Far Out - meine Astronomie-Homepage

Astronomie und der PC

Hier gibt es folgende Themen:

Astrofotos mit dem PC bearbeiten
Einscannen: PhotoCD oder Scanner?
Digitalfotos zu Papier bringen
Webcams am Teleskop
Teleskopsteuerung mit Computer und GoTo
Das Internet für den Hobbyastronomen

Entwicklung

Ende der 80er machte ich meine ersten Computer-Erfahrungen. Während es für den C-64 einige Astronomie-Programme gab, fehlte diese Software für mein Modell, den C-Plus 4. Der Wille, die Astronomie mit dem Computer zu erfassen führte dann zu eigenen Programmen.
Vorraussetzung für funktionierende Programme war die Erfassung der himmelsmechanischen Vorgänge. Der Gipfel der 1990 auf den PC übergegangenen Programmierarbeit war das abtippen eines Sternkatalogs bis 5.5mag...
Während das Programm nie richtig fertiggestellt wurde, und durch Abiturstress einschlief, hat sich die Erfahrung allein wegen des erarbeiteten Wissens gelohnt.

Heute setze ich 2 herkömmliche Astronomie-Programme ein: RedShift 3 und Cartes du Ciel
Die Tatsache, daß Cartes du Ciel als Freeware verfügbar ist und mittels Sprachpaketen inzwischen so etwa in 10 Sprachen zur Verfügung steht haut eigentlich den anderen Astro-Programmen den Boden unter den Füssen weg. Es bleiben natürlich Abstriche. CdC verzichtet auf grafische Demonstrationen und Lerneinheiten, und kann nicht mit der Kartendarstellung der anderen Programme mithalten. In der Beta-Phase sind aber inzwischen schon diverse Teleskopsteuerungen unterstützt.

Während Redshift ansprechendere Funktionen für die Berechnung von Planetenständen usw. enthält, kann Cartes du Ciel wesentlich mehr Sternkataloge verwenden. Dadurch bietet sich CdC an, um eigene Astrofotos auszuwerten. Mit Hilfe des HGC und des USNO-A2 lassen sich Grenzgrössen bestimmen, mit den verschiedenen DeepSky Katalogen finden sich schwache Objekte, die “zufällig” mit im Bildausschnitt sind.
Interessant war in dem Zusammenhang das Auffinden eines nicht katalogisierten Kugelsternhaufens dicht bei 47 Tucanae, der sich auf einer Aufnahme vom Sternfreund Michael Hoppe fand. Erst im Internet abgerufene DSS-Platten enthüllten den Nebelfleck als Kugelsternhaufen, während er weder in Standard-Katalogen, noch in Objektkatalogen der nahen magellanschen Wolken auffindbar war. Lediglich HGC und USNO-A2 zeigten an Stelle des Objekts einen 6 bzw. 12 mag Stern. Dies, obwohl schon im Tycho-1 Katalog die “nicht-Stern”-Natur erkannt worden war und zumindest für den GSC ein Abgleich mit dem astrometrisch genauerem Tycho stattgefunden hat.

Astrofotos mit dem PC bearbeiten

Eine weitere Einsatzmöglichkeit entdeckte ich in der Bildbearbeitung. Quasi mit Verfügbarkeit der PhotoCD ließ ich die ersten Astrofotos auf eine solche brennen und entdeckte die fantastischen Möglichkeiten der Nachbearbeitung von Helligkeit und Kontrast mit dem PC. Ziel war dabei immer, die Schönheit der Bilder zu erhalten, nicht das letzte Detail herauszuholen. Ich finde, als Amateurastronom braucht man seine Aufnahmen nicht mit denen der Profi-Wissenschaftler zu vergleichen. Allein vom Aufwand her sehen ja selbst die Mittel der SuW Titelbild-Clique ärmlich aus, wenn man sieht, womit Profis schon 1930 gearbeitet haben. Was die grossen Teleskope aber nur einmal im Leben als “Press-Release” fotografieren, nämlich ein schönes Astrofoto, daß bekommen wir Amateure ganz gut in Serie hin. Der Computer soll dabei helfen.

Meine Erfahrungen mit Bildbearbeitung reichen also schon recht weit zurück. Mit einem Mitsumi 1x CD-Rom legte ich los. Damals kostete das Gerät DM 375,-, war aber das erste erschwingliche CD-Laufwerk, daß mit Multisession und PhotoCD zurecht kam. Die ersten PhotoCDs wurden noch zu Kodak geschickt, weil die kleinen Labors keine Maschinen dazu hatten. Das Ergebnis war eine sehr gute Bildqualität, die sich heute in den meisten Labors mangels Sorgfalt und Zeit=Geld nicht mehr erzielen lässt. Die damalige Qualität übertraf sehr wohl das Ergebnis eines heutigen Diascanners in der DM 1200,- -Klasse, besonders was das Rauschen betrifft. Das war es dann auch Wert, ca 7 Minuten auf das Laden eines PCD-Bildes in voller Größe zu warten. Ein 486DX mit 8MB Speicher bringt das nunmal nicht schneller fertig.

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Mein erstes DeepSky Astrofoto - 10 min, Agfa CT 100 + Push auf 400ASA November 1989 unbearbeitet...


Inzwischen Arbeitet bei mir ein PII-333 mit 256MB Ram. Die Erfahrung zeigt, daß hier der RAM-Ausbau das wesentliche ist, so hänge ich einen 800MHz Rechner mit 64MB ganz locker ab. In den Arbeitspausen lernte ich auf Firmenrechnern Adobe Photoshop kennen, was wohl ein wirklich luxuriöses Programm zur Bildbearbeitung ist. Trotzdem zeigt die Erfahrung, daß dieser Aufwand nicht nötig ist. Mit den Programmen Iphoto Plus und PhotoFinish (entspricht Corel Photopaint 3) ließen sich gleichwertige Ergebnisse erzielen, gleichwohl diese Programme als Beigabe zu meinem Hand- bzw. Flachbettscanner kamen. Als recht modernes Programm kann ich auch PicturePublisher empfehlen, welches man als Teil der Graphics Suite 2SE  von Micrografx in der DM 30,- Klasse in vielen Kaufhausketten findet.
Zum Thema PC-Programme sei noch gesagt, daß das Neuste mit Sicherheit nicht das Beste ist. Die Funktionen, derer man sich bei der Bearbeitung von Astrofotos bedient, gehören zu den simpelsten Überhaupt, sind oft schon rudimental im Scannertreiber integriert. Deshalb bringt ein modernes Programm aus rein amateurastronomischer Sicht einen Haufen unnützen Funktionsmüll mit, der sich im Speicherplatzbedarf niederschlägt. Iphoto Plus 1.1c zum Beispiel kommt auf einer 1,44MB Diskette daher und belegt ohne ein geöffnetes Bild trockene 1,2 Megabyte Hauptspeicher. PhotoShop hingegen schluckt locker 30 Megabyte. Ebenso kritisch sollte man das eingesetzte Windows betrachten. Während Windows 95 und das update 95a nicht zu empfehlen sind, so kann man Windows 95b mit ca. 18 Megabyte Platzbedarf gegenüber schon 38 Megabyte bei Windows 98SE loben. Dieser Trend wird noch extremer, je neuer die verwendete Windows-Version ist.

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Nach schlappen 2 Minuten mit der Farbkorrektur von PicturePublisher

PhotoCD oder Scanner?

Da es ja, wie bereits erwähnt, nicht immer optimale Bildqualität via PhotoCD gibt, seien hier mal die verschiedenen Möglichkeiten der PC-Fütterung mit Astrofotos beschrieben. Neben der PhotoCD gibt es seit Sommer 2000 auch die Fuijicolor CD, die mir auch schon als Pendant unter der Marke Kodak begegnet ist. Hier werden Negativ-Filme mal eben als JPG-Bild auf der CD verewigt. Die Auflösung, etwa ein viertel der Pixel einer PhotoCD, ist mehr als ausreichend. Leider aber wird hier die Bildhelligkeit von einem Automaten vorgeregelt, so daß von einem Mondfoto meist ein fetter überbelichteter Klecks und nicht mehr erscheint. Bei einigen CDs stimmte auch die Schärfe nicht.
Wer es schafft, von Positiv oder Negativ einen vernünftigen Abzug zu erstellen (die Erfahrung sagt, daß Digiprints nach ca. 2 Reklamationen, Handabzüge aber erst nach 6-8 gut sind) kann diesen auch mit einem Flachbettscanner in den PC holen. Da der Kontrastumfang eines Papier-Abzugs aber wesentlich geringer ist, als der des Originalfilms, kann man eine Nachbearbeitung getrost vergessen.
Auch das direkte einscannen des Films mit dem Flachbettscanner taugt nichts. Allein Geräte, die eher für professionelle Grafiker und Bildverleger konstruiert sind, erlauben eine gute Qualität. Die handelsüblichen Durchlichtaufsätze taugen nicht viel. In vielen Fällen kann der Scanner nichtmal seine normale Gegenlicht-Röhre abschalten, da sonst der Weissabgleich fehlschlägt. Zu guter letzt scheitert es schlicht an der mangelnden Auflösung. 600x1200 dpi (Punkt pro Zoll) sind hier standard. Wobei 600 dpi die Auflösung des Scannelements und 1200dpi die des Schrittmotors für die Schlittenbewegung sind. Man kann sich ausrechnen, was hier wirklich von relevanz ist. Einzig die neueren 1200x2400dpi Geräte könnten hier mit einiger Mühe an brauchbaren Ergebnissen herumkratzen. Doch gibts zu deren Preis dann auch schon den echten Diascanner. Wer zwei Flachbettscanner testen will, legt übrigens am besten einen Geldschein drauf und stellt den kleineren Wert der Auflösung ein, also 600 bei einem 600x1200 Scanner.
Zum Thema Scanner sei noch vor der interpolierten Auflösung gewarnt. Hier treten oft Monstren mit 4800 und 9600 oder gar 19200 dpi auf. Auch hier wieder: Marketing! Das vom Scanelement mit gerne mal 600dpi aufgenommene Bild wird rein rechnerisch aufgeblasen, indem entsprechend Zwischenpunkte eingefügt werden. Im Zweifel fragt man immer nach dem Wert der optischen Auflösung.

Ein Discanner ist das wirklich optimale Gerät. Der ist nunmal dafür gebaut. Während ein Dia gerade mal ein Sechstel des Scanelements eines A4-Flachbettscanners belegt, kann der Diascanner hier die volle Zeile des Chips nutzen. Entsprechend verbessern sich Schärfe und Kontrast.
Trotzdem will ein Diascanner zunächst getestet werden. Wichtig ist, daß er sich mit dunklen Farbtönen gut verträgt. Bei den hellen Farbtönen der Astro-Negative gibt es selten Probleme. Oft aber produzieren die Wandler besonders bei dunklen Bereichen der Dia-Positive ein ziemlich störendes Rauschen. Je mehr Bit Farbtiefe der Scanner aber nutzen kann, desto geringer ist dann auch das Rauschen. 36-Bit und 2000 dpi möchte ich mal Mindestwert nennen. Es kann aber gut passieren, daß ein günstiger Scanner 36bit mit Rauschen liefert, ein teurer aber 24bit absolut Rauschfrei produziert. Beide sind vermutlich gut zu gebrauchen, man sollte aber dem rauschfreieren den Vorzug geben. Auf jeden Fall müssen die Scanparameter wie Helligkeit, Kontrast und Gamma sorgfältig, oft für jede Farbebene getrennt, eingestellt werden. Je nach Filmkorn macht auch nicht immer die volle Auflösung sinn.
Gute Erfahrungen habe ich mit meinem Nikon Coolscan IV ED (auch LS40-ED genannt) gemacht. Ein Bildrauschen ist auch bei dunklen Dias, zum Beispiel unterbelichteten Planetenfotos, kaum  zu bemerken. Die Schärfe ist sehr gut und hat mich besonders beim neuscannen der M-13 Aufnahme mit dem R200SS beeindruckt. Der Kugelsternhaufen wurde mit den nun verfügbaren 2900dpi wesentlich besser aufgelöst als mit den vorherigen 2100dpi. Noch wichtiger sind die wesentlich schärferen Sternpunkte, die die Auflösung des Zentrums erst zeigen.

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Links 2100dpi eines 2 Jahre alten Canon, rechts 2900dpi beim Nikon LS-40ED

Der Nutzen der PC-Bildbearbeitung ist zunächst erstaunlich, aber nicht unbegrenzt. Die Hauptarbeit liegt darin, den Kontrast der verschiedenen Farbebenen und Bildbereiche dahingehend zu optimieren, ein schönes Objekt mit wenig Bildrauschen bzw. Filmkorn klar vom möglichst schwarzen Himmelshintergrund abzuheben. Dabei passiert es leicht, daß sich eine 10 minütige Belichtung hinterher wie eine 20 minütige darstellt. Ist eine Aufnahme aber unter optimalen Bedingungen ausbelichtet, so beschränkt sich die Wirkung des PCs lediglich auf das Ausgleichen eventueller Farbstiche.

Photodrucker oder Digiprint von CD

Das nächste Problem ist: Wenn ich meine Aufnahme im PC drin habe, wie bekomme ich sie wieder `raus???
Was wir Computerfreaks so Respektlos als Tintenpisser bezeichnen, bietet schon eine sehr gute Lösung. Tintenstrahldrucker mit mehr als 3+1 Farbtönen (z.B. Epson Stylus Photo-Serie) erzielen hier sehr gute Ergebnisse auf hochglanz (Glossy) Papier. Die Druckkosten sind aber nicht zu verachten, beginnend beim Papier, daß im 10er Pack von HP oder Epson gerne mit 20 Mark und mehr zu Buche schlägt. Nein, ich meine nicht 10 mal 50 Blatt, sondern tatsächlich nur 10 Blatt. Wenn man aber auf das Logo des Druckerherstellers auf der Packung verzichtet, gibt´s das Papier auch gerne für ein Viertel des Preises. Dazu kommt aber leider, daß die heutigen Tintenstrahldrucker zu Preisen verkauft werden, die der Hersteller nur über hohe Tintenpreise realisieren kann. Der Strassenpreis einer Schwarz-Patrone liegt bei 40 Mark, der einer Fabpatrone (mit allen 5 Farbtönen ohne schwarz) bei 60 Mark. Der Preis ist aber nicht blos deshalb Wucher, weil die Farbpatrone im Vergleich zur schwarzen gut das 3-fache an Tinte enthält... Erfahrungsgemäß überlebt eine schwarz-Patrone 5 DIN-A4 Drucke mit Astromotiven. Die Farbpatrone lebt länger, weil Unsereins sie ja weniger benutzt.
Eine andere Alternative, besonders bei gelegentlicher Nutzung bietet der DigiPrint von CD. Viele Fotohändler bieten an, DIN A4 und größer von einer selbstgebrannten CD mit Bildern im JPG-Format oder manchmal auch PhotoShop, BMP, TIF, etc abzuziehen. Manchmal kann das Bild sogar per E-Mail (selten max. 500KB groß, oft schon bis 6MB ohne Aufpreis) gesendet werden. Fuji bietet ein angenehmes Verfahren via Web-Browser an. Diese Digiprints auf Photopapier sind zumeist von sehr guter Qualität - die Probleme beim normalen DigiPrint entstammen nämlich den Fehlern beim Einscannen, was ja in diesem Falle unsereins bereits selbst übernommen hat.
Ich besitze noch einen alten Stylus Color 500 und seit circa 3 Jahren träume ich von der Anschaffung eines Stylus Photo. Da aber nun die DigiPrint-Möglichkeit existiert, habe ich mich dagegen entschieden. Der Drucker schlägt mit ca. DM 400 zu Buche, dann jeder Druck mit mindestens 6 DM pro DIN-A4 Seite. Dazu aber kommen noch Probeausdrucke, da die Farbwiedergabe nicht der Bildschirmansicht entspricht. Letztendlich erzielen Beide Verfahren die gleiche Qualität, aber allein für den Anschaffungspreis des Druckers kann ich 80 Digiprints 20x30cm erstellen lassen. Wer allerdings im Jahr mehr als 20 Drucke plant, der kann das ganze ja mal aus seiner Sicht durchrechnen.

CCD-Kameras und Webcams

Durch Webcams, und insgesamt CCD, bzw. auch CMOS-Digitalkameras rückt der PC noch näher an die Bildentstehung und damit ins Arbeitsfeld der Amateur-Astronomen. Hier wird der Bereich der gefragten Programmfunktionen erweitert um Rauschreduzierung, Bildaddition und Schärfen, also Unscharf-Maskierung der Bilder.

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Webcam-Rohbild und geschärftes Rohbild, beim Schärfen wird deutlich: der CCD-Chip rauscht

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ca. 200 mit Giotto aufaddierte Webcam-Bilder: das Rauschen verschwindet und es kann weiter geschärft werden

 Ich selbst setze nur eine Webcam ein. Die Gründe will ich hier auch gern darlegen. Für mich muß, wie schon erwähnt, eine Astro-Aufnahme konsequenterweise gut aussehen. Das erfordert zum einen Farbbilder, zum anderen eine ansprechende, zumindest A4-Abzugsfähige Auflösung. Eine Digitalkamera, die mich zufriedenstellt muß also mindestens 6 Megapixel aufweisen. Damit sie dann auch DeepSky tauglich ist, muß eine Chipkühlung, also eine spezielle Astro-Kamera her. Noch dazu wünsche ich mir eine Kamera-Lösung, an der ich meine qualitativ hochwertige Sammlung von Nikon-F-Objektiven weiterverwenden kann. 6 Megapixel-Chips sind zwar bereits am Markt erhältlich und als Spiegelreflex-Kamera mit Nikon-Bajonett zu erwerben, aber es gibt eben noch keine Lösung mit Chipkühlung. Was als Astro-CCD-Kamera derzeit geboten wird hat Preise, die lächerlicherweise einfach astronomisch hoch sind und weder Material- noch Entwicklungsaufwand widerspiegeln. So gehe ich davon aus, daß es frühestens in 5 Jahren eine Astro-CCD-Lösung geben wird, die bei bezahlbarem Preis meinen Ansprüchen genügt. So lange werde ich warten und meine Webcam ausreizen, zumal chemische Filme mehr als nur zufriedenstellende Bilder abliefern. Da ich das Wort “Hobby” zusammen mit “Astronomie” verwende, muß Astronomie nunmal deutlich billiger, als ein Neuwagen bleiben. Und ich erwähne an dieser Stelle hämisch, daß es Leute gibt, die ich damit nicht mehr als Hobbyastronomen bezeichnen mag. Trotzdem gefiel mir der Besuch der Sternwarte Melle :-=

Die haben ein Riesenteleskop in Melle hingestellt!
In Melle war´s schweinekalt. Aber geile DeepSky-Eindrücke!

Teleskop-Steuerung per Computer

Eine andere Stelle, an der der PC Einzug in die Astronomie hält, ist die Teleskopsteuerung. Die meisten einfachen Teleskopsteuerungen arbeiten schon längst mit Microcontrollern z.B. aus der 8031-Serie. Von da an ist der Schritt zur Modernen GoTo-Steuerung nicht weit. Gleichzeitig kommt dann auch bei fast allen Modellen der PC ins Spiel. In der Hauptsache bleibt dem Rechenknecht nicht mehr, als die Datenbank zu erweitern. Bei der Bahnberechnung von Kometen und auch Asteroiden ist dies durchaus sinnvoll, angesichts der weit über 10 tausend Objekte moderner GoTos wird er aber mehr oder weniger als anklickbare Sternkarte genutzt. Wann wohl die erste GoTo-Steuerung mit Farbdisplay ala Palm daherkommt?
Da gibt es dann auch einiges dazu zu schreiben. So praktisch es für den Anfänger sein mag, dem Teleskop zu befehlen, ihm den Jupiter zu zeigen, so wenig wird er dadurch auch von der Astronomie an sich lernen. Wenn das Teleskop den Jupiter findet - wozu soll man sich denn dann die Mühe machen, seinen Tagebogen zu erkennen? Und wem wird dabei Auffallen, daß er bei seiner Wanderung durch den Tierkreis mal tief im Süden, mal fast durch den Zenit seinen Tagebogen zieht?
Es ist auch keine Frage, daß GoTo doch inzwischen mehr ein Aspekt des Marketings geworden ist, denn ein Komfort-Merkmal. Wenn man vielleicht auch unter super-optimalem Namibia-Himmel mit dem 5-Zöller viele NGC-Objekte sehen kann, die schwarzen Löcher in der Datenbank des Autostar sind auch mit einem 200-Zöller ein astronomischer Witz. Aber sie füllen eben die Datenbank genauso wie die unzähligen NGCs und ICs, so daß die Werbewirksame Zahl X-tausend erfüllt ist.
Nun sicher, jedem bleibt der Zugang und der Umfang seines Hobbys allein überlassen.  Die unschöne Nebenwirkung ist aber, daß der Anfänger, der vom Marketing gelockt wird, dann bald in tiefe Enttäuschung stürzt, weil er schlicht nichts sieht, wo das Teleskop NGC 3332 zeigen will.
Dem Fortgeschrittenen hingegen kann GoTo doch von Nutzen sein. Es gibt nun wirklich einige Objekte, bei denen Star-Hopping meist am Ziel vorbei führt. Hier hilft die Sache ungemein. So mancher strafft denn so auch den Beobachtungsplan, wobei mir ein Zeitplan bei der Beobachtung aber eher ein Greuel ist: “Da  haben wir dann 2 Minuten Aufenthalt bei M 52, denn der Schwenk zu M 13 dauert mindestens 3 Minuten 22!”

Das Internet

Zum Thema Astro und PC gehört inzwischen auch das Internet. Nicht nur der jüngeren Generation der Hobbyastronomen erschließt sich hier ein ungeahnter Erfahrungsaustausch. So mancher informiert sich vor dem Kauf über die Qualität seines Wunsch-Teleskops und ein anderer lernt, wie er das eigentlich billige Kaufhausteleskop “aufboren” und wirklich ausreizen kann. Ich will hier aber gar nicht viel erzählen, sondern lediglich auf die Links auf der Homepage verweisen.

Ganz besonders Nützlich ist das Internet aber, da viele Institutionen auf diesem Wege ihre Forschungsergebnisse präsentieren. Da finden sich die neuesten Bilder der Cassini-Sonde oder die Asteroiden-Landung von Near-Shoemaker - es war vielleicht wie das Mondlandungsfeeling unserer Eltern...
Die meisten Sternkataloge sind übrigens im Internet verfügbar. Mit entsprechender Einstellung lädt Cartes du Ciel gerne die zum Kartenausschnitt passende POSS/DSS-Platte. Hubble Guidestar oder Tycho und Tycho 2 lassen sich per Online-Abfrage durchsuchen, von einigen versteckten Sites auch ganz herunterladen. Flatrate sei Dank, im Falle des USNO-A2 hat es 2 Wochen gedauert...
Besonders Spaß gemacht hat es übrigens auch, die Intensitätsverteilung des Vela-Supernova-Überrests auf bestimmte Spektrallinien herauszufinden. Das hatte den Zweck, die Verwendbarkeit von IDAS, OIII und UHC-Filter einzuschätzen.

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