Langzeitbelichtung in der Astrofotografie

Die Langzeitbelichtung ist eine zentrale Technik in der Astrofotografie. Sie ermöglicht es, lichtschwache Objekte sichtbar zu machen, die mit kurzen Belichtungen unsichtbar bleiben würden. Während das menschliche Auge nur Helligkeit in Echtzeit erfassen kann, sammelt ein Kamerasensor mit Langzeitbelichtung über Sekunden oder sogar Minuten hinweg Photonen – und baut damit nach und nach ein sichtbares Bild des Kosmos auf.

Was bedeutet Langzeitbelichtung?

In der Astrofotografie spricht man von Langzeitbelichtung, wenn die Belichtungszeit pro Einzelaufnahme in der Größenordnung von mehreren Sekunden bis hin zu mehreren Minuten liegt. Die Dauer hängt von verschiedenen Faktoren ab:

Objektklasse (z. B. Galaxie vs. Mond)
Teleskopöffnung und Lichtstärke
Kameraempfindlichkeit (Gain/ISO)
Lichtverschmutzung am Standort
Art des Filters (Breitband vs. Schmalband)

Warum ist Langzeitbelichtung notwendig?

Astrofotografie arbeitet fast ausschließlich mit extrem lichtschwachen Quellen. Selbst helle Galaxien senden kaum mehr Licht als eine dunkle Nachtwolke auf der Erde. Ohne Langzeitbelichtung würden selbst moderne Sensoren lediglich „schwarze Bilder“ liefern.

Vorteile:

Höheres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR)
Sichtbar machen von Deep-Sky-Objekten
Bessere Farbsättigung
Detailreichere Strukturen in Nebeln und Galaxien

Technische Voraussetzungen

Nachführung

Da sich die Erde dreht, muss die Kamera auf einer nachgeführten Montierung sitzen. Andernfalls entstehen bereits nach wenigen Sekunden Sternspuren (Star Trails).

Guiding (Autoguiding)

Für Belichtungen über ca. 60–120 Sekunden ist eine Autoguiding-Kamera sinnvoll, um kleine Ungenauigkeiten der Montierung auszugleichen.

Dunkle Umgebung

Lichtverschmutzung reduziert die maximal sinnvolle Belichtungsdauer. In Städten sind kürzere Belichtungen mit vielen Stacks + Filter oft besser als extrem lange Einzelbelichtungen.

Typische Belichtungszeiten nach Objekt und Technik

Objektklasse	Belichtungszeit (Einzelbild)	Hinweis
Mond	<1 s	Keine Nachführung nötig
Planeten	<1 s	Videoaufnahme + Stacking
Offene Sternhaufen	30–120 s	Breitband möglich
Galaxien	180–600 s	Gute Nachführung notwendig
Emissionsnebel	300–1200 s	Optimal mit Schmalbandfilter
Startrails	Minuten bis Stunden	Kein Guiding nötig

Formel: Signal-Rausch-Verhältnis (vereinfacht)

Ein zentrales Ziel der Langzeitbelichtung ist ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis:

$SNR∝t⋅St⋅(S+B+D+R2)\text{SNR} \propto \frac{t \cdot S}{\sqrt{t \cdot (S + B + D + R^2)}}$

t = Belichtungszeit
S = Signal vom Objekt
B = Himmelshintergrund
D = Dunkelstrom
R = Leserauschen

Je länger die Belichtung (größeres t), desto besser das SNR – bis zur Grenze der Sättigung oder des Lichtverschmutzungsniveaus.

Stacken vs. Einzelbelichtung

Langzeitbelichtung pro Frame

Hohe SNR pro Einzelbild
Risiko von Bildfehlern (Satelliten, Flugzeuge)
Guiding muss exakt sein

Kurze Belichtungen + Stacking

Höhere Fehlertoleranz
Flexible Selektion beim Stacken
Ideal bei mäßiger Montierung oder Lichtverschmutzung

Beispiel:

10 x 600 s = 1h 40min Belichtung
60 x 100 s = 1h 40min Belichtung
→ Endergebnis kann ähnlich aussehen, aber der Workflow ist unterschiedlich.

Kameraeinstellungen für Langzeitbelichtung

Parameter	Empfehlung
ISO (DSLR)	800–1600, abhängig vom Modell
Gain (Astrokamera)	Mittlerer bis hoher Bereich
Belichtungszeit	Abhängig vom Objekt und Standort
RAW-Modus	Pflicht für maximale Daten
Dark Frames	Reduzierung thermischen Rauschens

Herausforderungen der Langzeitbelichtung

Sensorüberhitzung → Kühlung bei CMOS/CCD-Kameras
Amp-Glow → Bei CMOS-Sensoren bei hoher Gain/langem t
Satelliten/Flugzeuge → Störung der Aufnahme
Wind/Vibrationen → Mechanische Stabilität notwendig

Optimale Bedingungen schaffen

Stabiler Untergrund für das Stativ
Fokus prüfen mit Bahtinov-Maske
Polaralignment exakt durchführen
Darks, Flats, Bias korrekt aufnehmen
Kollimation und Justage vor Aufnahme prüfen

FAQ – Häufige Fragen zur Langzeitbelichtung

Wie lang kann ich belichten, ohne Nachführung?

Ohne Nachführung gilt die 500-Regel:

$(mm)×Crop-Faktor\text{Max. Belichtung (s)} = \frac{500}{\text{Brennweite (mm)} \times \text{Crop-Faktor}}$

Beispiel:
50 mm Objektiv an APS-C (Crop 1.5)
→ 500 / (50 × 1.5) = ca. 6.7 Sekunden

Warum sind meine Sterne „Eier“?

Ursachen:

Falsche Nachführung
Nachführfehler (z. B. schlechtes Guiding)
Schlechte Polausrichtung
Wind oder Kabelzug an Kamera

Wie finde ich die optimale Belichtungszeit?

Testreihe machen (z. B. 30 s, 60 s, 120 s, 300 s)
Histogramm prüfen (rechts nicht anschlagen lassen)
Abhängig von Filter: Schmalband braucht länger

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Langzeitbelichtung