Astro Filter: Nachts Sterne mit modifizierten Kameras fotografieren

Die Infrarot Fotografie zeigt bekanntlich vertraute Landschaften in einem abstrakten, künstlerischen und neuen Licht. Bei der Astro- oder Sternfotografie geht es aber eher darum, die Objekte möglichst „natürlich“ abzubilden, so wie wir sie auch sehen. Das ist vor allem für Nachtlandschaften wichtig, bei denen auch noch ein spannender Vordergrund zu fotografieren ist.

Nachtaufnahme mit einer Astromodifizierten Kamera

Vorteile einer Astromodifizierten Kamera

Moderne Digitalkameras haben eine hervorragende Empfindlichkeit bei gleichzeitig gutem Rauschverhalten und hohem Dynamikumfang. Ja man kann sogar schon mit dem Smartphone den Sternenhimmel in akzeptabler Qualität festhalten. Also was um alles in der Welt gibt es bei dieser Art der Fotografie noch weiter zu verbessern? Um diese Fragen zu beantworten müssen wir über die Bereiche des Spektrums reden, die wir mit einer normalen Kamera nicht mehr sehen können.

Was ist H-Alpha Strahlung?

Ein leuchtendes Objekt sendet Licht aus. Das kann eine Kerze, eine LED Lampe oder ein Stern sein. Das Licht ist aber nicht gleich: Es unterscheidet sich je nach Lichtquelle in seinem Spektrum – einfach gesagt in der Verteilung der Farben. Was wir als Weißes Licht wahrnehmen ist in Wahrheit eine Mischung aus allen Spektralfarben. Wie ein Spektrum aussieht, also welche Farben darin vorkommen, hängt unter anderem von der Zusammensetzung der Lichtquelle auf Teilchenebene ab. Das mit Abstand häufigste Atom im Universum ist Wasserstoff (Formelzeichen H), und nun wird es wieder interessant.

Wenn Wasserstoff angeregt wird (z.B. durch Hitze oder Strahlung) sendet es Licht aus. Aber kein weißes Licht, sondern ganz diskrete Wellenlängen (also Farben). Die stärkste Wellenlänge dabei ist die sogenannte H-Alpha Strahlung – sie hat eine Wellenlänge von genau 656,28 Nanometern (nm). Diese Wellenlänge korrespondiert mit einem tiefen Rot in dem von uns sichtbaren Spektrum. Während wir diese Wellenlänge mit unseren Augen gerade noch sehen können, fällt das den meisten Digitalkameras leider schwer.

Transmissionskurve eines Astrofilters - H-Alpha kann ungehindert passieren
Transmissionskurve eines Astrofilters – H-Alpha kann ungehindert passieren

Astrofotografie mit einer Normalen Kamera

Je nach Hersteller und Modell liegt die H-Alpha Empfindlichkeit einer Digitalkamera nur zwischen 10 und 30 %, typischerweise um 15 %. Das macht diese Spektralbereiche in der sowieso schon sehr dunklen Nacht praktisch unsichtbar. Schuld daran ist der UV/IR Sperrfilter (auch Hotmirror genannt), welcher von den Herstellern direkt vor dem Sensor installiert wird. Dieser ist nötig um tagsüber eine gute Farbwiedergabe zu gewährleisten, ist aber für den Astrofotografen genauso ein Dorn im Auge wie für den Infrarotfotografen. Deswegen wird der Sperrfilter bei einer Astromodifikation ausgebaut und durch einen Filter ersetzt der die H-Alpha Strahlung passieren lässt.

Astromodifizierte Kamera vs Normale Kamera

Auch wenn der Anteil von Wasserstoff im Universum sehr groß ist, so ist die Verteilung nicht gleichmäßig. Es gibt Objekte im Nachthimmel, die einen sehr geringen Anteil an H-Alpha Strahlung abgeben und es gibt Objekte, die fast ausschließlicht in diesem Bereich abstrahlen (z.B. einige Nebel). Eine erhöhte H-Alpha Empfindlichkeit macht diese Bereiche auf den Bildern überhaupt erst sichtbar, was zu einem viel interessanteren und „farbenfroheren“ Bild führt. Was durch einen Umbau allerdings nicht wesentlich verbessert wird ist die Grundempfindlichkeit der Kamera. Obwohl theoretisch mehr Licht auf den Sensor gelangt, fällt der tatsächliche Helligkeitsgewinn in den Bereich unter 1/3 EV.

Normale Kamera vs. Astromodifizierte Kamera
Links: Normale Kamera | Rechts: Astromodifizierte Kamera

Welche Filter eignen sich für einen H-Alpha Umbau

Für die Astrofotografie ist eine reine IR Kamera mit z.B. 630 nm Infrarot Filter nicht die beste Wahl. Natürlich sind die Kameras nach dem Umbau ausreichend sensitiv, um auch nachts die Sterne erfassen zu können und außerdem sehen sie auch die H-Alpha Bereiche des Spektrums. Wie eingangs beschrieben ist die Astrofotografie aber typischerweise daran interessiert die natürlichen Verhältnisse abzubilden. Wer Lust verspürt mit der Infrarot Kamera auf die Sternenjagd zu gehen den möchte ich aber an dieser Stelle auch nicht aufhalten.

630 nm
Nachtaufnahme mit einer Infrarotkamera

Vollspektrum Umbau für Astrofotografie

Ein Vollspektrum Umbau mit 280 nm Langpass Filter öffnet die Kamera für das komplette Spektrum vom UV bis in den IR Bereich hinein, also einschließlich des H-Alpha Bereiches. Solch eine Kamera kann ohne zusätzliche Filter mit einem tatsächlichen Empfindlichkeitsgewinn betreiben. Auf der anderen Seite ist man sehr flexibel und kann Vorschraubfiltern am Objektiv bzw. Teleskop benutzen, um das Spektrum einzuengen. Multispektrale Aufnahmen mit Schmalbandpass Filtern und eher wissenschaftliche Analysen werden damit möglich, man hat wirklich die maximale Freiheit mit solch einer Kamera.

Allerdings sind die Farben, die eine Vollspektrum Kamera produziert durch die Mischung diverser Wellenlängen deutlich „daneben“ und bedürfen aufwändiger Nachbearbeitung, wenn keine zusätzlichen Filter benutzt werden. Mit langen Brennweiten und Teleskopen ist dies in der Regel relativ einfach durch einen Weißabgleich korrigiert. Neben den verschobenen Farben werden sich zusätzlich weitere Schwächen des Objektives präsentieren. UV und IR Licht, die zu gewissen Anteilen auf den Sensor treffen, werden unterschiedlich stark gebeugt. Grundsätzlich ist mit einem erhöhten Maß an chromatischen Abberationen und Farbrändern zu rechen, weshalb das „Nackte“ Fotografieren ohne zusätzliche Filter problematisch ist.

Links: Normale Kamera | Rechts: Vollspektrum Kamera
Links: Normale Kamera | Rechts: Vollspektrum Kamera

Sobald aber mit Weitwinkel Objektiven fotografiert wird, gibt es weitere Probleme – hauptsächlich wegen der allgegenwärtigen Lichtverschmutzung. Diese erhält mit einer Vollspektrum Kamera eine grünliche Färbung, statt dem gewohnten Gelb-Orange Farbton. Außerdem kann in Abhängigkeit von der Lichtverschmutzung in der direkten Umgebung eine deutliche Lila-Färbung der Vegetation auftreten.

Für Nachtlandschaften mit Weitwinkel Objektiven kann ich einen Vollspektrum Umbau nicht empfehlen, es sei denn ein zusätzlicher Clip-In Filter wird benutzt (mehr dazu im nächsten Abschnitt). Die Anwendung an einem Teleskop kann jedoch nützlich sein, vor allem mit zusätzlichen Filtern.

Kameraumbau mit einem „richtigen“ Astrofilter

Ein „richtiger“ Astrofilter, oder auch Luminanzfilter genannt, ist ein UV/IR Sperrfilter, der nur den sichtbaren Spektralbereich passieren lässt, so wie der original verbaute Sperrfilter. Der Astrofilter ist jedoch im nahen Infrarotbereich noch etwas länger offen und ermöglicht so dem H-Alpha Spektralbereich ungehindert zum Sensor zu gelangen. Die wohl besten Filter für diesen Zweck werden von der Firma Astronomik hergestellt – wir verbauen den Astronomik L2 Filter.

Ein „richtiger“ Astrofilter hat so gut wie keine Probleme mit chromatischen Abberationen, weil keine UV oder Infrarot Bereiche in den Strahlengang gelangen. Außerdem zeigt sich keine untypische Verfärbung von Himmel oder Vegetation durch Lichtverschmutzung, die Landschaft im Bild wirkt natürlich und ausgeglichen. Natürlich kommt es zu einer Farbverschiebung ins Rot hinein, aber dies ist durch einen einfachen Weißabgleich gut und schnell korrigiert – auch mit Weitwinkel Objektiven.

Links: Normale Kamera | Rechts: Kamera umgebaut mit Astrofilter
Links: Normale Kamera | Rechts: Kamera umgebaut mit Astrofilter

Alles in allem hat der Astrofilter praktisch alle Nachteile eines Vollspektrum Umbaues beseitigt (auch wenn an sich keine erhöhte Grundempfindlichkeit zu beobachten ist). Ein wichtiger Nachteil bleibt aber noch: Diese Filter sind relativ teuer und mit einem deutlichen Aufpreis gegenüber einer Vollspektrum Kamera behaftet. Wer sowieso die Anschaffung weiterer (Bandpass-) Filter plant wäre also, zu mindestens für die Arbeit am Teleskop, günstiger mit einem Vollspektrum Umbau.

Schließlich gibt es noch eine hervorragende Möglichkeit um eine Vollspektrumkamera nachts als Astrokamera (und tagsüber als Infrarotkamera) zu benutzen: Mit Clip-In Filtern. Das sind kleine Filter, die direkt im Bajonett zwischen Objektiv und Sensor befestigt werden. Astrofilter funktionieren bei Weitwinkel Objektiven (unter 50 mm KB äquivalient) leider nicht vor dem Objektiv, weshalb diese Filter unbedingt vor dem Sensor platziert werden müssen. Ich möchte an dieser Stelle wieder auf die hervorragenden Filter der Firma Astronomik verweisen (Leider noch nicht für alle Kamerahersteller verfügbar).

Welche Kamera eignet sich am besten für einen Astroumbau

Wie auch für einen Infrarot Umbau gilt bei einem Astroumbau: Die Sensoren aller Hersteller sind praktisch identisch was ihre Empfindlichkeit im H-Alpha Spektralbereich angeht. Wesentlich interessanter und wichtiger ist das Rauschverhalten und der Dynamikumfang des Sensors – schließlich fotografieren wir in sehr dunklen Lichtverhältnissen mit hohen ISO Werten. Das ist keine große Herausforderung für alle Kameras die seit Mitte der 2010er Jahre auf den Markt gekommen sind. Noch ältere Kameras werden sich leider in dieser Disziplin schwer tun. Also kurz gesagt: Jede halbwegs modernen Kamera eignet sich für einen Astroumbau.

Zwei technische Einschränkungen gibt es jedoch, weshalb nicht alle Kameras aus der Preisliste auch im Shop für den Astroumbau zur Verfügung stehen.

  1. Es gibt Kameras, die intern eine Infrarot LED verbaut haben, oft ist dies Teil des Verschlussmechanismus. Das Streulicht dieser LEDs stört das Bild bei einer Nachtaufnahme und macht es im schlimmsten Fall unbrauchbar. Dieses Problem betrifft z.B. alle Sony Alpha 7 Kameras der 2. Generation, weshalb sie nicht für einen Astroumbau auswählbar sind.
  2. Die Astrofilter sind nicht in allen Materialstärken verfügbar, weshalb z.B. keine Olympus oder Panasonic Kameras umgebaut werden können. In diesem Fall kann aber eine Vollspektrum Modifikation bestellt werden, in Kombination mit einem Clip-In Filter sind die Kameras dann auch gut für Nachtlandschaften zu gebrauchen.

Panorama der Milchstraße - aufgenommen mit Astrofilter
Panorama der Milchstraße – aufgenommen mit Astrofilter