Meteore - Fotografie - Dr. Christian Pinter - Fototipps

Unter der Bezeichnung Meteor oder Sternschnuppe versteht man eine momentane Leuchterscheinung, die entsteht, wenn ein Teilchen aus dem All mit kosmischer Geschwindigkeit in die Atmosphäre eindringt. Das Teilchen selbst sieht man dabei nicht. Das Leuchten wird vielmehr durch die erhitzte Luft im Schusskanal erzeugt. Die sehr schnellen und kleinen Partikel sind kometaren oder asteroidalen Ursprungs. Sie verdampfen bei diesem Höllenritt.

In meinen Beobachtungstipps gehe ich ausführlich auf die Beobachtung von Meteoren ein. Hier finden Sie hingegen Tipps zur Meteorfotografie.

Objektivwahl

Sternschnuppen sind prädestinierte Objekte für die Fotografie ohne Teleskop: Ihre Leuchtspuren wären sowieso zu lang fürs schmale Bildfeld eines Fernrohrs.

Dennoch gerät die Abbildung von Meteoren zur Glückssache. Ein Hauptproblem ist die rasante Geschwindigkeit dieser Objekte: Deshalb wird jedes einzelne Pixel auf dem Kamerasensor nur extrem kurz belichtet. Das schreit nach Weitwinkelobjektiven, weil kleine Brennweiten die Bewegung quasi "zusammenstauchen".

Außerdem weiß man im Voraus nicht, wann und wo am Himmel eine Sternschnuppe auftaucht. Man steigert seine Chance, wenn man zum Maximum eines reicheren Meteorstroms fotografiert - siehe meine Shortlist. Ein Tele würde selbst dann die allermeiste Zeit ins Leere weisen, weshalb Weitwinkelobjektive abermals vorteilhaft sind. Von Nachteil ist allerdings deren kleine Lichteintrittsfläche - und auf die kommt es bei punktförmigen Objekten an. Eine ausführliche mathematische Diskussion findet sich am Schluss dieser Seite.

Zusammenfassend lassen sich lichtstarke Normalobjektive und Weitwinkelobjektive empfehlen. Das folgende Foto entstand mit einem 11-16 mm Weitwinkelzoom @ f = 16 mm, Blende 2.8, ISO 1600, Belichtungszeit 5 Sekunden)

Scharfstellen

Die Fokussierung sollte anhand von fernen irdischen Lichtquellen erfolgen. Der Unendlichkeitsanschlag am Objektiv (markiert durch eine liegende Acht) wird in vielen Fällen nicht stimmen.

Belichtungszeit

Die Belichtungszeit richtet sich nach der Himmelshelligkeit. In städtischem Gebiet kann man bloß wenige Sekunden belichten, fern der Großstadt länger. Die Sterne sollten dabei aus ästhetischen Gründen punktförmig bleiben - trotz der Erdrotation, die sie in kurze Striche verwandeln möchte. Meine einfache, auf Erfahrung fußende Formel für punktförmige Sternabbildung lautet:

• Maximale Belichtungszeit (s) = 175 / Brennweite (mm)

Blende

Die Blende wird man ganz weit öffnen, um möglichst viel Licht auf den Sensor zu lassen.

ISO-Einstellung

Die kamerainterne Vorverstärkung, ausgedrückt im ISO-Wert, wird hoch gestellt (400 bis 1600). So lässt sich das - auf jedes Pixel ja nur ganz kurz einwirkende - Licht des Meteors am ehesten einfangen.

Rauschprobleme

Das Rauschen besteht aus

• einer stochastischen (zufälligen) Komponente
  
• und aus regelmäßigen Rauschmustern (inklusive der Hot Pixel)
  

Die regelmäßigen Rauschmuster lassen sich mit der kamerainternen, automatischen Rauschminderung minimieren. Die fertigt nach jeder einzelnen Objektaufnahme (Lightframe) ein Dunkelbild gleicher Belichtungsdauer an. Das kostet denkbar viel Zeit.

Alternativ (nicht zusätzlich!) macht man selbst eine Serie von Dunkelbildern (Darkframes) mit geschlossenem Objektivdeckel, mittelt diese und zieht das resultierende Masterdark mit einer passenden Software dann selbst von jeder Aufnahme ab. Deep-Sky-Fotografen kennen das Verfahren. Nachteil: Die selbstgemachten Darks müssen die selbe Belichtungszeit, die selbe ISO-Einstellung und die selbe Kameratemperatur besitzen wie die eigentlichen Lightframes: Das wird bei wechselden Bedingungen zur Qual. Die Temperatur einer DSLR lässt sich überdies kaum beeinflussen.

Das Zufallsrauschen reduziert man durch das Kombinieren (Stapeln, Stacking) möglichst vieler Lightframes. Das sollte man sowieso versuchen, damit das fertige Summenfoto nicht nur einen, sondern möglichst viele Meteore gleichzeitig zeigt. Achtung: Die Stacking-Software kommt mit extremen Weitwinkelaufnahmen möglicherweise schlecht zurecht.

Vignettierung

Gerade Weitwinkelobjektive bilden am Bildrand dunkler ab als in Richtung des Bildzentrums. Manche DSLRs bieten eine automatische Vignettierungsfunktion, um diesen Effekt selbständig wegzurechnen. Das wirkt bei meiner Canon 550D aber sehr subtil und funktioniert außerdem nur mit Originalobjektiven.

Alternativ fotografiert man tagsüber eine gleichmäßig beleuchtete Fläche - mit gleicher ISO-Zahl, gleichem Objektiv und gleicher Fokuseinstellung wie bei den nächtlichen Meteorfotos. Per Software werden die Lightframes später durch dieses Flatframe dividiert. Auch das ist ein Verfahren der Deep-Sky-Fotografie.

Dateiformat

Am besten, man speichert die Fotos sowohl im RAW als auch im JPG-Format (letzteres bitte in bestmöglicher Qualität). So bleibt man am flexibelsten. Die oben erwähnten Verfahren der Deep-Sky-Fotografie benötigen RAW-Bilder.

Fernauslöser

Will man nicht bei hunderten Fotos einzeln auslösen, muss man den Auslöser fixieren. Das klappt am besten mit einem Kabelauslöser. Man kann diesen arretieren (also auf "Dauerfeuer" stellen) und die Serienbildfunktion der Kamera aktivieren: Dann wird ein Foto ums andere geschossen. Nachteilig ist das ständige Spiegelgeklappere.

Die Fremdfirmware MagicLantern (Nutzung auf eigene Gefahr) gestattet die Verwendung eines digitalen Intervalometers anstatt des Fernauslösers. Dabei ist auch ein Vorlauf einstellbar: Er ermöglicht einen theoretisch völlig unbeaufsichtigten Betrieb. In diesem Fall muss die Abschaltautomatik der Kamera freilich deaktiviert werden.

Die Ausrichtung der Kamera - mit und ohne Stativ

Ein stabiles Stativ ist Voraussetzung. Von Hand aus lässt sich die Kamera bei sekundenlangen Belichtungen natürlich nicht halten. Ist kein Stativ zur Hand, mag man die Kamera rücklings auf eine Unterlage legen. Sie schaut dann zum Himmelsscheitel, dem Zenit. Dieser Kniff erspart das Stativ, ist allerdings nicht optimal.

In ihrem Buch "Meteore" empfehlen Jürgen Rendtel und Rainer Arlt nämlich

• ein Objektiv von 18 mm Brennweite oder weniger auf einen Punkt auszurichten,
• der in etwa 40 Grad Höhe überm Horizont (also in knapp halber Himmelshöhe)
• und etwa 20 bis 30 Grad abseits des Ausstrahlungspunkts liegt

Diese gezielte Ausrichtung erfordert natürlich ein Stativ.

Spiegelvorauslösung

Diese kamerainterne Funktion reduziert die Erschütterung, die durch das Hochklappen des Spiegels entsteht. Man muss dann allerdings stets zweimal auslösen: Zuerst für den Spiegel, dann für den Verschluss. Beim Einsatz von Weitwinkelobjektiven und einem stabilen Stativ erscheint sie mir hier nicht wirklich nötig. Außer, die Kamera liegt wirklich nur rücklings und wackelig auf einer Unterlage!

Stromversorgung

Der Akku sollte voll geladen sein, ein Reservakku empfiehlt sich dringend. Aufwendiger ist es, den Kamerakku mit einem Dummy zu ersetzen, weil dieser dann natürlich eine eigene Stromversorgung benötigt.

Taubildung

Die nächtliche Luftfeuchtigkeit führt zur Taubildung auf allen Flächen, die kühler sind als die Luft. Darauf kondensiert der Wasserdampf und bildet eine dünne, wässrige Schicht. Auch die Objektivlinse ist deshalb irgendwann "beschlagen". Das muss man von Zeit zu Zeit kontrollieren. Es soll helfen, von Anfang an ein Wärmepad mit einem Gummiring am Objektiv zu fixieren: Dies habe ich selbst noch nicht ausprobiert.

Satelliten narren Fotografen

Wer Meteorfotos schießen möchte, wird heutzutage leider vor allem Satelliten einfangen. Deren kommerziell motivierte Tausendschaften sind mittlerweile ein astronomisches Ärgernis.

Live am Himmel lässt sich zwischen den extrem flinken Sternschnuppen und den gemächlichen Satelliten leicht unterscheiden.

• Meteore erstrahlen bloß einen Sekundenbruchteil lang und schießen dabei zumeist rasch über weite Teile des Himmels. Pro Sekunde überwinden sie grob zehn Grad am Himmel (eine Faustlänge bei durchgestrecktem Arm).
  
  
  Satelliten sind meist im sogenannten LEO (Low Earth Orbit) unterwegs. Sie sind mehrere Sekunden lang zu sehen und bewegen sich vergleichsweise gemächlich - nämlich etwa zehnmal so langsam wie Meteore

• Es gibt aber eine Ausnahme: Manche Satelliten sind zu lichtschwach, um mit freiem Auge gesehen zu werden. Doch dann blitzen sie plötzlich und mitunter nur einen Augenblick lang auf, weil sich die Sonne in einem hochreflektierenden Element spiegelt. Falls das Phänomen wirklich nur einen Sekundenbruchteil dauert, und das Objekt sofort danach wieder unsichtbar wird, mag man sich mit einer sicheren Unterscheidung schwer tun.

Was sich bei der visuellen Beobachtung recht gut unterscheiden lässt, hinterlässt auf Amateurfotos leider sehr ähnliche Spuren. Dort fehlen Zeit- und Geschwindigkeitsmarken. Wir sehen gleichsam "erstarrte" Lichtspuren; diese könnten in Sekundenbruchteilen von raschen Meteoren oder innerhalb mehrerer Sekunden von langsamen Satelliten erzeugt worden sein.

Es ist daher nicht einfach, auf den Fotos zwischen Meteoren und Satelliten zu trennen. Und es wird rasant schwieriger:

Damit man auch fern vom Handymast telefonieren, Internetverbindungen realisieren und leichter über andere Länder herfallen kann, wird der Himmel jetzt mit ganzen Satellitenkonstellationen zugemüllt. So hat z.B. Elon Musk einen Antrag zur Startgenehmigung für eine Million Satelliten gestellt. Solche Heerscharen ruinieren nicht nur den Nachthimmel, sondern setzen beim letztlich unvermeidbaren Wiedereintritt Aluminium und andere, wohl auch klimarelevante Substanzen in der Stratosphäre frei: Ein Freiluftexperiment mit völlig ungewissem Ausgang!

Unterscheidungskriterien

Im folgenden ein paar Beispiele, die bei der Unterscheidung zwischen Meteorspuren und anderen Lichtspuren helfen sollen. Vorweg: Es wird Fälle geben, wo sich eine Unterscheidung im Nachhinein überhaupt nicht mehr treffen lässt.

• Dank ihrer Lichter erkennt man wenigsten die Spuren von Flugzeugen rasch. In Flugrichtung betrachtet ist das Licht an der linken Flügelspitze (Backbord) rot, das an der rechten (Steuerbord) grün. Das nach hinten weisende Licht ist neutral weiß. Die Anti-Collision Lights blinken außerdem hell und regelmäßig

• Eine Lichtspur, die auf zwei oder mehreren rasch hintereinander geschossenen Fotos auftritt, und zwar in Flugrichtung örtlich versetzt, ist ein Satellit. Ein bestimmter Meteor verewigt sich mit größter Wahrscheinlich bloß auf einer einzigen Aufnahme. Er verdampft fast immer, bevor sich der Kameraverschluss ein zweites Mal öffnet

• Eine Spur, die ganz abrupt beginnt und/oder abrupt endet, ist wahrscheinlich ein Satellit. Die Start und Endpunkte spiegeln das rasche Öffnen und Schließen des Kameraverschlusses wider. Eher unwahrscheinlich ist es, dass die nur Augenblicke leuchtende Spur eines Meteors auf diese Weise unterbrochen wird - es sei denn, man fotografiert im Sekundentakt. Ist die Lichtspur vom Bildrand abgeschnitten, fällt die Befundung denkbar schwer
  

• Eine Spur mit konstanter Helligkeit stammt zumeist von einem Satelliten. Meteore variieren ihre Helligkeit während des sichtbaren Flugs. Dabei tritt die größte Helligkeit eher im späteren Verlauf der sichtbaren Flugbahn auf. Meteorspuren sind auf Fotos daher oft spindelförmig. Die scheinbar dickste (also hellste) Stelle liegt dem vorderen Ende meist näher als dem hinteren
  

• Aber Achtung: Eine Spur mit einfachem oder rhythmischem Verschwinden oder Aufblitzen darin kann ebenfalls von einem Satelliten stammen. In diesem Fall weist uns ein zylindrischer Satellit (z.B. eine ausgebrannte Raketenoberstufe) abwechselnd die lange, dann die schmale Seite zu. Bei starkem Aufblitzen spiegelt sich womöglich die Sonne an einem Solarpaneel eines Satelliten

• Eine Spur mit Aufblitzen nahe des in Flugrichtung voraneilenden Endes mag von einem Meteor stammen - speziell bei farblichem Verlauf
  

• Aber auch die Lichtspur eines Satelliten mag am Beginn oder Ende an Helligkeit gewonnen haben. Ursache ist die sich ändernde Geometrie im Dreieck Sonne - Satellit - Beobachter

• Eine Spur, die nicht von einem Flugzeug herrührt, aber farbig ist, erzählt wahrscheinlich von einem Meteor. Dort treten pastellartige Tönungen auf. Erhöht man die Farbstättigung in der Bildverarbeitung, wird die Kolorierung deutlicher. Oft erkennt man einen Farbverlauf, wobei die Spur anfangs grünlich, später aber rötlich bzw. pinkfarbig anmuten mag
  

• Satelliten sind eher neutral weiß, um nicht unnötig viel Sonnenwärme zu absorbieren. Es gibt dort aber auch leicht bläuliche und gelegentlich leicht ins gelbliche gehende Tönungen

• Eine Spur, die in ihrem Verlauf von grün nach rot übergeht, stammt demnach von einem Meteor. Ein künstlicher Erdbegleiter sollte solche Kunststücke nicht schaffen - es sei denn, Tech-Plutokraten wickeln noch bunte LED-Lichterketten um ihre Satellitenheerscharen
  

• Fazit: Wir suchen auf Fotos also nach spindelähnlichen Spuren mit nicht konstantem Helligkeitsverlauf und einem verlaufenden, nicht abruptem Beginn und Ende. In der Spur sollte ein Grün- und / oder ein Rotton auftreten, am besten beides. Leider können schwache Meteore solche Farbeindrücke vermissen lassen. Jedes Objekt darf außerdem nur in einem einzigen Foto zu sehen sein

• Die langsamen Satelliten haben zehnmal mehr Zeit, die einzelne Pixeln des Sensors zu belichten. Sie werden daher viel leichter im Bild festgehalten als die raschen Meteore. Im Zweifel hat man es demnach wahrscheinlich bloß mit einem Satelliten zu tun

Ergänzende Maßnahmen (optional):

• Vor Aufnahmebeginn synchronisiert man die Zeiteinstellung der Kamera auf die Sekunde genau. Während der Aufnahmen hält man mit einem Diktiergerät fest, zu welcher exakten Uhrzeit (Sekundenangabe wiederum wichtig) ein Meteor durchs Bildfeld geschossen ist. Die Uhrzeit der Fotos entnimmt man deren EXIF-Angaben. Hat man zu jener Zeit, als das betreffende Foto entstanden ist, in Blickrichtung der Cam nichts gesehen, stammt die abgebildete Spur wohl eher von einem Satelliten

• Anhand der im Foto festgehaltenen Sterne prüft man, ob die Lichtspur auf den Radianten des Meteorstroms zeigt. Andernfalls stammt sie mutmaßlich von einem Satelliten. Es gibt allerdings auch Meteore, die nicht vom jeweils besonders aktiven Strom herrühren - sondern von einem weiteren bzw. von gar keinem Meteorstrom: Die besitzen dann eine andere Flugrichtung  

Im Zweifelsfall sollte man kritisch bleiben. Ich hatte einmal eine Spur vor mir, die im hellsten Abschnitt einen klaren Farbverlauf zeigte. Bei weiterer Prüfung tauchte eben dieses Objekt dann aber auf drei aufeinander folgenden Bildern auf. Von wegen Meteor!

Wie würden Sie das folgende Foto beurteilen? Ist das Objekt nahe dem Sternhaufen der Plejaden nun ein Satellit oder ein Meteor?

Die Antwort gibt das folgende Filmchen, das bloß aus vier Frames besteht

Mathematischer Nachtrag: Objektivvergleich für Meteorfotos

Man kann abschätzen, wie gut sich Objektive für die Meteorfotografie eignen. Wir benötigen dafür nur zwei Größen pro Optik.

• die Brennweite f
  
• die eingestellte Blendenzahl N
  

Die anderen Parameter wie Linsenfläche oder relatives Bildfeld lassen sich aus diesen beiden Größen ableiten.

Die relative Effizienz einer Optik bei Meteoren

Ein Meteor, der durchs Bildfeld zieht, ist ein punktförmiges Objekt. Bei punktförmigen Objekten ist die Abbildungshelligkeit von der freien Fläche das Objektivs abhängig. Sie steigt quadratisch mit dem Linsendurchmesser.

• Relative Effizienz für Meteorabbildung = f / (N * N)

Allerdings ist die Sternschnuppe kein stationärer, sondern ein sich bewegender Lichtpunkt. Diese Bewegung beendet die tatsächliche Belichtung pro Pixel allzu rasch. Die Bewegungsgeschwindigkeit auf dem Sensor steigt linear mit der Brennweite, in gleichem Maße sinkt die Dauer der Lichteinwirkung.

Daher gibt es eine relative Effizienz bei bewegten punktförmigen Objekten. Hier ein paar Beispiele für beliebte Brennweiten und Blendenkombinationen:

f      N     Rel. Eff.*

500    5,6     15,9

500    8        7,8

300    5,6      9,6

300    8        4,7

135    2,8     17,2

135    4        8,4

135    5,6      4,3

50     2       12,5

50     2,8      6,4

50     4        3,1

50     5,6      1,6

28     2,8      3,6

28     4        1,8

28     5,6      0,9

18     3,5      1,5

16     2,8      2,0

11     2,8      1,4

08     3,5      0,7

Normal- und Teleobjektive schneiden der größeren Linsenflächen wegen besser ab. So gesehen, müsste man eigentlich durchs Teleskop fotografieren. Doch wir haben einen entscheidenden Faktor vergessen: Die Einfangswahrscheinlichkeit.

Die Einfangwahrscheinlichkeit

Die geometrische Wahrscheinlichkeit, mit der ein Meteor ausgerechnet durch das Bildfeld der Kamera schießt, steigt linear mit der Fläche des eingefangenen Bildfelds. Und die nimmt (etwas vereinfacht gesagt) mit dem Quadrat der Brennweite ab.

• Relative geom. Wahrscheinlichkeit fürs Einfangen: 10.000 / (f * f)

  

Der Faktor 10.000 ist völlig willkürlich gewählt; er dient nur dazu, handlichere Zahlen für den Vergleich zu erhalten.

f     Rel. geom. Einfangwahrscheinlichkeit

500     0,0

300     0,1

135     0,5

50      4

28     13

18     31

16     39

11     83

08    156

Schaut man sich bloß die Einfangwahrscheinlichkeit an, haben Weitwinkeloptiken die Nase klar vorn.

Und jetzt beides zusammen

In der Realität brauchen wir beides: Die relative Abbildungseffizienz für bewegte punktförmige Objekte sowie die geometrische Einfangwahrscheinlichkeit. Wir multiplizieren also beide Werte:

• Relative Effizienz mal Einfangwahrscheinlichkeit = 10.000 / (f * N * N)

f      N      Ergebnis

500    5,6      0,6

500    8        0,3

300    5,6      1,1

300    8        0,5

135    2,8      9

135    4        5

135    5,6      2

50     2       50

50     2,8     26

50     4       12

50     5,6      6

28     2,8     46

28     4       23

28     5,6     11

18     3,5     46

16     2,8     78

11     2,8    116

08     3,5    109

Alles zusammen betrachtet, sind die lichtstarken Normalobjektive und die Weitwinkelobjektive im Vorteil. Sie stellen demnach die bevorzugten Optiken, um Meteore einzufangen.

Ästhetische Aspekte

Tele- und Normalobjektive fangen des engen Bildfelds wegen vielleicht nur Beginn oder Ende der Leuchtspur ein. Diese ist dann auf dem Foto abgeschnitten, was höchst unschön anmutet.

Weitwinkelobjektive bilden den Meteor zwar mit einiger Wahrscheinlichkeit vollständig, dafür aber sehr klein ab. Dieser ästhetische Nachteil lässt sich nur schwer in Zahlen gießen. Oder wie ein Freund von mir augenzwinkernd sagen würde: "Kein Nachteil ohne Schattenseiten!"