ISS fotografieren

Die Internationale Raumstation ISS ist ein beliebtes Ziel sowohl für Astrofotografen als auch für visuelle Beobachter. Die ersten Module des ständig bemannten Außenpostens für Wissenschaft und Forschung umkreisen seit 1998 die Erde. In den darauf folgenden Jahren wurde die Station mit einigen Modulen für die verschiedensten Zwecke erweitert, und heute ist die ISS die größte zusammenhängende Struktur im Erdorbit. Mit einer Länge von knapp 110 Metern und einer Breite von knapp 73 Metern kann sie durchaus mit den Abmessungen eines Fußballfeldes mithalten.

Dank vieler Bauteile mit hoher Reflektivität lenkt die Raumstation eine beträchtliche Menge Sonnenlicht zur Erde, wenn es im richtigen Winkel auf die Oberflächen trifft. Ein erheblicher Teil des reflektierten Sonnenlichts stammt von den Radiatoren, die sich an dem zentralen Gerüst (der sogenannten Integrated Truss Structure) der Station befinden. Ihre Funktion besteht darin, überschüssige Wärme nach außen abzuführen und auf diese Art und Weise einen Wärmestau innerhalb der Station zu verhindern. Auch die Solarzellensegel, die im richtigen Winkel selbst viel Sonnenlicht reflektieren, verfügen über jeweils einen kleinen Radiator.

Mit dem bloßen Auge erkennt man die ISS dann als hell leuchtenden Lichtpunkt, der sich mit hoher Geschwindigkeit (grob) von West nach Ost über den Himmel bewegt. Im Gegensatz zu einem Flugzeug blinkt die ISS aber nicht, sondern man erkennt höchstens einen gleichförmigen Helligkeitsanstieg – beziehungsweise eine stetige Abschwächung der Helligkeit. Die Helligkeit kann auch sehr plötzlich ansteigen oder abfallen, je nachdem wie schnell die Raumstation auf ihrer Bahn aus dem Erdschatten austritt oder in ihn hineinfliegt. Die genauen Uhrzeiten und Bahnen der Überflüge kann man auf verschiedenen Websites nachschauen, beispielsweise hier oder hier (der Standort des Beobachters muss noch angegeben werden). Da die ISS nur rund 93 Minuten für eine Erdumkreisung benötigt, sind in den Sichtbarkeitsphasen meistens mehrere Überflüge pro Nacht zu sehen.

Mit einer gewöhnlichen Spiegelreflexkamera, einem normalen 18-55mm-Standardobjektiv, einem Stativ und Fernauslöser kann man die ISS schon als helle Strichspur ablichten. Das Bild unten zeigt den Überflug der ISS am 5. April 2018 und besteht aus fünf Einzelaufnahmen mit jeweils 30 Sekunden Belichtungszeit bei ISO 800 und Blende f/3,5. Zwischen den Bildern macht die Kamera immer eine Sekunde Pause, daher die kleinen Lücken in der Strichspur. Auch hier kann man mit den Einstellungen spielen und zum Beispiel die ISO-Empfindlichkeit herabsetzen, während man die Belichtungszeit erhöht. So könnte man die Anzahl der Einzelbilder (und damit die Anzahl der Lücken) reduzieren.

Mit deutlich höheren Brennweiten (und einer Menge Geduld und Glück) kann man die ISS aber auch detailreicher abbilden – oder es zumindest versuchen. Das Titelbild dieses Tutorials und die nachfolgenden Bilder sind die besten Versuche, die bei den Überflügen der ISS vom 20. und 21. Mai 2018 geglückt sind. Als Optik wurde ein handelsübliches kleines Spiegelteleskop verwendet; mit einer zusätzlichen Barlowlinse im Strahlengang betrug die effektive Brennweite drei Meter.

Equipment in diesem Fall ((*)=Affiliatelinks):

• Skywatcher Teleskop N 250/1200 PDS Explorer BD OTA (*)
• Skywatcher Montierung EQ6-R Pro SynScan GoTo (*) oder bei Amazon (*) (Nachfolger der verwendeten NEQ6)
  
• TeleVue Barlowlinse 2,5x Powermate 1,25″ (*)
• DSLR (Canon EOS 700D)

Diese hohe Brennweite führt zusammen mit der enormen Geschwindigkeit der ISS am Himmel zu mehreren Problemen, die es möglichst gut in den Griff zu kriegen gilt.

Zum einen wäre da die Verfolgung der ISS am Himmel. Bei so hohen Brennweiten reicht schon eine Abweichung von weniger als einem Grad, so dass die ISS nicht mehr auf dem Kamerasensor zu sehen ist. Als effektiv hat sich hier die Verwendung eines Leuchtpunktsuchers erwiesen, der vorher natürlich exakt parallel zum Teleskop ausgerichtet werden muss. Ist die Ausrichtung gut genug, muss man den roten Punkt während des Überflugs nur auf der ISS halten (was gar nicht so einfach ist und etwas Übung erfordert).

Besonders vorteilhaft für den Zweck ist eine azimutale Montierung (zum Beispiel eine Dobson-Rockerbox), weil hier der Meridian-Flip entfällt. Parallaktische Montierungen müssen dagegen einmal komplett umgeschwenkt werden, wenn die ISS den Meridian überquert, wodurch ein paar Sekunden für die Aufnahme von Fotos verloren gehen. Das geschieht ausgerechnet in dem Bereich, wo die ISS am höchsten steht und damit dem Beobachter am nächsten ist – also genau in der Zeitspanne des Überflugs, die theoretisch die detailreichsten Aufnahmen hervorbringen würde.

Zum anderen führt die Kombination aus hoher Brennweite und hoher Geschwindigkeit am Himmel schnell zu einer Bewegungsunschärfe des abgebildeten Objekts. Die lässt sich reduzieren, indem man die Belichtungszeit drastisch herunterschraubt – bei den unten eingebundenen Bildern lag sie bei 1/3200 oder 1/4000 Sekunde. Da mit einer kurzen Belichtungszeit auch das Bild dunkel wird, muss im Gegenzug der ISO-Wert erhöht werden, in diesem Fall auf ISO 1600. Die Einstellungen für ISO und Belichtungszeit hängen von vielen Faktoren ab, unter anderem von der tatsächlichen Helligkeit der ISS, die nicht immer gleich hell über den Himmel zieht, oder von wetterbedingten Faktoren wie Schleierwolken oder von den technischen Grenzen der Kamera (Rauschverhalten, etc.).

Man muss also immer ausprobieren, welche Einstellungen gerade die besten Ergebnisse versprechen. Dieses Tutorial soll nur den Weg dahin aufzeigen und ein paar grundlegende Dinge klären und stellt sicher nicht den einzigen, ultimativen Königsweg dar. Die nachfolgende “Checkliste” dient als Orientierung, wie man das Projekt “ISS-Detailfotos” angehen kann. Jeder, der sich intensiv mit diesem Thema beschäftigt wird seinen eigenen Workflow finden und den einen oder anderen Punkt dieser Checkliste an seine eigenen Bedürfnisse und technischen Gegebenheiten anpassen oder auch komplett neu entwickeln.

Optik (Teleskop) aufbauen und justieren
Als erstes wird logischerweise die Optik betriebsbereit gemacht, also das Teleskop oder auch ein großes Teleobjektiv. Je nach Jahreszeit sollte man dabei bedenken, dass größere Optiken sich erst an die Umgebungstemperatur anpassen müssen, was im Winter durchaus eine Weile dauern kann. Erst wenn die Anpassung erfolgt ist, sollte man mit der Justierung des Teleskops beginnen (falls nötig, etwa bei Spiegelteleskopen). Auch bei weniger schweren Optiken, beispielsweise Teleobjektiven, würde ich die Verwendung eines Stativs empfehlen, um das unvermeidliche Wackeln zu vermindern.

Fokus einstellen
Die ISS befindet sich im Fokus Unendlich, wie es in der Astrofotografie üblich ist. Für eine exakte Fokussierung eignet sich irgendein heller Stern. Sterne sind Punktquellen, die geringe Abweichungen vom richtigen Fokuspunkt besser erkennen lassen als flächige Objekte. Idealerweise fokussiert man per Liveview (und Zoom) an einem hellen Stern, bis er möglichst klein erscheint. Verfügt die Kamera nicht über eine Liveview-Funktion muss man Testaufnahmen machen, bis der Fokus stimmt. Sehr sinnvoll für das Fokussieren am Stern sind Bahtinovmasken, die sich das Phänomen der Lichtbeugung zunutze machen, um charakteristische Muster zu erzeugen, die das Fokussieren vereinfachen.

Einstellungen für Belichtungszeit und ISO testen
Jetzt folgt der kniffelige Teil. Die ISS zieht recht schnell über den Himmel und man ist hauptsächlich mit der Verfolgung des hellen Lichtpunkts im Sucher beschäftigt, so dass man kaum Zeit hat, während des Überflugs viele Einstellungen zu ändern und zu testen und die Ergebnisse auf dem Kamera-Display zu begutachten. Die maximale Helligkeit der ISS ist etwas höher als die des Jupiter. Wenn Jupiter im Frühjahr am Himmel zu sehen ist, kann man den Gasriesen an dieser Stelle als Referenz wählen. Ansonsten bieten sich die besonders hellen Sterne an, die von den automatischen Montierungen auch gerne zur Kalibrierung vorgeschlagen werden. Da diese Sterne aber unterschiedlich hell sind, muss man gegebenenfalls etwas länger herumprobieren, bis man eine passende Einstellung für die viel hellere ISS gefunden hat.

Man richtet die Optik also auf Jupiter (oder einen ausgewählten hellen Stern) und wählt die Einstellungen für Belichtungszeit und ISO so, dass er auf den Testbildern gerade noch zu erkennen ist. Die ISS ist heller und sollte auf den Bildern entsprechend deutlicher sichtbar, aber auch nicht überbelichtet sein. Außerdem muss man beachten, dass sie zu Beginn und am Ende des Überflugs deutlich schwächer strahlt als in der Nähe des Meridians.

Verfolgung der ISS beim Überflug
Wenn die ISS am Himmel auftaucht, geht es los. Bei astronomischen Montierungen werden die Klemmen gelöst, so dass sich das Teleskop frei bewegen kann. Dann versucht man, den roten Punkt des Leuchtpunktsuchers möglichst genau und möglichst ruhig auf der dahinziehenden ISS zu halten. Gleichzeitig betätigt man den Auslöser der Kamera und macht Serienaufnahmen, am besten per Fernauslöser. Gelegentlich kann man kurz prüfen, ob sie tatsächlich auf den Bildern zu sehen ist und ob die gewählten Einstellungen ungefähr passen. Der Überflug dauert maximal knapp sieben Minuten.

Um die Auswirkungen der Bewegungsunschärfe bei hohen Brennweiten noch weiter zu reduzieren, kann man sich eines Tricks bedienen: Man positioniert den Leuchtpunktsucher vor der ISS und hält das Teleskop dann ruhig. Kurz bevor die ISS durch den roten Punkt fliegt, betätigt man den Fernauslöser für eine Reihe Einzelaufnahmen. Da sich in dem Fall nur die Raumstation am Himmel, nicht aber das Teleskop selbst bewegt hat, kann das die Schärfe der ISS auf den Bildern erhöhen. Allerdings erfordert das viel Übung und ein gut ausbalanciertes Teleskop, das sich nicht mehr von selbst bewegt, sobald man es loslässt.

Das war’s. Projekt “ISS-Detailaufnahmen” abgeschlossen, hoffentlich erfolgreich. Wie bereits erwähnt, erfordert das ein wenig Erfahrung, aber das Grundprinzip des Ablaufs ist gleich. Die hier gezeigten Bilder haben auch noch die berühmte “Luft nach oben” (Übung macht den Meister), aber sie demonstrieren gut, was im Amateurbereich möglich ist. Dieses Turorial dreht sich um Aufnahmen, die mit digitalen Spiegelreflexkameras gemacht werden. Es gibt auch die Möglichkeit, die ISS mit einer sogenannten Planetenkamera aufzunehmen, wie sie auch bei der Mond- und Planetenfotografie zum Einsatz kommt. Diese Methode hat gegenüber DSLR einige Vorteile, aber auch Nachteile. Dazu folgt bei Gelegenheit vielleicht ein weiteres Tutorial.

Viel Spaß beim Ausprobieren :)

(THK)