Ferne Welteninseln
Über die wunderbare Welt der Galaxien am Südsternhimmel
In den letzten Jahren habe ich mich ausführlich mit HII-Regionen beschäftigt und wie man das meist leuchtende Rot dieser Nebel mit Hilfe lichtstarker Optiken und dem Einsatz von Schmalbandfiltern gut darstellen kann. Doch als Mitte 2017 feststand, dass ich im September 2018 wieder einmal für zwei Wochen auf Kiripotib in Namibia sein würde, hatte ich den Wunsch etwas anders zu machen. Ich war, ehrlich gesagt, etwas „Hα-müde“ geworden. Und so entwarf ich für mich das „Projekt Galaxienzeit“: 14 Nächte ferne Welteninseln fotografieren! Fotomodelle sollten einige recht selten besuchte Galaxien des Südsternhimmels, aber auch ein paar alte Bekannte sein …
Es war für mich „evolutionär“ folgerichtig (die Aufnahmetechnik betreffend), Galaxien als nächste Zielobjekte anzuvisieren. Bis auf wenige Ausnahmen (Magellansche Wolken, M 31 im Sternbild Andromeda und vielleicht noch M 33 im Sternbild Dreieck) sind Galaxien recht kleine Objekte und erfordern eine höhere Brennweite als manch ausgedehnte Nebelgebiete der Milchstraße. Die für Galaxien erforderliche höhere Brennweite stellt aber auch höhere Ansprüche an die Nachführgenauigkeit der verwendeten Montierung. Die Optik wird in der Regel eine geringere Lichtstärke aufweisen und in der Folge steigt die Belichtungszeit der Einzelaufnahmen. Unter diesem Aspekt ist Galaxienfotografie technisch aufwändiger und schwerer zu beherrschen als die Fotografie ausgedehnter HII-Regionen.
Passend zu meiner Projektplanung ist im September in Namibia Galaxienzeit, insbesondere in der zweiten Nachthälfte. Zahlreiche der auf Kiripotib am Septemberhimmel erreichbaren Galaxien haben scheinbare Durchmesser von 10 - 20 Bogenminuten und können daher mit einem für den Hobbyastronom erschwinglichen Aufnahmeequipment noch hinreichend gut aufgelöst werden.
Die Suche nach einer für diese Aufgabe geeigneten, transportablen Optik führte mich zu dem eher weniger verbreiteten Reflektor Vixen VC200L mit 1800 mm Brennweite und dem Öffnungsverhältnis von 1:9. Die Optik ist vergleichsweise preiswert und leicht, dabei robust, gut verarbeitet (guter Fokussierer!) und hat ein sehr gut korrigiertes Gesichtsfeld von 42 mm Durchmesser. Eingewickelt in eine Isomatte und mit viel Schaumgummi an den Enden überstand die Optik die Flüge nach und von Namibia in einer normalen Reisetasche als aufgegebenes Gepäck (Air Namibia hatte zwei Gepäckstücke inklusive) ohne Beschädigung, ja sogar ohne Kollimationsverlust!
Als Kamera kam eine gekühlte CMOS-Kamera vom Typ ASI071MC Pro mit Bayer-Matrix zum Einsatz. Sie zeichnet sich durch ein geringes Ausleserauschen, relativ große Pixel und einen großen Dynamikumfang aus. Vorteil gegenüber einer DSLR sind die geregelte Kühlung und „echte“ RAW-Bilder, Vorteil gegenüber einer CCD-Astrokamera mit RGB-Filtern die deutliche Verkürzung der Belichtungszeiten. Nachteil dieser Kamera mit Bayer-Matrix ist ihre geringere Empfindlichkeit im roten Spektralbereich. HII-Regionen – insbesondere die schwachen – kommen nicht so gut zur Geltung. Aber diesen Nachteil habe ich für dieses Projekt bewusst zu Gunsten der geringeren Belichtungszeit in Kauf genommen. Die Datenreduktion der Rohbilder wurde mit Hilfe der Software Theli [1, 2] durchgeführt. Alle Bilder wurden, ebenfalls in Theli, astrometrisch und fotometrisch (mit Hilfe des Katalogs UCAC4 [3]) kalibiert.
Bild recht: Das verwendete Equipment auf
der Beobachtungsplattform auf Kiripotib
Eine für das Gelingen des Projektes wichtige Komponente war die „Adaptive Optik“ SVX-AOL von Starlight Xpress, die ich auch schon zu Hause seit Jahren erfolgreich einsetze. Diese korrigiert durch das (von einem Leitstern gesteuerte) Verkippen einer 13 mm dicken Glasplatte im Strahlengang Störungen in der Nachführung der Montierung, die zum Beispiel durch Windstöße, aber auch durch Mängel in der Mechanik entstehen können. Je nach Helligkeit des Leitsterns ist eine Korrektur der Nachführung mit Frequenzen von 5 Hz durchaus möglich.
Der Begriff „Adaptive Optik“ ist allerdings etwas irreführend. Im Vergleich zu den Vorrichtungen bei Großteleskopen, die der Reduzierung atmosphärischer Störungen dienen, wird hier das Seeing nicht oder nur unwesentlich verbessert. Aber die Nachführgenauigkeit kann zuverlässig auf unter 0,5 Pixel (RMS) gehalten werden. Meiner Erfahrung nach verringert sich durch den Einsatz dieser Adaptiven Optik bei einem Bildmaßstab von deutlich unter 1 Bogensekunde/Pixel, besonders bei Optiken über 1500 mm Brennweite, dramatisch der Ausschuss an nicht sauber nachgeführten (und dadurch unbrauchbaren) Aufnahmen.
Getragen und den Sternen nachgeführt wurden Optik und Kamera von einer iOptron iEQ45, die sich jetzt als Betreuermontierung auf Kiripotib befindet. Einmal einjustiert ist diese recht solide Montierung leicht zu bedienen und trägt fotografisch Fernrohre und Zubehör bis zu einem Gewicht von 10 kg.
Ein wichtiges Detail galt es schon vor der Reise nach Namibia festzulegen: Die Belichtungszeit der Einzelaufnahmen. Die Belichtungszeit sollte so gewählt werden, dass einerseits das Ausleserauschen deutlich geringer ist als das Himmelsrauschen, andererseits helle Sterne im Gesichtsfeld nicht unnötig überbelichtet werden. Es zeigte sich, dass 10 Minuten Belichtungszeit pro Einzelaufnahme auch unter dem dunklen Himmel in Namibia ausreichend sind, damit das Himmelsrauschen mindestens zweimal größer ist als das Ausleserauschen [4].
Die mit dem oben beschriebenen Equipment gewonnenen Aufnahmen sind in einem weitestgehend standardisierten Verfahren kalibriert und bearbeitet worden. Das Bildfeld beträgt jeweils 36,7 x 27,5 Bogenminuten zum Quadrat, Norden ist stets oben. Die Aufnahmen wurden bei -15°C oder -20°C Chiptemperatur gewonnen, lediglich NGC 6822 bei -10°C. Dieser Bericht gibt einen Überblick über die Bildergebnisse dieses Projektes - für eine höhere Auflösung bitte auf das jeweilige Bild klicken. Details zur Verwendung des Equipments und zur Bildbearbeitung sind im Anhang zu finden.
Insgesamt bin ich mit dem Ergebnis meines Projektes „Galaxienzeit“ sehr zufrieden. Einzig das Seeing war in der Zeit auf Kiripotib fast durchgängig mäßig bis schlecht. Ursache dafür war der andauernde, ausgeprägte Jetstream in der oberen Atmosphäre. In der Folge sind einige Aufnahmen leider auffällig unscharf ausgefallen.
Tab. 1: Daten zu den fotografierten Galaxien (sortiert nach NGC-Nummern)
Spalten 1 und 2: NGC- und Messier-Nr., Spalte 4: Distanz der Galaxien D in Millionen Lichtjahren, Spalte 5: größte Winkelausdehnung a der Galaxien in Bogenminuten (ermittelt aus den eigenen Aufnahmen), Spalte 6: Galaxiendurchmesser d in Lichtjahren (errechnet aus den Werten in Spalte 4 und 5), Spalte 7: scheinbare visuelle Helligkeit V in mag, Spalte 8: Flächenhelligkeit S in mag pro Quadratbogensekunde, Spalte 9: FWHM (full width at half maximum) in Bogensekunden der Sternabbildungen in den einzelnen Aufnahmen (siehe auch [4], FWHM-Werte ermittelt mit der Software CCD-Inspector), Spalte 10: Belichtungszeit der einzelnen Aufnahmen in Minuten.
Die Daten für die Entfernung D wurden [5] entnommen, die Daten für die Helligkeit V und die Flächenhelligkeit S der Galaxien wurden [6] entnommen. Die größte Winkelausdehnung von NGC 598 (M 33) konnte wegen der Größe der Galaxie nur näherungsweise bestimmt werden.
NGC | Messier | Sternbild | D (Mio. Lj) | a (') | d (Lj) | V (mag) | S (mag/arcsec^2) | FWHM (arcsec) | T (min) |
| NGC 55 | − | Sculptor | 6,2 | 33,0 | 59.000 | 7,8 | 22,2 | 1,9 | 150 |
| NGC 205 | M 110 | Andromeda | 2,7 | 19,3 | 15.000 | 7,9 | 22,7 | 3,9 | 100 |
| NGC 221 | M 32 | Andromeda | 2,5 | 8,3 | 6.000 | 8,1 | 21,4 | 4,2 | 70 |
| NGC 247 | − | Cetus | 10,7 | 21,1 | 65.000 | 8,9 | 22,7 | 2,5 | 150 |
| NGC 300 | − | Sculptor | 6,3 | 22,0 | 40.000 | 8,1 | 22,8 | 2,4 | 180 |
| NGC 598 | M 33 | Triangulum | 2,8 | 64,3 | 53.000 | 5,5 | 22,9 | 2,5 | 130 |
| NGC 1097 | − | Fornax | 56,0 | 10,1 | 164.000 | 9,5 | 22,7 | 4,1 | 120 |
| NGC 1316 | − | Fornax | 66,2 | 12,8 | 247.000 | 8,4 | 21,9 | 2,1 | 220 |
| NGC 1365 | − | Fornax | 54,0 | 11,0 | 173.000 | 9,5 | 22,8 | 4,1 | 210 |
| NGC 5128 | − | Centaurus | 12,1 | 23,8 | 84.000 | 6,6 | 22,2 | 4,0 | 120 |
| NGC 5236 | M 83 | Hydra | 20,9 | 11,9 | 73.000 | 7,5 | 21,7 | 2,9 | 160 |
| NGC 6744 | − | Pavo | 23,7 | 18,3 | 126.000 | 8,3 | 23,1 | 3,5 | 130 |
| NGC 6822 | − | Sagittarius | 1,7 | 14,7 | 7.000 | 8,7 | 23,3 | 2,5 | 150 |
| NGC 7582 | − | Grus | 69,2 | 5,5 | 111.000 | 10,5 | 21,9 | 3,3 | 100 |
NGC 55 – neben NGC 253 die zweite "große" Galaxie im Sternbild Sculptor
M 110 (NGC 205) – Begleitgalaxie der Andromedagalaxie M 31, deren Ausläufer unten links schwach zu sehen sind
M 32 (NGC 221) links im Bild vor der Spirale von M 31 – rechts unten die Sternwolke NGC 206
NGC 247 im Sternbild Walfisch – rechts oben die Galaxie PGC 2683
NGC 300 – eine fantastische Galaxie, die aber trotz ihrer Größe recht wenig Beachtung bei Hobbyastronomen findet
M 33 (NGC 598) – die Triangulumgalaxie – viel zu groß für die hier gewählten Feldgröße
Die Seyfertgalaxie NGC 1097 könnte mehr Brennweite und besseres Seeing vertragen
NGC 1316 – auch Fornax A – zusammen mit NGC 1317 (oben) und NGC 1310 (rechts)
Die wunderschöne Balkenspirale NGC 1365, zusammen mit NGC 247 und NGC 300 meine Lieblingsobjekte
NGC 5128 – die allseits bekannte Radiogalaxie Centaurus A
M 83 (NGC 5236), recht klein, aber sehr viele Details
Die „Pavo-Galaxie“ NGC 6744 mit ihrem lichtschwachen Begleiter NGC 6744A (rechts oberhalb)
Barnards Galaxie NGC 6822, ein sehr schwieriges Objekt auf Grund der geringen Flächenhelligkeit
NGC 7582 (rechts) mit NGC 7590 (oben) und NGC 7599 (links)
Literatur- und Internetquellen (Stand: April 2019)
[1] Schirmer, M. (2013): „THELI: Convenient Reduction of Optical, Near-infrared, and Mid-infrared Imaging Data“; Astrophys. Journal Suppl. 209, article id. 21, 16 pp.
[2] Erben, T. et al. (2013): „The Garching-Bonn Deep Survey. IV. Methods for the image reduction of multi-chip cameras demonstrated on data from the ESO Wide-Field Imager“; Astronomische Nachrichten 326, 432-464
[3] Zacharias N. et al. (2013): „The fourth U.S. Naval Observatory CCD Astrograph Catalog (UCAC4)“; Astron. J. 145, 44
[4] Homepage des Autors: www.astrodeepsky.de/reiseberichte
[5] NASA/IPAC Extragalactic Database: http://ned.ipac.caltech.edu/
[6] Revised New General Catalogue and Index Catalogue (Version: 10. March 2019): http://www.klima-luft.de/steinicke/
Osnabrück, im Mai 2019
Gerd Althoff