Planeten

1. Die hellen Planeten
2. Ferne Gesellen 

3. Galerie der Planeten



Planeten kann man grob in zwei Gruppen einteilen:

  • Helle Planeten, die mit Details fotografiert werden können
  • Lichtschwache Planeten mit kleiner Ausdehnung 

Dementsprechend bieten sie unterschiedliche Aufnahmemöglichkeiten 

Die hellen Planeten


Zu dieser Gruppe rechne ich Merkur, Venus, Mars, Jupiter und Saturn. Sie sind auffällig hell und folglich mit kurzen Belichtungszeiten zu fotografieren. Der Unterschied zu den bisherigen Motiven ist, dass sie eine sehr geringe Ausdehnung haben und somit eine maximale Vergrößerung erfordern, damit Details sichtbar werden. Als Aufnahmegerat ist eine Webcam besser geeignet als eine DSLR, weil sie eine sehr gut Auflösung hat und man leicht viele Bilder kurz hintereinander schießen kann.

Planet Typischer scheinbarer Durchmesser Durchmesser in Pixel Typische Helligkeit
Merkur 10" 26 0m
Venus 40" 104 -4m
Mars 20" 52 -1m
Jupiter 50" 130 -2m
Saturn mit Ring 40" 104 0m

Die Tabelle gibt den Durchmesser eines Planeten in typischer Aufnahmegröße auf einem Chip mit 5,6 Mikrometer Pixelgröße an (Toucam, Vesta), bei 3 Meter effektiver Brennweite (also zum Beispiel 1,20 Meter Brennweite und 2,5-fach Barlow)

Eine beliebige Umrechnung von scheinbarer Größe in Bogensekunden und Größe in Pixeln und umgekehrt kann mit Hilfe dieses Excels erfolgen.  

Aufnahme der Bilder

Saturn im März 2007

Um bei starker Vergrößerung scharfe Bilder zu bekommen, gilt es die Luftunruhe zu überlisten. Man muss deshalb genau dann eine Aufnahme machen, wenn die Luft für einen Sekundenbruchteil stillsteht. Nun kann man natürlich nicht warten, bis sie kurz stillsteht und dann den Auslöser betätigen. Deshalb fotografiert man kontinuierlich möglichst viele Bilder in kurzen Abständen und sucht am Ende (per Programm) die besten heraus. Dabei kann man bei einer Webcam entweder einzelne Bilder (Frames) als Bitmap abspeichern oder eine Videosequenz als AVI aufnehmen. Das Speichern sollte ohne Komprimierung erfolgen um Qualitätsverluste zu vermeiden. Dann passen etwa 4500 Frames auf 2 Gigabyte. Die Aufnahme kann zum Beispiel mit den Programmen Qcfocus, Giotto, K3CCDTools oder Fokuspokus erfolgen. Bei der Belichtung der Bilder sollte man darauf achten, die Verstärkung möglichst gering zu halten und lieber mit etwas längeren Verschlusszeiten zu arbeiten. Dadurch wird das Rauschen reduziert und man erhält mehr Details. Außerdem erreicht man bessere Resultate, wenn die Bilder ingesamt etwas schwächer belichtet sind, man also nur etwa 50% der Maximalhelligkeit einstellt. 
Da die Planeten helle Objekte sind, kann das Webcam-Vorschaubild mit einer Bildfrequenz von 5 oder 10 Bildern pro Sekunde betrachtet werden. Das Scharfstellen ist somit ziemlich einfach, besonders wenn man das Vorschaubild etwas vergrößert. Aber aufgrund der Luftunruhe ist das Bild eben manchmal scharf und manchmal nicht - auch wenn man gar nicht am Fokusrad dreht. Deshalb kann man nie ganz sicher sein den exakten Fokuspunkt erwischt zu haben. Die besten Ergebnisse erhält man daher wenn man mehrere Bildsequenzen aufnimmt und dazwischen den Fokus komplett neu einstellt. 

Bildbearbeitung


Venus am 25.7.2007
1 Prozent von 4500 Frames wurden addiert
Gleich ob Einzelbilder oder Videosequenz, die Auswertung kann man sehr gut mit Giotto machen. 

  • Man läßt Giotto die besten x Prozent der Bilder automatisch heraussuchen. Je nach Horizontnähe wählt man zwischen 0,5 und 5 Prozent. Giotto berücksichtigt bei der Auswahl Schärfe und Verzerrung. Anschließend berechnet er das Summenbild als Mittelwert dieser Bilder.
  • Helligkeit, Kontrast und Farbtemperatur einstellen. Oft ist es nützlich die exponentielle Tonwertkurve anzuwenden, um etwa die Streifen auf Jupiter und Saturn deutlicher hervortreten zu lassen.   
  • Zusätzliches Schärfen des Egebnisses. Die Filtergröße und Wirkung sollte man nur so stark einstellen wie eben notwendig, da man sonst unnatürliche Artefakte an den Rändern erhält
  • Aufgrund der atmosphärischen Brechung des Lichtes sind die Farben rot, grün und blau des Ergebnisbildes nicht genau übereinander. Man nennt diesen Effekt Dispersion. Das blaue Licht wird am stärksten gebochen, das rote am wenigsten. Deshalb ist das blaue Bild gegenüber dem grünen leicht nach oben versetzt und das rote nach unten. Je näher der Planet am Horizont steht, desto stärker ist der Effekt. Auch diese Störung kann mit Giotto behoben werden.  

Hintergrundinformation: Die maximal sinnvolle Vergrößerung

 

Durch die Überlagerung der Bilder kann die Unruhe der Atmosphäre weitgehend ausgeschaltet werden. Trotzdem gibt es eine maximale Vergrößerung, die in der Wellennatur des Lichtes begründet ist. Abhängig vom Objektivdurchmesser entsteht bei der Abbildung eines Lichtpunktes ein Beugungsscheibchen mit dem Durchmesser

 

d = 2 * 1,22 * w * f / D

 

d = Durchmesser des Scheibchens

f  = Brennweite

D = Objektivdurchmesser

w = Wellenlänge des Lichts

 

Bei zunehmender Brennweite wird das Scheibchen größer. Zwei solche Flecken können nur unterschieden werden, wenn sie mindestens zwei Pixel Abstand haben. Das bedeutet, im Grenzfall ist im Bild unten rechts ein Pixel im Tal zwischen den Spitzen und je eins auf den Maxima. Ein Pixel ist dabei also nur halb so groß wie der Durchmesser des Scheibchens. 

 

Die maximale sinnvolle Brennweite, die man unter Zuhilfenahme einer Barlowlinse erreichen sollte ist deshalb:

 

f = d * D / ( 1,22 * w )

 

f = d * D / 0,00067   (für grünes Licht)

 

bei einer Webcam mit 5,6 Mikrometer Pixelgröße und 10 Zoll Öffnung ergibt das 2100 mm. Ein Pixel entspricht dann gerade einer halben Bogensekunde Auflösung und die beiden Spitzen haben dass eine Bogensekunde Abstand. Man kann vielleicht noch etwas höher gehen um die Helligheitsabstufungen noch etwas feiner zu erfassen, aber es bringt eben kaum mehr zusätzliche Details. Es sind einfache keine feineren Details da - das sagt zumindest die Theorie von der Beugung des Lichts.

 

Abbildung von zwei Punkten mit Beugungsmuster
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