First Light. Andreas Müller

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1 First Light Andreas Müller 22. Juni 2016

2 First Light Definition Definition aus der Wikipedia: In astronomy, first light is the first use of a telescope (or, in general, a new instrument) to take an astronomical image after it has been constructed. Anlass Die HSR hat ein neues Teleskop Celestron EdgeHD 1400 beschafft. Technische Daten Eigenschaft Symbol Wert Öffnung D 356 mm Brennweite f 3910 mm Öffnungsverhältnis f /11 Auflösung 0.33 Grenzgrösse 15.3 mag

3 Beobachtungen Standort Die Beobachtungsverhältnisse in Rapperswil sind nicht optimal Die Stadt hellt den Himmel stark auf, schwache Objekte können nicht beobachtet werden. Der See speichert viel Wärme, und verursacht viel Turbulenz. Der First Light Event findet daher auf der Satellegg statt. Planeten Masstabsgetreue Darstellung der Planeten, aufgenommen mit einem Celestron EdgeHD Jupiter: Entfernung 751 Mio km Durchmesser km Winkeldurchmesser 39.1 Helligkeit 2.2 mag Saturn: Entfernung 1351 Mio km Durchmesser km Winkeldurchmesser 18.2 Helligkeit 0.1 mag Mars: Opposition 22. Mai, Erdnähe 30. Mai 2016 Mond Entfernung 75 Mio km Durchmesser 6792 km Winkeldurchmesser 18.6 Helligkeit 2.0 mag Phase Datum sichtbar Helligkeit α Vollmond 21. Mai :33 05: mag Letztes Viertel 29. Mai :55 13: mag Neumond 5. Juni :12 21: mag Erstes Viertel 12. Juni :26 01: mag 29.93

4 Astrophotographie mit DSLR Adapter Zum Anschluss an das Teleskop wird ein Adapter benötigt. Teleskopseitig ist der T2-Anschluss üblich, man braucht daher einen zur Kamera passenden T2-Adapter. Adapter für Nikon und Canon EOS stehen zur Verfügung. Auflösung Typische Sensoren moderner DSLR haben eine Auflösung von Pixeln. Die Pixelgrösse ist daher etwa 3.7µm (APS-C) oder 6µm (Vollformat). Öffnung Auflösung Brennweite Pixelgrösse 3.7 µm 6 µm neu: 356 mm mm alt: 279 mm mm Nach dem Sampling-Theorem muss die Pixelgrösse halb so gross wie die gewünschte Feature-Grösse sein. Der Bayer-RGB-Filter des Chips reduziert dies nochmals um den Faktor 1.5. Barlow-Linse Eine Barlow-Linse verlängert die Brennweite um den Faktor 2 bis 3. Damit können auch Kameras mit grossen Pixeln feine Details auflösen. Zur Verfügung steht ein Fluorit-Flatfield-Converter (FFC) von Baader, der dank Fluorit-Linsen kaum Farbfehler hat. Belichtungszeit Mond und Planeten sind hell genug, dass sie mit einer DSLR mit kurzer Belichtungszeit scharf abgebildet werden können. Belichtungszeit bei ISO 800: Planet Durchmesser Belichtungszeit arc Pixels f /10 f /20 Mars /60 1/250 1/30 1/125 Jupiter /60 1/250 1/30 1/125 Saturn Saturnringe /30 1/125 1/15 1/60 Mond /125 1/250 1/60 1/125

5 Vorbereitungen DSLR Wer mit einer DSLR Astroaufnahmen machen will, muss die manuelle Steuerung der Kamera beherrschen, insbesondere die folgenden Funktionen. Bildformat Da die Bilder nachträglich stark bearbeitet werden sollen, müssen die Bilder mit möglichst hoher Qualität gespeichert werden. Weissabgleich Da es nichts abzugleichen gibt, sollte die Kamera auf Tageslicht eingestellt sein. Empfindlichkeit und Belichtungszeit Am Teleskop gibt es keine Blendeneinstellung, das Öffnungsverhältnis ist fest: f /11. Die Belichtung wird über Empfindlichkeit (ISO) und Belichtungszeit gesteuert. Es müssen abgewogen werden: Astronomische Objekte sind nicht bewegungslos, Bilder werden von der unruhigen Luft bewegt. Lange Belichtungszeiten führen zu Bewegungsunschärfe. Hohe Empfindlichkeit führt zu Bildrauschen, das die Bildverarbeitung behindert. Scharfstellen Manuelles Scharfstellen im Sucher ist einigermassen schwierig, weil die Objekte sehr klein sind. Mit Live-View mit Zoom kann man den Bildschirm der Kamera zum Scharfstellen verwenden. Video-Aufnahme mit DSLR Crop-Video-Mode: Einige DSLR haben einen Crop-Video-Mode, der ein kleines Gebiet ( ) als unkomprimiertes Video aufzeichnet (z. B. Canon 600D) Bursts: Einig DSLR können eine grosse Zahl ( 100) von Bildern in kurzer Zeit aufnehmen. Video-Capture auf PC: Live-View auf dem PC mit einen Video-Screen-Capture-Programm aufzeichnen astrophotography-tips/ planetary-imaging-with-your-dslr-camera

6 Vorbereitungen Webcam Eine USB Video-Kamera (Webcam) kann genutzt werden: Das Objektiv muss abnehmbar sein und es muss ein Anschluss für das Teleskop vorhanden sein. Industriekameras für Computer-Vision haben typischerweise einen C-Mount Anschluss (C-Mount-Adapter steht zur Verfügung). Chip sollte kleine Pixel haben (2-3µm). Beste Resultat werden erziehlt, wenn die Kamera ein unkomprimiertes Video-Format ausgeben kann (Vermeidung von Kompressionsartefakten). Aufnahme-Software Zur Webcam wird ein Software benötigt, die die folgenden Funktionen unterstützt: 1. Live-Video-Anzeige: wird zum Scharfstellen benötigt, muss auch einen Ausschnitt vergrössert darstellen können. 2. Belichtungszeit: muss einstellbar sein, die Automatik ist wegen des schwarzen Hintergrundes meist ungeeignet 3. Empfindlichkeit: Gain so hoch einstellen, wie Rauschen erlabut. 4. Weissabgleich: automatischer Weissabgleich muss ausgeschaltet werden 5. Histogramm-Darstellung: ist für die Einstellung von Belichtungszeit und Empfindlichkeit hilfreich. 6. Framerate: so hoch wie die Belichtungszeit erlaubt. 7. Video-Stream unkomprimiert aufzeichnen: Kompression führt zu Artefakten, die bei der Bildverarbeitung stören. 8. Speicherung des Video-Stream als AVI-File.

7 Aufnahmen Einzelbilder sind eher unbefriedigend, die Bildqualität wird eingeschränkt durch Luftunruhe, Fokus ändert sich innert Sekundenbruchteilen, Bild schwimmt Lösung Beschränkte Auflösung von Teleskop und Kamera Rauschen von Sensor und Verstärker Nehme eine grosse Zahl von Bildern auf Wähle daraus die besten Bilder aus Überlagere die Bilder, damit sich Rauschen und Verzerrungen zu einem gleichmässigen Abbildungsfehler ausmitteln (Stacking) Verwende Software, um das Bild zu schärfen und den Kontrast zu steigern. Lösung mit Webcam: Videostream mit möglichst einigen Tausend Bildern aufnehmen Stacking Zur Überlagerung der Bilder wird eine Stacking-Software benötigt. Youtuber wwgeb hat eine gute Playlist von Videos, die den Prozess erklären mit Registax oder AutoStakkert!2 erklärt: Youtube-Channel von wwgeb: Resultate Mit diesen Techniken sind erstaunliche Resultate möglich: Erwarten Sie aber beim ersten Versuch nicht zu viel!

8 Theorie Aus einer grösseren Zahl von Aufnahmen desselben Objektes kann man durch geeignete Bildverarbeitung ein detailreicheres Bild gewinnen. Abbildung: Point Spread Function Wir modellieren ein Bild als eine Funktion f (x, y), und die Abbildung durch das Teleskop durch Faltung mit der Point Spread Function ϕ(x, y) g(x, y) = (f ϕ)(x, y) = f (x ξ, y η)ϕ(ξ, η) dξ dη. R 2 (1) Ohne Luftunruhe ist ϕ(x, y) = J 0 (σr), wobei J 0 die Bessel-Funktion ist und σ die Auflösung des Teleskops beschreibt. Stacking Einzelne Bilder sind durch Rauschen und Luftunruhe gestört. Mittelung einer grossen Zahl von Bildern gleicht das Rauschen aus, und modifiziert die Point Spread Function. Die Mittelung der Bilder muss bei wesentlich höherer Auflösung geschehen, und die Bilder müssen zunächst zur Deckung gebracht werden. Software: Registax: Windows Software von Deep Sky Stacker: deepskystacker.free.fr PixInsight: (45 day trial version) Deconvolution Die Faltung (1) kann mit Hilfe von Fourier-Transformation invertiert werden: 1 Fg Fg = Ff Fϕ f = F Fϕ. (2) Alternativ können auch Wavelet-Techniken verwendet werden. Effizientere Entfaltungs-Algorithmen funktionen für Point Spread Functions mit kleinem Träger und stehen in Bildverarbeitungsprogrammen wie GIMP oder Photoshop zur Verfügung.