Planetenfotografie [2023] – Ratgeber und Anleitung

Planetenfotografie ist ein Teilgebiet  der Astrofotografie. Dazu gehören neben den Planeten auch die Sonne und der Mond sowie Kometen und Asteroiden. 

Die Abbildung der Planeten erfordert einen anderen Ansatz als für die Darstellung des Deep Sky (Deep Sky Astrofotografie), sowohl in der Art als auch in der Art und Weise, wie sie verarbeitet wird. 

Im Gegensatz zum Deep Sky kann dies auch in stark lichtverschmutzten Gebieten erfolgreich durchgeführt werden.

Was ist Planetenfotografie?

Bei der Planetenfotografie geht es darum, hochauflösende Aufnahmen unserer planetaren Nachbarn zu erstellen. 

Planetenfotografie erfordert eine andere Herangehensweise in der Aufnahmetechnik sowie im benötigten Equipment als bei der klassischen Deep Sky Astrofotografie.

Im Unterschied zur Astrofotografie von Deep Sky Objekten kann die Fotografie des Sonnensystems auch aus stark lichtverschmutzen Gegenden erfolgen, da die betrachteten Objekte relativ hell sind und nur kurz belichtet werden.

Wie kann ich Planeten fotografieren?

Da Planeten sehr klein sind werden Bildern mit herkömmlichen Kameras und auch größeren Objektiven keinen nennenswerten Informationsgewinn bringen. Wir benötigen in jedem Fall ein Teleskop als Objektiv um den kleinen Planet stark zu vergrößern. 

Haben wir das geschafft können wir Bilder machen:

• mit einer Webcam
• mit einer Spiegelreflexkamera oder
• einer dezidierten Astrokamera.

Im nachfolgenden Artikel betrachten wir die Kombination aus Teleskop, Montierung Zubehör und Kamera (außer Webcam) die dazu notwendig sind.

Besonderheit bei der Planetenfotografie

Was ist Seeing?

Seeing ist das Phänomen, dass Sterne von der Erde aus betrachtet flackern und funkeln. Das Seeing ist von Ort zu Ort und Tag zu Tag verschieden, denn es beruht unter anderem auf turbulentem Luftmassenausgleich in der Atmosphäre. Dieser Luftmassenausgleich aus Luft verschiedener Temperaturen bricht das Licht wie eine Linse je nach Wellenlänge verschieden stark.

Das hat zur Folge, dass bei genauer Betrachtung selbst punktförmige Objekte wie Sterne oder sehr feine Details der Planetenoberfläche nicht punktförmig abgebildet werden, sondern verwischt und ausgebreitet.

Das Seeing wird in Bogensekunden angegeben und ist eine Maßeinheit, die den Teil eines Grads beschreibt. Eine Bogensekunde entspricht knapp dem Winkel, unter dem ein fünf Millimeter breites Objekt aus einer Entfernung von einem Kilometer erscheint. 

In Deutschland liegt das durchschnittliche Seeing bei ca. 3 Bogensekunden und begrenzt damit auch das Auflösungsvermögen entsprechend. 

Ein Stern der tatsächlich eine Bogensekunde einnimmt, erscheint uns durch Seeing 3 Bogensekunden groß. Besonders zum Tragen kommt dieser Effekt bei mehrminütigen Belichtungszeiten, wie sie in der Deep-Sky Astrofotografie üblich sind.

Wer eine genauere Schätzung über das aktuelle Seeing an seinem Standort möchte, kann hierzu die FWHM-Funktion der Kamerasteuerungsprogramme hinzuziehen oder sich über Seeing Apps informieren.

Was ist Lucky Imaging?

Im Gegensatz zur Deep-Sky-Fotografie werden hier mit Belichtungszeiten von Bruchteilen einer Sekunde in tausenden Aufnahmen die Turbulenzen der Atmosphäre (Seeing) praktisch “eingefroren”. 

Diese Aufnahmetechnik nennt man lucky imaging, denn auf einem der unzähligen Aufnahme kann die Atmosphäre in einem Moment eingefroren werden, bei der sie glücklicherweise kaum Seeing-typische Auswirkungen hat.

Hier kommt nun die theoretischen Auflösung des Teleskops ins Spiel. Grundsätzlich ist der limitierende Faktor bei der Astrofotografie das Seeing, allerdings kann man beim lucky imaging Momente erfassen, in denen das Seeing kaum Einfluss hat und das potentielle Auflösungsvermögen durch die Optik des Teleskops bestimmt wird.

Dabei muss jedoch klar sein, dass diese glücklichen Momente umso wahrscheinlicher sind, je besser das Seeing ist.

Auflösungsvermögen und Rayleigh-Kriterium

Als Auflösungsvermögen eines Teleskops wird dessen Fähigkeit bezeichnet, zwei eng zusammenstehende Objekte noch zu trennen. Je größer die Öffnung eines Teleskops ist, desto größer ist sein Auflösungsvermögen (siehe Teleskop-Ratgeber). 

Der Zusammenhang ist linear. Ferner spielt auch die Wellenlänge des Lichtes eine Rolle. 

Das Rayleigh-Kriterium besagt, dass zwei punktförmige Lichtquellen gerade noch getrennt werden können, wenn das erste Minimum des Beugungsscheibchens (= Abbildung einer punktförmigen Lichtquelle durch eine Optik) der ersten Quelle mit dem Beugungsmaximum der zweiten Lichtquelle zusammenfällt.

Der Abstand (=Auflösung) der beiden Helligkeitsmaxima beträgt

A [rad] = 1,22 * λ / D

Nimmt man  λ=550nm als Mittelwert für das sichtbare Licht und rechnet in Bogensekunden um, ergibt das:

Auflösungsvermögen A [“] = 138,6 / Öffnung [mm]

Diese Formel werden wir benötigen um das passende Sampling für unser Setup aus Teleskop und Kamera sowie Zielobjekt (Planet oder Deep-Sky Objekt) zu bestimmen. Eine genaue Erklärung der Zusammenhängen wird im Artikel… beschrieben.

Aufnahmedauer in der Planetenfotografie

Beim lucky imaging werden eine Vielzahln von Bildern pro Sekunde in Form eines Videos aufgenommen. Man kann die Planeten aber nicht beliebig lange filmen, da sie unterschiedliche Rotationsgeschwindigkeiten haben und es bei einem zu langen Video zu Verzeichnungen kommen würde. Dies gilt besonders für schnell rotierende Planeten wie Jupiter. 

Ein einfacher Richtwert für eine empfohlene Belichtungsdauer für Planeten ist hier 1 min 30 s. 

Teleskope für die Planetenfotografie

Geeignete Teleskope für die Planetenfotografie erfordern eine relativ große Öffnung und eine lange Brennweite. Eine große Öffnung sorgt für eine hohe Auflösung und hohen Kontrast. Eine lange Brennweite ist im Gegensatz zur Astrofotografie von Deep-Sky Objekten für die planetare Fotografie ein wichtiger Faktor, denn sie bestimmt den Vergrößerungsfaktor. Planeten sind zwar sehr helle Objekte aber auch sehr klein. Um Details auf ihrer Oberfläche zu erkennen müssen sie stark vergrößert werden.

Eine hohe Schärfe und Kontrast sind besonders wichtig, um feine Details und Unterschiede auf den Planetenoberflächen zu erkennen. 

Faktoren, die Kontrast und Schärfe beeinflussen, sind einerseits die Größe der Öffnung andererseits die Obstruktion im Strahlengang. 

Die gleichen Merkmale sind auch von Vorteil, wenn du den Mond fotografieren willst.

Apochromaten mit langer Brennweite

Ideale Teleskope für die Planetenfotografie wären Apochromaten (Refraktoren) mit großer Öffnung und langer Brennweite. Da sie kein Fangspiegel im Strahlengang haben, ist ihre Abbildung kontrastreich und scharf. 

Der Nachteil von Refraktoren ist, dass sie ab einer gewissen Öffnungsgröße und Farbfehler-Korrektur sehr groß und teuer werden und für den Hobbyastronomen kaum erschwinglich sind. 

Schmidt-Cassegrain Teleskope

Eine vernünftige Alternative bieten Linsen-Spiegelteleskope, wie das Schmidt-Cassegrain Teleskop oder das Maksutov Teleskop. Ihre Bauweise ermöglicht durch einen gefalteten Strahlengang eine sehr lange Brennweite bei gleichzeitig großer Öffnung. 

Ein Wehmutstropfen ist eine geringe Obstruktion durch Fangspiegel-Elemente im Strahlengang. Diese sorgen im Vergleich zum Refraktor für eine etwas geringere Schärfe und Kontrast. 

Im direkten Vergleich der Linsen-Spiegelteleskope schneidet bei der optischen Abbildung das Maksutov besser ab. Das Maksutov hat konstruktionsbedingt einen kleineren Fangspiegel und damit eine kleinere Obstruktion als das Schmidt-Cassegrain (33%). 

Dennoch sind Schmidt-Cassegrain Teleskope meistens die sinnvollere Wahl, da sie auch in großen Baugrößen günstiger sind und vielseitigere Einsatzmöglichkeiten bieten. Sie können aufgrund ihres etwas größeren Öffnungsverhältnis von f/10 im Vergleich zum Maksutov mit üblicherweise f/13 auch besser für Deep-Sky Astrofotografie verwendet werden. 

Andere Teleskope mit langer Brennweite wie das Ritchey-Chretien Teleskop stellen keine guten Teleskope für die Planetenfotografie dar. Aufgrund ihrer hohen Obstruktion von 50 % würde ein deutlicher Verlust an Detail und Kontrastschärfe resultieren.

Montierung

Für die Planetenfotografie ist wie für die Astrofotografie von Deep Sky Objekten eine Montierung mit Nachführung essenziell. Nicht wegen sehr langen Belichtungszeiten sondern weil mit extrem hohen Vergrößerungen gearbeitet werden muss. 

Um Planetenfotografie zu betrieben, wird jedoch nicht unbedingt eine parallaktische Montierung benötigt, auch eine Alt-Azimut Montierung wäre ausreichend, denn das Phänomen der Feldrotation kann durch Software ausgeglichen werden. 

Die besten Resultate liefern hier doch wertige parallaktische Montierungen, die außerdem noch vielseitiger einsetzbar sind. 

Damit die Montierung ihre besten Resultate liefern kann, muss sie sehr genau ausgerichtet und eingenordet werden. Geschieht dies nicht genau, kommt es während der Aufnahme zu einem Nord-Süd Drift, der umso stärker ist, je höher die Vergrößerung ausfällt.

Genaue Nachführung

Möglichkeiten für eine akkurate Ausrichtung und Nachführung:

• Hersteller gestütztes polar alignment: Skywatcher, Celestron
• PHD2 (Leitrohr, OAG)
• Alignmaster /MGEN
• Polmaster

Kamera für die Planetenfotografie

Aufgrund der atmosphärischen Turbulenzen (Seeing) ist es sehr unwahrscheinlich, dass das eine Foto, das wir machen, ein gutes wird. Deswegen wollen wir viele Fotos in kurzer Zeit machen um in jedem Moment den Planeten und unsere atmosphärischen Turbulenzen einzufrieren. 

Das machen wir in der Hoffnung, dabei viele Bilder zu bekommen, in denen die Auswirkung des Seeing gering sind. Diese Aufnahmetechnik nennt man lucky imaging. Aus vielen tausend Bilder wählen wir dann die besten und überlagern sie zu einem gutem Bild. Diese vielen Bilder entstehen indem wir ein kurzes Video mit einer hohen Bildrate aufnehmen.

Wir benötigen in jedem Fall eine Kamera die eine hohe Bildrate und Auslesegeschwindigkeit bietet. Daneben spielt ein niedriges Ausleserauschen (<2,5 e-) ein wichtige Rolle. 

Kameras mit CMOS-Sensorchips erfüllen diese Kriterien am besten.

CMOS Chips sind für die Planetenfotografie oft vorzuziehen, da sie konstruktionsbedingt eine höhere Bildrate erlauben. Außerdem sind sie günstiger als CCD-Kameras. 

Ein anderer wichtiger Aspekt ist die Pixelgröße (nicht die Pixelanzahl), die zu unserem Teleskop passen muss. Das komplexe Thema Pixelgrößen und Sampling wird im Detail hier behandelt.

Digitale Spiegelreflexkamera 

Eine Digitale Spiegelreflex-Kamera (DSLR, Digital Single Lens Relax) ist oft die erste Kamera mit der in Astrofotografie gestartet wird. Sie besitzen normalerweise einen CMOS Chip und sind in der Handhabung unkomplizierter als dezidierte Astrokameras.

Der großer Vorteil der DSLR ist ihre Autarkie. Sie besitzt ihre eigene Stromversorgung, einen Prozessor, ausreichend Speicher, ein Display zur Kontrolle und einfachen Bearbeitung. 

Dedizierte Planetenkamera

Grundsätzlich kommt dafür jede Kamera infrage, die eine Videofunktion oder eine hohe Bildrate hat. Vorteilhaft sind dezidierte Astro-Kameras mit CMOS Chip und niedrigem Ausleserauschen. Aufgrund der oft sehr kleinen Chipgröße sind sie günstig zu kaufen ohne dabei Abstriche in den notwendigen Fähigkeiten für die Planetenfotografie zu machen. Die Bedienung erfordert jedoch eine externe Stromquelle und einen Laptop mit spezieller (Free-) Software.

Gute Planetenkameras gibt es schon ab 300 Euro zu kaufen. Es gibt sie als Farbkamera für den Einsteiger oder als Monokamera für den anspruchsvollen Astrofotografen, der in Kombination mit Filtern das maximale herausholen will. 

Farb- oder Mono-Kamera?

Farbkameras bieten einen komfortablen Einstieg in die Astrofotografie. Man belichtet den Chip und erhält eine Farbaufnahme. Dadurch spart man sich viele Belichtungsreihen durch verschiedene Filter, die dann in der elektronischen Bildverarbeitung zu einem Farbbild kombiniert werden müssen.

Das Farbbild entsteht durch ein 3-farbiges sich wiederholendes 2×2 Raster (Bayer Matrix), das über den Pixeln auf dem Chip liegt. 

Grün nimmt mit 50% den größten Platz ein, da Grün in hohem Maße zur Helligkeitswahrnehmung und damit zur Kontrastdarstellung beiträgt.Rot und Blau teilen sich mit 25% den restlichen Platz.

Das bedeutet aber auch, dass ein Farbsensor weniger empfindlich ist, als ein Mono-Sensor, da bei bestimmten Lichtwellenlängen nicht jeder Pixel genutzt wird. 

Im Vergleich zu einer Monokamera müssen  so 2×2 Pixel aufgewendete werden um das Signal eines roten Sterns zu erfassen. Monokameras sind deutlich sensibler und in Kombination mit einem Farbfilter der Goldstandard in der Astrofotografie.

Empfehlung Astrokamera

Mehr Informationen findest du hier: Astrofotografie Kamera: Das musst du vor dem Kauf wissen [Guide]

Welche Pixelgröße für die Astrofotografie von Planeten?

Die Bedeutung von Pixelgröße, Sampling (Abtastung) und Brennweite ist ein komplexes Thema und wird näher im Artikel Pixelgröße und Sampling behandelt.

Pixelgröße und Rauschen

Kleinere Pixel haben im Vergleich zu größeren Pixeln bei gleichem Signal ein ungünstiges Signal-Rausch-Verhältnis. Besonders überabgetastete Bilder mit kleinpixeligen Sensoren zeigen ausgeprägtes Rauschen.

Der Trend geht zu immer kleineren Pixeln in den Sensoren. Diese Sensoren werden allerdings nicht speziell für die Astrofotografie entwickelt. Für die meisten Bereiche der Astrofotografie sind Pixelgrößen um 4-5 µm sinnvoll. In der Planetenfotografie können auch Pixelgrößen 3-4 µm oft sinnvoll genutzt werden.  Wie oben bereits beschrieben ist allerdings auch zu beachten, ob es sich um eine Farb- oder Monokamera handelt.

Oversampling oder Undersampling

Am häufigsten wird für das Sampling ein Bereich von 0.67 – 2″ / Pixel vorgeschlagen. 

Für Planetenfotografie wird man je nach Teleskop versuchen, in klaren Nächten mit gutem Seeing das Auflösungsvermögen des Teleskops zu nutzen um so eher im Bereich Oversampling zu besseren Aufnahmen zu gelangen als beim Undersampling.
(Anmerkung: Für Deep-Sky Aufnahmen führt ein leichtes Undersampling oftmals zu besseren Aufnahmen durch ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis und detaillierterer Darstellung als bei Oversampling.)

Sinnvolles Zubehör für die Planetenfotografie

ADC gegen atmosphärische Dispersion

Atmosphärische Dispersion verursacht rote und blaue Farbränder auch bei perfekten, farbfehlerfreien Spiegeloptiken. Die Ursache ist die Atmosphäre, die wie ein Prisma wirkt und Licht verschiedener Wellenlängen (=Farben) unterschiedlich stark bricht. 

Besonders auffällig ist der Effekt bei hohen Vergrößerungen (wie sie bei der Planetenfotografie benötigt werden) und wenn das Objekt tief am Horizont steht und der Lichtweg durch die Atmosphäre besonders lang ist. Abhilfe kann hier ein ADC (Atmospheric Dispersion Corrector) schaffen.

Beliebte Software in der Planetenfotografie

FireCapture

Die Freeware FireCapture ist eine Aufnahmesoftware speziell für die Planetenfotografie. Sie besitzt zahlreiche nützliche Einstellungen um zum Beispiel den Fokus einzustellen oder den ADC richtig auszurichten.

AutoStakkert!

AutoStakkert dreht sich alles um das Ausrichten und Stapeln von Bildsequenzen, um den Einfluss atmosphärischer Verzerrungen (Sehen) zu minimieren. Ihr Ziel ist es, qualitativ hochwertige Bilder der Planeten, der Sonne und des Mondes ohne allzu großen Aufwand zu erstellen.

RegiStax

RegiStax ist eine Freeware zur weiteren Bildbearbeitung von Bildstapel.

Anwendung und Tutorial in einem Video

In diesem Video führt James Bates den Zuschauer durch den gesamten Prozess der Planetenfotografie am Beispiel Saturns. Das Video ist in englischer Sprache und voll mit anschaulichen Erklärungen.