Astronomische Zeitrafferfilme – selbstgemacht

Mit astronomischen Zeitrafferaufnahmen beschäftige ich mich nun schon seit einigen Monaten. Zeit also, einmal darüber zu bloggen. Das tolle daran ist schließlich, dass gar nicht viel braucht, um ein ansehnliches Zeitraffervideo zu erstellen: Wer eine Digitalkamera (vorzugsweise eine DSLR) und einen Heimcomputer (sagt man so überhaupt noch?) sein Eigen nennt, besitzt schon die wesentlichen Werkzeuge. Prinzipiell ist jede DSLR geeignet, selbst mit kompakten Digiknipsen lassen sich astronomische Zeitraffer machen, sofern sie lichtempfindlich genug sind und die wichtisten Einstellungen von Hand zulassen.

Mit einem astronomischen Zeitraffer kann man die Bewegung des Sternenhimmels eindrucksvoll darstellen – aber auch den Zug der Wolken oder die sich ändernden Lichtverhältnisse während der Dämmerung oder bei Mondlicht. Dazu muss man nur in regelmäßigen Abständen Aufnahmen machen, etwa einer Landschaft, oder eines Gebäudes, etc., wobei natürlich immer genug Himmel auf den Bildern zu sehen sein sollte. Diese Bilder – je nach Dauer des Videos können das mehrere tausend sein – werden hinterher mit einer geeigneten Software zu einem Zeitrafferfilm zusammengesetzt.

Eine Nacht an der Aachener Sternwarte in 3 Minuten

Am besten erklärt sich das an einem Beispiel: Das hier gezeigte Video entstand im Oktober 2010 während einer Vollmondnacht. Gegen 16:00 Uhr begann ich, alle 15 Sekunden ein Foto der Sternwarte in Aachen zu machen. Die Kamera wurde auf ein Stativ gesetzt und mit einem 8mm-Fisheye-Objektiv bestückt, das neben dem Gebäude auch einen Großteil des Himmels bis zum Zenit abbildet. So sind ganze Sternbilder problemlos zu erkennen. Blickrichtung war Nordwesten, da ich wollte, dass der Mond sie silbrig glänzende Aluminiumkuppel in Szene setzt. Außerdem erkennt man so die scheinbare Drehung des Himmels um den Polarstern.

Die Intervalllänge von 15 Sekunden blieb während der ganzen Zeit konstant. Im Laufe der Nacht bis zum darauf folgenden Mittag (die Aufnahmen dauerten immerhin rund 18 Stunden) kamen so knapp 4000 Einzelbilder zusammen. Jeweils 24 dieser Bilder ergeben hinterher eine Sekunde Film – so dass das Auge eine kontinuierliche Bewegung wahrnimmt. Die Nacht wird so auf unter drei Minuten komprimiert…

Zu Beginn der Aufnahmen schien noch die Sonne. Die Kamera stand während dieser Zeit im Av-Modus, d. h. die Kameraelektronik bestimmte die nötigen Belichtungszeiten bei vorgewählter Blende (5,6) selbst. Während der Dämmerungsphase habe ich nichts weiter gemacht, als die ISO-Zahl langsam von 100 auf 1600 hochzustellen. Schließlich wurde die Kamera nach Ende der astronomischen Dämmerung (also bei vollständiger Dunkelheit) in den manuellen Modus (M) umgestellt – von nun an belichtete ich mit konstanten 10 Sekunden und fester Blende (die Blende von 5,6 war nötig, um dem verwendeten Billig-Fisheye eine akzeptable Abbildungsleistung zu entlocken). Aufgenommen wurde übrigens im JPG-Format, und zwar in der höchsten Auflösungsstufe. Und, ganz wichtig: der Autofokus war ausgestellt!

Mondlicht sorgt für Stimmung

Als dann kurze Zeit später der Mond aufging, erhellte er die Szenerie und ermöglichte es, auch bei der recht kurzen Belichtungszeit eine farbige Landschaft zu fotografieren. Zu meinem Glück zogen zwischendurch Wolken durch – erst mittelhohe Wasserdampf-, dann hohe Eiswolken. Das gab dem Video eine besondere Dynamik, die bei völlig klarem Himmel fehlen würde. Besonders schön finde ich den 22°-Mondhalo, der im späteren Verlauf des Videos sichtbar wird. Hier sieht man einmal, wie ein solcher Halo sich innerhalb einer gewissen Zeit bildet und wieder verschwindet, wenn die Wolken entsprechend dünner werden. Kein statisches Bild kann das rüberbringen!

Dass der Mond am Ende durch das Bild zieht, war zwar beabsichtigt, erschwerte aber die Belichtung in der Morgendämmerung. Da ich befürchten musste, dass die automatische Belichtungswahl der Kamera durch das helle Einzelobjekt in die Irre geführt wird, habe ich die Belichtung entsprechend von Hand geändert. Das ging recht problemlos, zumal die Morgendämmerung im Oktober aufgrund der steil stehenden Ekliptik rasch vorbei ist. Die langen, ereignislosen Phasen dazwischen habe ich schlafend im Zelt verbracht. Bei Vollmond ist die Zahl lohnenswerter Beobachtungsobjekte begrenzt…

Die angegebenen Werte der Belichtungszeit und Intervallänge können und sollen natürlich je nach Beleuchtungsverhältnissen, Bewölkung, Kamera und Objektivbrennweite variiern. Je mehr Bilder pro Zeiteinheit aufgenommen werden, desto langsamer läuft der Zeitraffer, wenn man die Framerate von 24 pro Minute konstant hält. Ohne Mondlicht kann man auch (je nach Brennweite) bis zu 30 Sekunden oder länger Belichten. Bei 1600 ASA kommt dann schon gut die Milchstraße heraus. Kurze Intervalle sind insbesondere bei schnell ziehenden Wolken angeraten. Ist der Himmel absolut wolkenlos, reicht auch ein Bild pro Minute. 

Auf Darkframes habe ich übrigens komplett verzichtet. Das Rauschen der Kamera ist ohnehin nicht problematisch, da die Bilder für das Video noch kräftig kleingerechnet werden. Damit sind wir aber auch schon bei der

Bearbeitung am PC 

Die Bearbeitung der Bilder erfolgte mit den frei erhältlichen Programmen VirtualDubMod und Irfanview. Zunächst einmal wurden die Bilder aufsteigend durchnummeriert in einen Ordner kopiert. Irfanview diente dabei zur Verkleinerung der Bilder mit Hilfe der Batch-Funktion, mit VirtualDubMod erfolgte die Synthese zum Video und die weitere Bearbeitung. Anmerkung: Zwar kann VirtualDubMod auch das Kleinrechnen erledigen, aber ich schaue die Bilder vor dem Erzeugen des Videos gerne noch mal durch. Das geht mit kleinen Bildern einfach schneller. Um nicht viele Worte zum Workflow machen zu müssen: Grundlage der Bearbeitung war dieses Tutorial von Pascal Christian.

Auch mit längerer Brennweite kann man Zeitraffer aufnehmen. Mit 300mm und nach dem gleichen Prinzip wie im Text beschrieben, entstand dieses Video der aufgehenden, verfinsterten Sonne am 4. Januar 2011.

Auf zwei Fallen will ich aber gleich aufmerksam machen: Erstens muss die Bildserie lückenlos nummeriert sein, sonst bricht VirtualDubMod an der Stelle der Lücke einfach ab. Es kann notwendig sein, einzelne Bilder aus der Serie zu löschen, etwa wenn man durch Bild gelaufen ist oder eine Fliege sich auf Objektiv setzt (alles schon  vorgekommen). Das ist kein Problem, das Auge kann ein oder zwei fehlende Bilder bei 24 Bildern pro Sekunde nicht wahrnehmen, allerdings muss die Lücke in der Nummerierung geschlossen werden, etwa indem man das nachfolgende Bild kopiert und als fehlende Nummer neu abspeichert. Der zweite Stolperstein: Die Pixelweite der Einzelbilder muss in Breite und Höhe eine gerade Zahl sein, sonst gibt es komische Fehlermeldungen!

Mit VirtualDubMod kann man über die Filterfunktion eine ganze Reihe von Einstellungen vornehmen. Ich verwendete allerdings nur den MSU-Deflicker-Filter. Nachdem man sich diesen heruntergeladen hat, steht er in Virtualdub zur Verfügung. Er dient dem Ausgleich kleiner Helligkeitsschwankungen zwischen den Einzelbildern, die ein Flackern (flickering) des Videos verursachen. Die Ursache des Flickering-Effekts ist nicht ganz klar: Auch mit völlig identischen Einstellungen (Blende, Belichtungszeit, ISO-Zahl) aufgenommene Bilder sind nicht immer hundertprozentig gleich hell. Was in der normalen Fotografie nicht auffällt, stört in der Zeitrafferfotografie jedoch enorm. Vermutlich handelt es sich um ein elektronisches Phänomen – ich weiß es nicht. Der MSU-Deflicker-Filter beseitigt diese Probleme jedenfalls zuverlässig.

Um auf alle Details zur Bearbeitung, der richtigen Belichtung, etc. einzugehen, müsste ich eine ganze Blogserie verfassen. Ich verweise daher lieber auf die Kommentarfunktion – falls bestimmte Fragen offen bleiben, werde ich sie dort gerne beantworten. Ein paar Worte zur benötigten Hardware möchte ich aber noch verlieren.

Ein paar Worte zur Hardware

Zunächst einmal braucht man unbedingt einen Timer zur Steuerung der Auslösungen. Es sei denn, man hat Spaß daran, stundenlang den Auslöseknopf zu drücken! Die Steuerung geht z. B. mit einem Laptop. Für die Canon-Kameras, die ich verwende (EOS 350D und EOS 450Da) liefert Canon gleich die entsprechende Software (Canon EOS Capture, sollte auf der mitgelieferten CD sein) mit. Flexibler ist eine Timer-Fernsteuerung. Die gibt es von den Kameraherstellern, oder auch als Kleinserien-Selbstbau. Ich verwende seit einiger Zeit den Astro-Timer und bin sehr zufrieden damit.

Eine große Speicherkarte ist ebenfalls nötig. 16 GB für die 350D sind ausreichend. Im Oktober hatte ich nur eine 4 GB und eine 1 GB – Karte, die ich im Wechsel benutzt habe. Wer genau hinsieht, kann die beim Kartenwechsel entstandenen Sprünge im Film erkennen. Erfolgt die Auslösesteuerung mit einem Laptop, können die Bilder natürlich auch direkt auf die Festplatte gespeichert werden.

Das größte Problem ist allerdings die Stromversorgung. Meist ist ja kein Netzstrom vorhanden (deshalb verzichte ich auch auf die Laptop-Steuerung). Kein Kameraakku aber hält 18 Stunden Dauereinsatz durch, noch dazu bei Minusgraden! Eine externe Spannungsversorgung muss her. Ich habe mir dazu einen Spannungskonverter von 12 V auf die von der Kamera benötigten 7,4 V nebst Akku-Dummy gemäß dieser Anleitung gebaut. Inzwischen werden solche Konverter auch von Astrohändlern oder von engagierten Selbstbauern im astronomie.de-Forum angeboten. Als externe Akkus benutze ich bislang 12 V-Bleigelakkus, steige aber momentan auf Lithium-Ionen-Akkus um, denn die sind einfach transportabler.

Schließlich ist (in unseren Breiten zumindest) ein geeigneter Schutz des Objektivs gegen Taubeschlag nötig. Das Objektiv als exponiertester Teil der Kamera beschlägt fast immer im Laufe einer Nacht. Abhilfe schaffen z. B. Heizmanschetten aus dem Astronomiehandel, die um das Objektiv gelegt werden und das Objektivglas leicht aufheizen und damit den Taubeschlag verhindern. Allerdings benötigt so eine Manschette ebenfalls einen starken Akku. Meine zieht beispielsweise 450 mA und damit doppelt so viel wie die Kamera! Manche Fotografen verwenden deshalb benzingefüllte Handwärmer, die mit Gummibändern am Objektiv befestigt werden und viele Stunden Wärme abgeben.

Soweit also diese kleine Einführung in die Zeitrafferfotografie! Zu erwähnen bleibt, dass andere das natürlich viel besser und professioneller machen. Ein besonderer Dank geht an dieser Stelle an Bernd Pröschold, dessen grandiose Zeitrafferfilme mir eine wichtige Inspiration sind und der im November einen sehr lehrreichen Kurs zum diesem Thema angeboten hat, durch den ich viel lernen konnte. Während ich nur Amateur bin, ist Bernd Profi – er vermarktet seine Filme professionell. Seine DVD Sternstunden enthält die besten seiner Arbeiten und wird von mir uneingeschränkt zum Kauf empfohlen! Wie ich habe läuten hören, soll 2011 eine zweite DVD herauskommen.

Mit dem Astronomievirus infiziert wurde ich Mitte der achtziger Jahre, als ich als 8-Jähriger die Illustrationen der Planeten auf den ersten Seiten eines Weltatlas stundenlang betrachtete. Spätestens 1986, als ich den Kometen Halley im Teleskop der Sternwarte Aachen sah (nicht mehr als ein diffuses Fleckchen, aber immerhin) war es um mich geschehen. Es folgte der klassische Weg eines Amateurastronomen: immer größere Teleskope, Experimente in der Astrofotografie (zuerst analog, dann digital) und später Reisen in alle Welt zu Sonnenfinsternissen, Meteorschauern oder Kometen. Visuelle Beobachtung, Fotografie, Videoastronomie oder Teleskopselbstbau – das sind Themen die mich beschäftigten und weiter beschäftigen. Aber auch die Vermittlung von astronomischen Inhalten macht mir großen Spaß. Nach meinem Abitur nahm ich ein Physikstudium auf, das ich mit einer Diplomarbeit über ein Weltraumexperiment zur Messung der kosmischen Strahlung abschloss. Trotz aller Theorie und Technik ist es nach wie vor das Erlebnis einer perfekten Nacht unter dem Sternenhimmel, das für mich die Faszination an der Astronomie ausmacht. Die Abgeschiedenheit in der Natur, die Geräusche und Gerüche, die Kälte, die durch Nichts vergleichbare Schönheit des Kosmos, dessen Teil wir sind – eigentlich braucht man für das alles kein Teleskop und keine Kamera. Eines meiner ersten Bücher war „Die Sterne“ von Heinz Haber. Das erste Kapitel hieß „Lichter am Himmel“ – daher angelehnt ist der Name meines Blogs. Hier möchte ich erzählen, was mich astronomisch umtreibt, eigene Projekte und Reisen vorstellen, über Themen schreiben, die ich wichtig finde. Die „Himmelslichter“ sind aber nicht immer extraterrestrischen Ursprungs, auch in unserer Erdatmosphäre entstehen interessante Phänomene. Mein Blog beschäftigt sich auch mit ihnen – eben mit „allem, was am Himmel passiert“. jan [punkt] hattenbach [ät] gmx [Punkt] de Alle eigenen Texte und Bilder, die in diesem Blog veröffentlicht werden, unterliegen der CreativeCommons-Lizenz CC BY-NC-SA 4.0.

13 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Weißabgleich – manuell oder automatisch?

    Eine hervorragende Anleitung, die Lust auf eigene Aktionen weckt. 🙂

    Eine Frage: Wie regelst du den Weißabgleich bei sehr langen Belichtungsreihen wie dem (grandios gelungenen!) Sternwarten-Nachtvideo?

  2. @Clear Skies, Weißabgleich

    Ich habe bei den gezeigten Videos den automatischen Weißabgleich verwendet.

    Einer der Tipps aus dem Kurs war, den Weißabgleich in der Dämmerung auf Werte um 6000K zu stellen, damit der rote Sonnenuntergang mehr zur Geltung kommt, und dann in der Nacht auf 4800-5200K runter zu setzen, um den Nachthimmel bläulicher erscheinen zu lassen [1]. Ich habe das aber noch nicht ausprobiert, weil seit Mitte Oktober der Himmel weg ist 🙂

    [1] Oder umgekehrt? bin gerade etwas verwirrt, aber du bist ja der Fotograf.

  3. Weißabgleich

    > Oder umgekehrt?

    So herum klingt das logisch.

    Weshalb mir der Weißabgleich bei Belichtungsreihen – insbesondere sehr langen wie dem Sternwarten-Film – so schwierig erscheint: Lässt man den Weißabgleich automatisch einstellen, so ermittelt die Kamera die Farbtemperatur bei jeder Belichtung wieder neu. Das kann zu ganz unterschiedlichen Ergebnissen führen, beispielsweise tagsüber, wenn Wolken durchziehen. Stellt man den Weißabgleich aber manuell ein, dann kann es zu satten Brüchen kommen, die vermutlich nicht nachträglich am PC korrigiert werden können? Nur Vermutungen! 😉 In jedem Fall werde ich das mal ausprobieren, meine Kamera freut sich sicher schon. 🙂

  4. ach ja…

    … oder man fotografiert gleich im Raw-Format, dann ist die Einstellung des Weißabgleichs wurscht. Hierfür müsste man dann allerdings Möglichkeiten schaffen, die paar Terabyte Daten, die sich im Laufe einer Nacht ansammeln dürften, direkt auf ein entsprechendes Datenspeichermedium zu übertragen… 😉

  5. @Clear Skies, RAW

    Der Speicherplatz ist auch der Grund, warum ich weiterhin mit JPGs arbeite.

    RAWs hätten noch den weiteren Vorteil des größeren Dynamikbereichs, was insbesondere bei Sonnenauf- und Untergängen sehr wichtig ist. Da bringt ein jpg nämlich den Helligkeitskontrast und damit die Farbspiele nicht mal ansatzweise rüber. Das Thema wurde auf Bernd Pröscholds Kurs auch breit diskutiert, ohne dass eine wirkliche Lösung erzielt wurde. Zwei Ideen waren: HDR-Aufnahmen während der Dämmerung machen (also etwa 3 Fotos mit Über- und Unterbelichtung) oder halt RAWs zumindest während der kritischen Phasen.

    Aber ich bleib, wie gesagt, vorläufig beim JPG.

  6. Flackern der Sterne

    Hallo, vielen Dank für die Anleitung! Ich glaube dass das Flackern der Sterne folgendermaßen zustandekommt: Bei einem starken Weitwinkelobjektiv wirkt sich die Luftunruhe so gut wie gar nicht aus, sodass die Sterne so scharf abgebildet werden, dass sie nur wenige Pixel groß sind. Da kommt nun die Bayermatrix ins Spiel: je nachdem, welche Pixel getroffen werden, kommt durch die Farbfilterchen unterschiedlich viel Licht an.

    Aber eigentlich müsste doch der eingebaute Tiefpassfilter das verhindern oder? Hm bin bin mir jetzt nicht sicher ob das wirklich die Erklärung für das Problem ist.

  7. Frage

    Die Erde dreht sich „gegen den Uhrzeigersinn“! das ist Tatsache.Oder?

    Der Himmelskugel (über der Nordhalbkugel)
    bewegt sich dann scheinbar für den Betrachter (Blickrichtung Polaris)
    „im Uhrzeigersinn“
    Ist das richtig?

  8. Drehung von Himmel und Erde

    Das kann man so pauschal nicht sagen, es hängt von der Hemisphäre ab.

    Die Erde dreht sich von West nach Ost, betrachtet man die Nordhemisphäre von oben, dreht sich die Halbkugel gegen den Uhrzeigersinn, betrachtet man die Südhemisphäre von oben, gegen den selbigen.

    Das Himmelsgewölbe (poetischer Ausdruck) bewegt sich somit scheinbar von Ost nach West. Für einen Beobachter auf der Nordhalbkugel mit Blick auf den Himmelspol gegen den Uhrzeigersinn, im Süden mit dem selbigen.

    Überzeugen Sie sich selbst davon, Programme wie Celestia (http://www.celestia.info/index.html) und Stellarium (http://www.stellarium.org/de/) machen das schön sichtbar! Musste ich gerade auch noch mal zu Rate ziehen 🙂

    Danke für die Frage!

  9. Pingback: StarryNights – die größten Observatorien der Welt im Zeitraffer › Himmelslichter › SciLogs - Wissenschaftsblogs

Schreibe einen Kommentar




Bitte ausrechnen und die Zahl (Ziffern) eingeben