Digitale Astrofotografie mit einfachen Mitteln

Fachartikel

Dieser Fachartikel bietet eine Einführung in die digitale Astrofotografie. Menschen, die regelmäßig den Nachthimmel beobachten, entwickeln oft den Wunsch, ihre Eindrücke fotografisch festzuhalten. Astrofotos faszinieren durch ihre Ästhetik. Mit ihrer Hilfe erschließen sich aber auch wesentliche Aspekte der Bewegungen und der physikalischen Abläufe am Sternhimmel.

Das durch die rasante Entwicklung der Digitalfotografie und die zunehmende Verbreitung digitaler Spiegelreflexkameras in schulischen Projekten erschließbare Potenzial der Astrofotografie ist enorm: Eine Kamera, ein Stativ und ein Fernauslösekabel ermöglichen Himmelsfotos, die nicht nur optisch ansprechend sind, sondern auch astronomisch-physikalisch ausgewertet werden können. So gelingt ohne großen Zeit- und Materialaufwand die Dokumentation der scheinbaren Rotation des Sternhimmels, die Erfassung der Bewegung von Kleinplaneten, oder das Aufspüren von Galaxien und Gasnebeln. Kostenlos im Internet verfügbare Software erlaubt es, Schülerinnen und Schülern wichtige Aspekte und Techniken der allgemeinen und der astronomischen Bildbearbeitung zu vermitteln. Zusammen mit einigen Beispielen finden Sie hier entsprechende Anleitungen zur Bildbearbeitung sowie Astrofotos im Rohzustand, die Sie für erste eigene "Trockenübungen" nutzen können.

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler

nehmen Fotos des Sternhimmels mit einer digitalen Kamera auf.
erlernen an eigenen Astrofotos grundlegende Techniken digitaler Bildbearbeitung (Histogramm- beziehungsweise Tonwertkurvenbearbeitung, Kontrastveränderung, Reduzierung der Auswirkungen von Vignettierung und künstlicher Himmelsaufhellung).
dokumentieren durch Astrofotos die scheinbare Rotation des Sternhimmels in GIF-Animationen.
erschließen die Lage der Himmelspole aus Sternfeldaufnahmen.
konstruieren durch die Addition zahlreicher kurz belichteter Fotos "quasi-nachgeführte" Himmelsaufnahmen.

Kurzinformationen zum Unterrichtsmaterial "Astrofotografie"

Thema	Digitale Astrofotografie mit einfachen Mitteln
Autor	Peter Stinner
Fächer	Astronomie, Geographie, Naturwissenschaften ("NaWi"), Astronomie-AGs, Foto-AGs, Klassenprojekte
Zielgruppe	ab Klasse 7 bis Jahrgangsstufe 13
Zeitraum	Im Laufe eines einzigen Abends lassen sich zahlreiche Astrofotos gewinnen. Für die Vorbereitungen und eine erste Bildbearbeitung und Auswertung von Strichspuraufnahmen am Computer genügt jeweils eine Unterrichtsstunde. Falls weiterführende Techniken, wie zum Beispiel die Bildaddition ganzer Fotoserien zur Erzeugung quasi-nachgeführter Himmelsfotos, erarbeitet werden sollen, sind 3-5 Unterrichtsstunden einzuplanen.
Technische Voraussetzungen	Digitale Spiegelreflexkamera mit Fotostativ und idealerweise Fernauslöser; Computer für die Einzel- und Partnerarbeit bei der Bildbearbeitung und Auswertung
Software	Planetarium-Software, zum Beispiel Stellarium oder Cartes du Ciel (kostenfreie Downloads) für die Auswahl zu fotografierender Sternbilder beziehungsweise Himmelsausschnitte; GIMP (kostenfreier Download) als Bildbearbeitungssoftware; Fitswork (kostenloser Download) für speziellere astronomische Aspekte der Bildbearbeitung, GiftedMotion zur Erzeugung von GIF-Animationen (kostenloser Download)

Didaktisch-methodischer Kommentar

Für ansprechende Fotos des nächtlichen Himmels benötigt man als Mindestausrüstung eine digitale Spiegelreflexkamera (oft bezeichnet als DSLR = Digital Single Lens Reflex Camera) und ein Fotostativ. Ohne Stativ sind verwacklungsfreie Aufnahmen mit bis zu vielen Minuten Belichtungszeit unmöglich. Auf Exkursionen oder Urlaubsreisen hilft auch ein leichtes Taschenstativ. Weitere nicht zwingend erforderliche, aber hilfreiche technische Hilfsmittel werden an geeigneten Stellen dieses Artikels benannt und kurz beschrieben. Alle Beispielbilder des Artikels wurden - soweit nicht anders genannt - vom Autor mit Canon-Kameras (EOS 350D und EOS 1000D) aufgenommen. Die erwähnten und beschriebenen Funktionen dieser Kameras des unteren Preissegments bieten natürlich auch Spiegelreflexkameras anderer Hersteller. Bei der Bildbearbeitung wird ausschließlich auf die Bearbeitung von JPG-Dateien eingegangen. Fortgeschrittene Fotografinnen und Fotografen werden das kameraspezifische RAW-Format (bei Canon: CR2-Format) mit seinen vielfältigeren Möglichkeiten nutzen.

Einzelaufnahmen mit Kamera und Stativ
Bei längeren Belichtungszeiten erscheinen Sterne als Strichspuren. Zusammen mit Landschaftselementen ergeben sich daraus ästhetisch reizvolle Bilder.
Die Aufnahmetechnik
Tipps zu Montage und Ausrichtung der Kamera, Sensorempfindlichkeit, Fokussierung, Belichtungszeiten und Blendenöffnungen sowie zum Auslösen der Belichtung
Einzelbildbearbeitung
Am Beispiel von Fotos der Milchstraße und eines Sternfelds werden die Bearbeitung von Tonwertkurve, Kontrast und Hintergrundhelligkeit mit GIMP und Fitswork erläutert.
Was erzählen die Bilder?
Möglichkeiten zur Darstellung der scheinbaren Drehung um den Himmelspol und hellerer Großstrukturen der Milchstraße sowie ein Himmelsäquator-Effekt werden vorgestellt.