Maximale Belichtungszeiten

Problemstellung

Für den Fotografen bedeutet die Erdrotation, dass sich die zu fotografierenden Objekte (Fixsterne usw.) scheinbar in die entgegengesetzte Richtung der Erddrehung bewegen.

Ohne geeignete Gegenmassnahmen würden die Sterne auf dem Film/Sensor nicht als Punkte, sondern als mehr oder weniger lange Striche abgebildet.

Grundsätzlich gibt es zwei Methoden, um punktförmige Sternabbildungen zu realisieren:

1. Genügend kurze Belichtungszeiten, damit die scheinbare Sternenbewegung genügend klein wird und auf dem fertigen Bild nicht oder nur schwer wahrgenommen werden kann.
2. Eine sogenannte astronomische Nachführung, welche die Erdrotation in entgegengesetzter  Drehrichtung kompensiert. Als Basis für die Rotationsgeschwindigkeit dient der siderische Tag (86’164 s).

Im Folgenden diskutiere ich diese beiden Methoden und deren Möglichkeiten, Grenzen und Randbedingungen.

Maximale Belichtungszeiten ohne Nachführung

Möchte ich den Sternenhimmel ohne astronomische Nachführung fotografieren, also mit fest installierter und ausgerichteter Kamera, dann sind der maximalen Belichtungszeit (t) recht enge Grenzen gesetzt.

Diese Grenzen werden im Wesentlichen von folgenden Einflussfaktoren bestimmt:

• T: Umlaufzeit der Erde, siderischer Tag: 86’164 [s]
• f: Brennweite des verwendeten Objektivs (Kleinbild 24 x 36 mm) [mm]
• δ: Deklinationswinkel ausgehend vom Himmelsäquator [grad]
• Z: maximal zulässige Strichspur auf dem Film/Sensor [mm]
• C: Cropfaktor des Kamerasensors bezogen auf Kleinbild 24 x 36 mm

Daraus folgt die folgende Formel:

Die nachfolgende Tabelle zeigt die maximalen Belichtungszeiten für einen Kleinbildsensor (C = 1).

Brennweite	Nikon D800: 2 px (Z = 0.01 mm, δ = 0°)	Nikon D800: 6 px (Z = 0.03 mm, δ = 0°)	500er-Regel (Z = 0.036 mm, δ = 0°)	600er-Regel (Z = 0.043 mm, δ = 0°)
15 mm	9 s	27 s	33 s	40 s
24 mm	6 s	18 s	21 s	25 s
35 mm	4 s	12 s	14 s	17 s
50 mm	3 s	9 s	10 s	12 s
70 mm	2 s	6 s	7 s	8.5
100 mm	1.4 s	4 s	5 s	6 s
200 mm	0.7 s	2 s	2.5 s	3 s
300 mm	0.5 s	1.5 s	1.6 s	2 s

Für einen APS-C-Sensor verkürzen sich die Zeiten um den Crop-Faktor C = 1.5. Für einen Deklinationswinkel von 45 Grad (in der Schweiz ungefähr im Zenith) verlängern sich die Zeiten um den Faktor 1.414.

Die letzten beiden Kolonnen entsprechen den populären 500er- und 600er-Regeln. Man dividiert einfach die Zahl 500 bzw. 600 durch die verwendete Brennweite und dividiert gegebenenfalls durch den Crop-Faktor. Insbesondere die 500er-Regel ergibt gute und schnell berechenbare Werte.

Maximale Belichtungszeiten mit astronomischer Nachführung

Wie oben beschrieben, sind die maximalen Belichtungszeiten bei fest installierter Kamera sehr limitiert. Auch das Kombinieren (Stacking) vieler Einzelaufnahmen hilft bei lichtschwachen Objekten wenig, da pro Einzelbelichtung einfach zu wenig Photonen auf den Sensor treffen.

Mit Kameras, welche auf einer astronomischen Nachführ-Montierung installiert sind, sind hingegen theoretisch beliebig lange Belichtungszeiten möglich. Theoretisch ja, aber praktisch nein. Verschiedene Randbedingungen und Fehlerquellen limitieren die möglichen Belichtungszeiten unterschiedlich stark.

Anmerkung: Bei den folgenden Betrachtungen beschränke ich mich auf die relativ einfachen Reisemontierungen wie Star Adventurer, Polarie, Vixen EQ 3 von Sky-Watcher etc. Selbstverständlich lassen sich mit schwereren und teuren Festinstallationen und/oder mit sog. Auto-Guiding wesentlich längere Belichtungszeiten realisieren. Diese Systeme sind aber nicht in meinem Fokus; ich stehe auf Mobilität.

Stabilität und Vibrationsanfälligkeit der gesamten Installation (Stativ, Montierung, Kamera)

Einen grossen Einfluss auf die Verwackelungsfreiheit und damit auf eine optimale Punktförmigkeit der Sterne hat natürlich die Stabilität der gesamten Installation. Ein stabiles Stativ bildet dabei die Basis. Es sollte auf eine möglichst niedrige Höhe eingestellt werden, was die ganze Sache natürlich nicht bequemer macht. Die Position der Kamera sollte möglichst nahe bei der Montierung liegen und mit Gegengewichten ausgeglichen sein.

Spiegelvorauslösung bzw. Auslöseverzögerung macht ebenfalls Sinn. Wichtig aber ist ein Kabelfernauslöser bzw. ein programmierbarer Intervalltimer. Dieser sollte im Voraus programmiert werden (Belichtungszeit, Intervall, Anzahl Bilder) und anschliessend während der ganzen Foto-Session nicht mehr berührt werden. Das gilt übrigens für die gesamte Aufstellung.

Präzision der Montierung, Periodischer Schneckenfehler, Temperatur- und andere Umwelteinflüsse

Weitere Einflussfaktoren sind natürlich die Fertigungspräzision und -Qualität der Montierung. Bei leichten Reisemontierungen muss man hier natürlich gewisse Abstriche machen. Diese fallen aber verglichen mit den obigen Aspekten kaum ins Gewicht, wenn bei den Belichtungszeiten eine obere Grenze nicht überschritten wird.