Astro-Fotografie mit Nachführung

Einführung:
für die Ausrichtung und Nachführung auf Objekte am Himmel werden hauptsächlich zwei Bezugssysteme verwendet. Eines bezieht sich auf die Erde, das horizontale System das andere auf den "Himmel", das parallaktische System. Während die Position von z.B. >Satelliten< meist im horizontalen System mit Werten von Azimut und Elevation angegeben werden bevorzugt man für Sterne und andere Himmelsobjekte das parallaktische System mit den Angaben Rektaszension und Declination.
Dieser Unterschied hat zwei gewichtige Gründe. Zum Einen reicht beim parallaktischen System zum Nachführen die Bewegung in nur einer Achse, der Rektaszension und zum Anderen wird so auch einen Drehung der Objekte kompensiert.
Der Unterschied zwischen der praktischen Ausführen der Montierung in beiden System ist nicht so groß. Beiden haben zwei um 90° versetzte Achsen. Während aber beim horizontalen System eine Achse, die Azimutachse zum Zenit zeigt wird beim parallaktischem System eine Achse, die Rektaszensionsachse parallel zur Drehachse der Erde eingestellt. D.h. der Winkel der Achse mit dem Horizont entspricht der örtlichen geograhischen Breite, in München etwa 48°, ihre Ausrichtung liegt auf dem Großkreis der geografischen Länge, in Nordsüd-Richtung.

Das parallaktische System:

Das rechte Bild mit einer Strichspuraufnahme der Stern in nördlichen Richtung zeigt die scheinbare, kreisförmige Bewegung der Sterne

Das linke obere Bild zeigt eine sogenannte "Deutsche Montierung", wie sie oft mit einfachen Teleskopen verkauft wird. Zum Betrieb muss die Stundenachse mittels der Elevations- und Azimutachse auf den Himmelspol eingestellt werden, in unseren Breiten natürlich auf den nördlich en Himmelspol. Nach erfolgter Justierung wird das Objekt der Begierde mit Deklinations- und Rektaszensionsachse in Bildfeld gebracht. Nun braucht nur noch die Rektaszensionsachse mit 15° pro Stunde gedreht werden um das Objekt im Bildfeld zu behalten Leider hat die Deutsche Montierung auch Nachteile. Vom Fundament bis zur Kamera werden vier verstellbare Achsen benötigt, Azimutachse > Elevationsachse > Rektaszensionsachse > Deklinationsachse. Um brauchbar zu sein muss deshalb die Anordnung sehr stabil ausgeführt sein, bei Ausführungen mit einem Preis von ca. 100 € ist das leider meist nicht der Fall. Auch der Selbstbau ist nur mit großem, maschinellem Aufwand möglich.

Einen Ausweg bieten Barndoor (Scheunentor) Montierungen die leicht selbst zu bauen sind und im einfachsten Fall nur ein paar Bretter, Schaniere und einen Synchronmotor benötigen, Bauanleitungen gibt's genügend im Netz..

Hier wurde ein anderer Weg beschritten und eine Montierung gebaut die zwar einer Barndoor ähnelt aber nicht deren Nachteile (Tangentialfrehler) aufweist. Als Baumaterial wurde Plexiglas gewählt weil es ausreichend vorhanden, leicht bearbeitbar und trotzdem einigermaßen stabil ist.

Die Stundenachse wird über einen Zahnriemen und ein Schneckengetriebe von einem Schrittmotor angetrieben wird. Die Deklinationsachse ist mit einem stabilen Winkel auf das Stundenrad geschraubt.Der Schrittmotor zur Drehung der Stundenachse über einen Treiber TB6560HQ angesteuert. Wird der Feinschrittmodus des Treiber aktiviert läuft der Motor mit 1600 Schritten pro Umdrehung, zusammen mit der Schnecken- und der Zahnriemenuntersetzung sind das 575892 Schritte pro Umdrehung der Stundenachse. Um den Gleichlauf mit der Erdrotation herzustellen muss somit der Treiber mit einer Frequenz von 6,666Hz angesteuert werden.
Die Deklinationsachse wird ebenfalls über einen Zahnriemen angetrieben, aber nicht von einem Schrittmotor sondern von einem Gleichstrommotor. Um trotzdem eine Lagemeldung zu erhalten wurde ein Potentiometer an die Achse gekoppelt.
Die Steuerpulse für den Schrittmotor und die PWM-Pulse für den DC-Motor werden von einem Arduino-Baustein erzeugt. Die Referenzposition der Stundenachse wird durch eine Gabellichtschranke bestimmt. Die Stellung der Deklinationsachse wird mit einem Potentiometer gemessen.. Der Arduino steuert über ein Relais die Belichtung der Kamera und auch die Spannung zur Versorgung der Kamera wird von der Platine bereit gestellt.

Die Steuerung der Nachführung erfolgt vom warmen Zimmer aus durch ein Delphi-Programm. Um aber vor Ort eine bestimmte Position am Himmel einstellen zu können ist noch eine Handsteuerbox angeschlossen mit der die Rektaszensions- und Deklinationsachse verfahren und die Kamera ausgelöst werden können.


Die folgenden beiden Bilder zeigen die Wirksamkeit der Nachführung. Für beide Bilder wurde eine Brennweite von 400mm und eine Belichtungszeit von 30 Sekunden verwendet. Natürlich muss die Stundenachse noch genau


Leider stand der Orionnebel zum Aufnahmezeitpunkt ( ) schon recht niedrig am Himmel sodass die Aufnahme durch den Lichtsumpf der Großstadt gestört wurde. Trotzdem sind schon mehr Details als beim >Bild ohne Nachführung< zu sehen. .	Die hochstehenden Plejaden werden gut wieder gegeben. Sogar die Reflektionsnebel sind zu sehen.
Beiden Bilder sind aus etwa 50 Einzelaufnahmen mit Belichtungszeiten zwischen einer und 30 Sekunden gestackt. Die Blende betrugt 1:2,8 und die Kamera war auf 3200 ASA eingestellt. Das Objektiv hat eine Brennweite von 180 mm. Die Bilder zeigen somit nur einen kleinen Ausschnitt aus den Rohbildern


Einer der hellsten Sterne in der nördlichen Frühlingsnacht ist die Vega	Deneb im Schwan mit Nordamerika-Nebel NGC 7000

die Andromedagalaxis M 31 mit den Galaxien M 32 und M 110 im Sternbild Pegasus	Der Ringnebel M 57 in der Leier ist als bläuliches Scheibchen gerade noch zu erkennen. Er ist aber mit 1,4' x 1 ' recht klein und nimmt gerademal 14 Pixel im Bild ein

Auch der 20' x 20' große Kugelsternhaufen M13 im Herkules wird schlecht aufgelöst	Ähnliches gilt für den 8' x 6' großen Hantelnebel M27 im Schwan
Für die drei letzten Objekte müßte mit einer deutlich größeren Brennweite als die verwendeten 180 mm gearbeitet werden. Immerhin sieht man dass auch in einer Licht verseuchten Grossstadt wie München ganz brauchbare Astrofotos gemacht werden können.

Der berühmte Pferdekopf-Nebel am Gürtel des Orion ist (im Kreis) zu erahnen	Rosettennebel (NGC 2238) im Einhorn

NGC 7298, ein planetarischer Nebel im Wassermann	NGC 1499, ein Gasnebel im Perseus

NGC 6960, ein Supernovaüberrest im Schwan	M1, der Krebsnebel im Stier, ebenfalls die Reste einer Supernova

Das im Fadenkreuz befindliche Lichtpünktchen ist der Quasar CGRaBS J2204+3632, dessen Licht 855 Millionen Jahre bis nach München braucht	Noch länger, 8,7 Milliarden Jahre, brauchte das Licht von HS2154+2228. Zur besseren Sichtbarkeit wurde das Bild invertiert.