-Optik mache ich am besten sofort nach dem Einnorden. Da habe ich einen halbwegs hellen Stern, Polaris, bei dem die Fokussierung leichter möglich sein sollte.
      Das Fokussieren mache ich nicht mit der Software PHD2 Guiding, sondern mit der Astrofotografie-Software, die ich auch sonst zum Fotografieren benutze (z.B. SharpCap).
  • Three Star Alignment (Goto Alignment)
  • Goto auf das Beobachtungsobjekt

3. Verbinden der Geräte mit PHD2 Guiding (Kamera und Montierung)

Wenn man PHD startet, muss man zuerst die Geräte (Kamera, Montierung etc.) verbinden. Dazu klickt man auf das erste Symbol von links (Stecker-Symbol) in der unteren Leiste.

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Verbindung zur Kamera

Bei der Kamera ist das klar: Gemeint ist die Nachführkamera, also meine Altair-Kamera GPCAM entweder direkt (d.h. per Windows-Treiber) oder über ASCOM (also ASCOM installieren).

Klicken auf “verbinden”

Verbindung zur Montierung

Bei der Montierung kann man schnell einen Fehler machen. Als neu gelerner ASCOM-Fan dachte ich natürlich daran, jetzt den ASCOM-Treiber meiner Montierung auszuwählen. Das ist aber Quatsch, weil ich die Montierung ja schon per ST-4 mit der Nachführkamera verbunden habe. Ich sollte im PHD bei Montierung also auswählen “on camera“, was für mich nicht wirklich intuitiv war.

Klicken auf “verbinden”: Nun verbindet sich PHD2 Guiding über den ST-4-Anschluss der Nachführkamera mit dem ST-4-Anschluss der Montierung.

Alternativ kann man auch statt der Verbindung per ST-4, die Montierung direkt mit dem Computer per serieller Schnittstelle und ASCOM/EQMOD verbinden. Das ist technisch etwas aufwendiger (ein Kabel mehr zum Computer, COM-Port richtig einstellen etc.) ermöglicht dann aber zusätzlich das Goto per Computer…

Verbindungsprofil

Die ausgewählten Verbindungen (zu Kamera und Montierung) können in einem sog. Profil gespeichert werden.

Dunkelbilder

Nun sollte man sog. Dunkelbilder in eine Bibliothek ablegen…

Dunkelbilder sind z.B. wichtig, wenn PHD2 seinen Guiding-Stern automatisch aussuchen soll; dann sollte PHD2 kein Hot Pixel als Leitstern aussuchen…

4. Live-Bild der Guiding-Kamera einstellen

Auf das Loop-Symbol (Zwei Pfeile im Kreis; in der unteren Leiste das zweite Symbol von links) klicken und es erscheinen Bilder der Nachführkamera auf dem Computer-Bildschirm (das Live-Bild).

PHDNeu-10

Fokussieren

Am Anfang ist man häufig völlig ausser Fokus; dann sieht man im Live View erst einmal nichts. Man muss mit dem Fokus mal grob hin und her probieren, bis man im PHD-Live-View tatsächlich Sterne sieht, die man dann auch noch mit der Fokusfeineinstellung schön scharf einstellt.
Am besten fokussiert man gleich nach dem Einnorden auf den Polarstern – und zwar mit SharpCap.

Eine grobe Fokussierung auf ein terrestrisches Objekt sollte im Vorwege geschehn…

Belichtungszeit und Gamma

  • Parallel zum Fokussieren muss man eine sinnvolle  Belichtungszeit einstellen (so dass man mehrere schöne scharfe Sterne auf dem Bildschirm sieht).
  • Als Camera Exposure (unten im Drop-Down rechts neben dem Stop-Symbol) werden 2,0 bis 4,0 sec empfohlen. Längere Belichtungszeiten sind vorteilhaft bei schlechtem Seeing und längeren Brennweiten, da über die Zeit hinweg gemittelt wird.
  • Rechts neben dem Drop-down für die Belichtungszeit findet sich ein Schiebereglber, der das Gamma einstellt: ggf. nach links schieben, um schächere Sterne zu sehen.
  • Es gibt noch einen sog. “Cam Dialog” das ist das Symbol rechts vom “Gehirn-Symbol”…

5. Guiding-Stern auswählen

  • Nun wählt man einen Stern durch Anklicken mit der Maus als sog. “Leitstern” aus. Der Leitstern wird von PHD mit einem grünen Kästchen umrahmt, der sog. Auffindregion (Brain Tab “Guiding”).
  • Der Leitstern sollte nicht “ausgebrannt” sein, sondern mittel-hell.   ggf. Menü –> View –> Display Star Profile
  • Der Leitstern sollte nicht zu sehr am Rande des Gesichtsfeldes liegen.
  • Damit man in Live-Bild der Guiding-Kamera möglicht viele Sterne sieht, evtl. das “Gamma” etwas aufziehen….
  • Anfangs könnte es hilfreich sein, den Leitstern automatisch von PHD2 wählen zu lassen  (Alt-S oder Menü: Erweiterungen -> “Autoauswahl Stern” – “Auto-select Star”); dazu wäre eine aktuelle Dunkelbild-Bibliothek sinnvoll.

In der Statusleiste unten links werden nun zwei Zahlen angezeigt:  m=… und SNR=…..???????

Danach kann man jetzt auf das Symbol “Guiding” klicken (rechts vom Symbol “Looping”). Da tut sich erst einmal garnichts. Ich dachte schon, alles Mist und den Versuch abbrechen.

Aber: Wenn man auf Guiding klickt, startet eben nicht das Guiding, sondern die Calibration. Es startet also die sog. Kalibrierung, was man unten links in der Statuszeile sehen kann, wo die Kalibrierungsschritte angezeigt werden….

Siehe auch: Menü -> Ansicht -> Sternprofil

6. PHD Calibration

Wenn man jetzt auf das Symbol “Guiding” (in der unteren Leiste das dritte von links) klickt, beginnt zunächst eine sog. Calibration.

PHDNeu-11

In der Statusleiste unten links werden die Kalibrierungsschritte angezeigt.

Warum Kalibrierung?

PHD2 benötigt die Kalibrierung für zwei Dinge:

  • messen wieviel ein Guiding-Impuls die Montierung bewegt (Bogensekunden bzw. Pixel)
  • messen des Drehwinkels der Guiding-Kamera in Bezug auf die Montierungsachsen

Ablauf der Kalibrierung

Zur Calibration werden mit Guiding-Impulsen in alle vier Richtungen (West, Ost, Süd, Nord) geschickt und dann gemessen, wieviele Pixel bewegt wurden; wobei nur die West- und Nord-Bewegungen tatsächlich für die Kalibrierungs-Rechnung herangezogen werden – Ost und Süd dient nur zum Zurückfahren.

Calibration: Einstellung der Guiding Steps

PHD2 möchte bei der Calabrierung 25 Pixel in jeder Richtung bewegen…
Evtl. hat man zu wenig Guiding-Steps; dann sollte unter Settings im Tab “Guiding” die Guiding Steps (ms) verändert werden am besten mit Hilfe der Schaltfläche “Calculate…”

Bevor man die Guiding Steps selber einstellt, sollte man Brennweite und Pixel-Größe der Guiding-Kamera korrekt eingegeben haben:

  • Brennweite: Erweiterte-Einstellungen (Brain Symbol) -> Nachführen -> Brennweite (mm)
  • Pixel-Größe:  Erweiterte Einstellungen (Brain Symbol) -> Kamera -> Pixel-Größe

Die zeitliche Länge (Dauer) eines Kalibrierungsschritts (in Millisekunden) kann man selbst per Hand eingeben. Wenn die Kalibrierung zu lange dauert, kann man die Dauer eines Impulses erhöhen, damit die angestrebten 25 Pixel mit weniger Schritten erreicht werden. Hilfreich ist dabei aber die Schaltfläche “Berechnung…” (hinter Erweiterte Einstellungen -> Nachführen -> Kalibrierungsschritte).

PHD2-Nachfuehren-01

Es wird empfohlen, die Nachführgeschwindigkeit mit 0,5 einzustellen.

Für die Anzahl der Kalibrierungsschritte wird so etwa 12 empfohlen. Man muss die Kalbrierung dann mal beobachten, ob die Anzahl der Kalibrierungsschritte mit der Dauer in Millisekunden passt, um eine Bewegung von 25 Pixel zu erreichen….

Calibration: Fertig

Nach erfolgreicher Kalibrierung springt in der Statuszeile unten rechts der Text “No cal” um in “Cal” und das eigentliche Guiding beginnt…

7. PHD Guiding und Optimierung des Guiding

Nachdem die Kalibrierung erfolgreich durchgeführt wurde geht das PHD in den Status “Guiding” (Nachführen) über. In der Statusleiste unten links erschein dann der Text “Guiding”…

Die Qualität des Autoguiding kann man gut im Informationsfenster “History Graph” (s.u. Menü -> View -> Display Graph)  verfolgen.

Falls die Qualität des  Autoguiding verbesserungswürdig erscheint, kann man mit diversen Einstellungen (“Settings”) versuchen Einfluss zu nehmen.

PHD2 Logging

Der Ort der Log-Files wird bestimmt durch:  Advanced Settings (Brain Symbol) -> Global -> Log File Location

Standard: C:\users\xxxxxx\Documents\PHD2

Guter LogViewer:

PHD2 Einstellungen

Schaltfläche “Brain”

  • TAB Global
    • Noise Reduction: None  (ist soetwas ähnliches wie “Binning”, wird bei guten Kameras nicht gebraucht…)
    • Focal Length:  180mm (my GuideScope50)
    • Target SNR: mindestens 15      (und auto exposure 0,01 bis 1,0 oder so. Bei “auto” versucht PHD den vorgegebenen SNR einzuhalten)
  • TAB Guiding
    • Fast recenter after calibration or dither: Das sollte man ankreuzen
    • Auffindregion: 15 Pixel ist wohl default – man kann das bei Bedarf auch etwas größer machen.
    • XYZ
  • TAB Camera
    • Pixel Size:  3,75
    • Disconnect unresponsive camera: change from 5 to 30 sec
  • TAB Mount
    • Enable Guide Output: YES
    • RA Algorithm: Hystereis
      • Hysteresis Guide Algorithm
      • Hystereris: 15    (eine Art Glättung)
      • Aggression: 20
      • Minimum Move: 0,5 pixel   (sollte mit dem Guiding Assistant eingestellt werden)
    • Declination Algorithm: Resist Switch   (versucht Deklination nur in einer Richtung zu korrigieren)
    • Calibration Steps: xxxxx

PHD2 Informationsfenster

Welche Fenster aufmachen ? Im Menüpunkt “View” können verschiedene Informationsfenster aktiviert werden, z.B.

  • History
  • Target
  • Guide Stats
  • u.a.

Fenster: History Graph

Einstellungen rechts oben:

  • Maßstab der x-Achse:  x 200
  • Maßstab der y-Achse: +/- 4″ oder auch 8″
  • Settings: Arc Seconds  (nicht Pixel)
  • Correction:     anhaken (das genau will man ja)
  • Trend:  nicht immer sinnvoll

Unterhalb des Graphen können folgende wichtige Einstellungen vorgenommen werden:

  • RA aggression: 30
  • Dec aggression: 30
  • RA Hysteresis: 15
  • Dec Hysteresis: N/A
  • RA MinMo: 0,30      (mit dem Guiding Assistant)
  • Dec MinMo: 0,30     (mit dem Guiding Assistant)
  • Scope Max  RA=2000,  Dec=2000
  • Dec = Auto/North/South/Off

 

Astronomie: Kleinplaneten – Asteroiden – Zwergplaneten – Ceres, Pallas, Juno, Vesta

Meine Fotos von Vesta

Im Januar 2017 stand der Kleinplanet Vesta in Opposition und konnte von Hamburg aus gut beobachtet werden. Die scheinbare Helligkeit von Vesta liegt dabei so um 6,5 mag (am 30.1.2017) .

Eine Aufsuchkarte finden wir z.B. bei “Abenteuer Astronomie“: https://abenteuer-astronomie.de/18-januar-vesta-opposition/

Vesta2017BahnAbAs-678x381

Die scheinbare Bewegung von Vesta im Laufe einer Nacht liegt so etwa bei 7 Bogenminuten in 10 Stunden, wie man beispielsweise mit Hilfe von Stellarium abschätzen kann.

Wenn ich nun im Laufe einer Nacht mehrere Aufnahmen mit gleichem Bildmittelpunkt mache und sie dann übereinanderlege z.B. mt Deep Sky Stacker und der Maximum-Funktion, erhalte ich ein eindrucksvolles Gesamtbild von der Bewegung des Kleinplaneten Vesta.

In der Nacht vom 30.1. auf den 31.1.2017 habe ich mehrere Aufnahmen, gemacht. Drei davon (19:55, 23:42, 03:11 Uhr) sind gut geworden.
Das Gesichtsfeld beträgt etwa 47′ x 47′.

920170131_Vesta_beschriftet

Das Teleskop befindet sich in Mayhill, New Mexico, (also Remote) und ist ein Takahashi TAO150, f=1013mm, f/7.3 mit einem Imager SBIG ST-4000 XMC, 2048 x 2048 Pixel je 7,4 µ.

Jedes der drei Einzelfotos ist 120 Sekunden belichet.

Hintergrund: Die Kleinplaneten (Asteroiden)

Vesta wurde als vierter Kleinplanet 1807 von Wilhelm Olbers in Bremen entdeckt.

(1) Ceres: 1801 von Giuseppe Piazzi enteckt
(2) Palles 1802 von Olbers entdeckt
(3) Juno 1804 von Karl Ludwig Harding  entdeckt
(4) Vesta 1807 von Olbers entdeckt

Nachdem Wilhelm Herschel 1781 den Planeten Uranus entdeckt hatte, wurde zwischen Mars und Juputer nach einem Planeten gesucht, was Johann Bode aus Berlin anregte, weil die Titus-Bode-Reihe einen Planeten mit einem Sonnenabstand von 2,8 A.E. vorhersagte.

Piazzi entdeckte im Januar 1801 tatsächlich ein Objekt, das er zunächst für einen Kometen hielt. Seine Beobachtungsreihe musste er im Februar 1801 wegen einer Krankheit beenden. Erst dann veröffentlichte er seine Beobachtungsdaten.  Andere Beobachter konnten das Objekt nicht wieder finden, weil es nun zu nahe an der Sonne stand. Wilhelm Olbers konnte aber aus den Beobachtungen vom Januar und Februar die Bahn berechnen, wobei er die von Karl-Friedrich Gauss entwickelte Methode der kleinsten Quadrate anwenden konnte.  Damit konnte das Objekt im Dezember 1801 wieder gefunden werden. Die Bahnberechnungen von Olbers ergaben tasächlich eine große Halbachse von 2,77 A.E. was die Erwartungen voll erfüllte.  Das Objekt erhielt den Namen Ceres und wurde, da es ideal in die Titus-Bode-Reihe passte, auch als “Planet” klassifiziert. Auch die danach in kurzer Reihenfolge entdeckten Pallas, Juno und Vesta wurden als Planeten angesehen.

Erst nachdem ab 1845 immer mehr solche Objekte entdeckt wurden (Astraea etc.), konnte man diese doch nicht alle als “Planeten” ansehen. Herschel machte den Vorschlag, diese Objekte “Asteroiden” zu nennen (Asteroid = sternenartig), weil er keines dieser Objekte in seinem Fernrpohr als Scheibchem auflösen konnte und sie also in Herschels Teleskop “wie Sterne” aussahen.

So wurden Ceres, Pallas, Juno und Vesta vom “Planeten” zum “Asteroiden” degradiert. Viel später wurde Ceres auf Grund der Definition der IAU aus dem Jahre 2006 wieder befördert, diesmal zum “Zwergplaneten“. Die anderen Asteroiden wie Pallas, Juno, Vesta etc. bekamen von der IAU nicht den Status “Zwergplanet”, sondern heissen nun “Small Solar System Bodies“, weil ihre Masse nicht ausreichte, ihre Gestalt durch die Eigengravitation in ein hydrostatisches Gleichgewicht (d.h. eine runde Gestalt) zu bringen.

In der Tat sind die Asteroiden ziehmlich klein, was folgendes Bild veranschaulicht:

astsizess

Quelle & Copyright: http://pics-about-space.com/juno-asteroid-size-comparison?p=5#img16353166104685044316

Nur Ceres hat es in seiner Frühzeit geschafft, eine Kugelgestalt (Rotationsellipsoid) anzunehmen; Pallas, Juno und Vesta sind mehr oder weniger “kartoffelartig”.

Hintergrund: Zwergplanet Pluto

Pluto ereilte ein ähnliches Schicksal wie Ceres. Nach seiner Entdeckung 1930 wurde er als Planet eingestuft und später 2006 dann zum “Zwergplaneten”.

Die Größenverhältnisse von Pluto, Ceres und Vesta etc. zeigt folgendes Bild (From Wikimedia Commons, the free media repository):

Ceres-Vesta-Pluto-and-Moon-size-fr

Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ceres-Vesta-Pluto-and-Moon-size-fr.png

Als weitere Parallele zu Ceres wurde Pluto bei seiner Entdeckung als Einzelobjekt gefunden und erst später erkannte man, dass es eine Vielzahl von ähnlichen Objekten in seiner Ecke des Sonnensystems, die  sog. “Transneptunische Objekte” gibt.

Die größten Transneptunischen Objekte zeigt folgendes Bild aus WikiMedia:

AchtTNOs

Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b3/AchtTNOs.png