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Der Autoguider MGEN-3


Sterne und Weltraum - epaper ⋅ Ausgabe 8/2021 vom 09.07.2021

ASTROFOTOGRAFIE

Artikelbild für den Artikel "Der Autoguider MGEN-3" aus der Ausgabe 8/2021 von Sterne und Weltraum. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: Sterne und Weltraum, Ausgabe 8/2021

Fotografie mit Nachhilfe

Dieses Bild des Nordamerikanebels im Sternbild Schwan nahm der Astrofograf Frank Sackenheim mit Hilfe der automatischen Nachführkontrolle MGEN-3 auf. Zur Fotografie nutzte er eine Canon EOS Ra an einem Teleskop vom Typ Takahashi Epsilon 130. Ein parallel zum Teleskop montierter 50-Millimeter-Sucher diente als Leitfernrohr, welches den zur Nachführung genutzten Stern im Blick behielt. An das Leitrohr war die im Lieferumfang des MGEN-3 enthaltene Nachführkamera angeschlossen, die in Verbindung mit einer Steuereinheit die Nachführgenauigkeit überwachte.

Die Astrofotografie ist eine komplexe Angelegenheit, bei der viele Techniken zum Einsatz kommen, die Hand in Hand arbeiten müssen. Entscheidend für die Qualität einer Aufnahme ist es, das zur Fotografie genutzte Teleskop der Himmelsdrehung genau nachzuführen und so dafür zu sorgen, dass ein anvisiertes Objekt im ...

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... Bildfeld bleibt. Dies geschieht mit Hilfe einer Teleskopmontierung, die mit einem Nachführmotor ausgerüstet ist. Prinzipiell lassen sich damit lange Belichtungszeiten realisieren, bei der Sterne noch als Punkte abgebildet und nicht zu Strichen auseinandergezogen werden.

Leider reicht aber ein bloßes Einschalten des Motors nicht aus. Zwar ist es mit einer einfachen motorischen Nachführung möglich, beispielsweise eine Kamera mit Weitwinkelobjektiv einige Minuten lang zufrieden stellend nachzuführen; mit Teleobjektiven oder kleinen Teleskopen werden die abgebildeten Sterne jedoch schon nach wenigen Minuten eiförmig auf dem Kamerasensor abgebildet. Die Ursachen hierfür liegen in mechanischen Unzulänglichkeiten der Motorgetriebe und in der Montierung selbst. Aber auch ein Fehler bei der genauen Ausrichtung der Montierung auf den Himmelspol macht sich recht schnell negativ bemerkbar.

Somit ist es nötig, die Position eines Sterns während der Belichtung eines Astrofotos ständig zu kontrollieren und gegebenenfalls zu korrigieren. Astrofotografen wünschen sich daher eine einfache, zuverlässige Lösung: eine automatische Nachführkontrolle (englisch: Autoguider). Genau dies verspricht ein von der in Wien ansässigen Firma Lacerta angebotenes Produkt mit der schlichten Bezeichnung »MGEN-3« (siehe »Autoguiding mit dem MGEN-3«). Werbebotschaften wie »Einfachheit trifft Präzision« und »Guiding auf Knopfdruck« haben mich neugierig gemacht. Doch grundsätzlich stellt sich die Frage: Woraus ergibt sich die Notwendigkeit, einen neuartigen Autoguider zu entwickeln?

Ein Blick zurück

Was früher mühsam mit Hilfe eines Fadenkreuzokulars und der Handsteuerbox einer motorisierten Montierung erledigt werden musste – nämlich mit dem Teleskop und der daran angeschlossenen Aufnahmekamera einem zur Nachführung geeigneten Leitstern genau zu folgen – übernimmt heute eine Art Kopilot am Teleskop: Mit Hilfe einer kleinen, speziell zur Nachführkontrolle vorgesehenen Digitalkamera wird die Position eines Sterns pixelgenau bestimmt. Weicht sie von der Sollposition ab, sendet der Autoguider ein Signal an die Motoren der Montierung, um die Abweichung zu korrigieren.

Was so einfach klingt, ist dann doch etwas komplizierter, denn in einem solchen Regelkreis treten schnell Probleme auf. So kann es zum Beispiel zu einem Aufschwingen dieser Mess- und Regelimpulse kommen, was schließlich dazu führt, dass der Autoguider zu stark nachregelt und nur noch damit beschäftigt ist, die eigenen Steuerimpulse zu korrigieren. Das Seeing, also die störende Luftunruhe, die das Bild eines Sterns flackern lässt, sorgt für zusätzliche Schwierigkeiten. Doch den Ingenieurinnen und Ingenieuren sind solche Probleme der Mess- und Regeltechnik bekannt, und sie fanden früh Lösungen dafür. Ein erster erfolgreicher Autoguider war die Einheit ST-4, welche die US-amerikanische Firma SBIG in den 1990er Jahren auf den Markt brachte. Dieser Innovation verdanken wir noch heute die so genannte ST-4-Schnittstelle, über die Autoguider mit der Montierung des Teleskops kommunizieren.

Der Autoguider MGEN von Lacerta stellt die logische Weiterentwicklung dieser Idee dar – die es nun aber zusätzlich ermöglicht, eine Digitalkamera auszulösen. Somit erspart sich der Astrofotograf ein weiteres Zubehör, nämlich den Intervallauslöser. Er programmiert also über die Handsteuerbox des MGEN die gewünschte Aufnahmesequenz und startet das Autoguiding. Sobald die Nachführkontrolle zufrieden stellend arbeitet, kann auch die Aufnahmesequenz beginnen: eine lange Serie von Belichtungen, die bei der späteren Auswertung zu einem Summenbild vereinigt werden und auf diese Weise eine tiefe Aufnahme des Objekts ergeben, die lichtschwache Details hervortreten lässt.

Einen zusätzlichen Gewinn bringt hierbei das so genannte Dithering, das zwischen den einzelnen Aufnahmen ausgeführt wird: Bevor die nächste Belichtung einer Serie beginnt, wird die Position des anvisierten Objekts ein wenig verschoben. Auf diese Weise ist es möglich, defekten Pixeln des zur Fotografie genutzten Kamerasensors auszuweichen (siehe »Dithering: defekten Pixeln ein Schnippchen schlagen«, S. 78). Die hier beschriebenen kritischen Prozesse – Durchführung der Aufnahmesequenz, Autoguiding und Dithering – steuert der MGEN-3 zuverlässig, wie bereits das Vorgängermodell MGEN-2, das sich bei Astrofotografen weltweit großer Beliebtheit erfreut.

Was ist neu beim MGEN-3?

Als die Produktion des im Vorgängermodell MGEN-2 verwendeten Kamerasensors eingestellt wurde, musste ein Ersatz gefunden werden. Die Wahl fiel auf den hoch empfindlichen Chip AR 0130 CS Mono der Firma ON-Semi. Allein dies stellt bereits eine Verbesserung dar. Da der neue Chip nicht einfach in die alte Hardware eingebaut werden konnte und die Entwickler ohnehin Ideen zur Verbesserung des MGEN-2 realisieren wollten, entschied man sich für eine grundlegend modernisierte Konstruktion des Autoguiders.

Im Lieferumfang des MGEN-3 enthalten sind das Steuergerät sowie eine Nachführkamera und sämtliche benötigten Kabel. Die Nachführkamera ist beinahe winzig und passt in eine Streichholzschachtel. Sie lässt sich per Schraubgewinde mit einer 1,25-Zoll-Steckhülse verbinden und damit an das Leitfernrohr anschließen. Die Kamera kann auch direkt über ein Innengewinde vom Typ M 28,5 3 0,6 mit einem Okularauszug verschraubt oder über den mitgelieferten Adapter von M 28 auf T 2-Innengewinde mit dem Leitrohr verbunden werden: Viele Nachführteleskope besitzen ein T2-Außengewinde, mit dem die MGEN-Nachführkamera direkt verschraubt werden kann. Grundsätzlich kann diese Kamera nicht unabhängig von der Steuereinheit benutzt werden; des Weiteren lässt sich keine andere Kamera in Kombination mit dem MGEN betreiben.

Die vielleicht wichtigste Neuerung ist eine deutlich vereinfachte, übersichtlichere Bedienung. So wurde das Menü des MGEN-3 verschlankt, und die Eingabe erforderlicher Einstellungen sowie das Manövrieren durch die Menüs erfolgen über vier Pfeiltasten – ähnlich wie bei herkömmlichen Teleskopsteuerungen für die Himmelsrichtungen Nord, West, Süd und Ost. Zusätzlich gibt es zwei weitere Tasten zum Bestätigen einer Eingabe oder zum Zurückspringen innerhalb der Menüs.

Ein besonderes Merkmal des neuen MGEN-3 ist das »One push«: Unmittelbar nach dem Einschalten des Geräts gelangt man automatisch zum Startbildschirm dieser Funktion, und es bedarf nur eines Knopfdrucks, der dazu führt, dass der MGEN-3 selbstständig eine Kalibrierung durchführt und anschließend automatisch das Autoguiding startet. Je nachdem, wie lange die Kalibrierung dauert – zwischen 10 und 30 Sekunden – können die Aufnahmen nach einem Knopfdruck in weniger als einer Minute beginnen (siehe »Der MGEN-3 in Aktion«, S. 79).

Dies setzt allerdings voraus, dass zuvor wichtige Kenngrößen im MGEN hinterlegt wurden: die Brennweite des zur Nachführung genutzten Teleskops und die Nachführgeschwindigkeit der Montierung. Des Weiteren ist es notwendig, die Kamera des Guiders zu fokussieren. Zudem sollte einmalig eine Bibliothek von Dunkelbildern (englisch: dark frames) angelegt werden, die zur Korrektur der Himmelsaufnahmen dient und die bei jedem Start des MGEN-3 automatisch geladen wird. Bei der ersten Benutzung sind also einige Vorbereitungen zu treffen, aber bereits beim zweiten Einschalten kann es per One push sofort losgehen.

Eine weitere wichtige Neuerung ist das hochauflösende Farbdisplay des MGEN-3. Der Vorgänger MGEN-2 bot nur ein relativ gering auflösendes, zweifarbiges Display, das hinsichtlich der Bedienung ein wenig an frühere Videospiele erinnerte. Damit war es schwierig, Sterne überhaupt als solche zu erkennen und zu fokussieren. Der MGEN-3 ermöglicht dank seines höher auflösenden Displays sogar das Fokussieren des Autoguiders bei Tageslicht, beispielsweise anhand einer weit entfernten Turmspitze.

Multistern-Guiding und künstliche Intelligenz

Zusätzliche neue Funktionen des MGEN-3 sind das »Multistar guiding« sowie künstliche Intelligenz, kurz KI. Normalerweise wählt man nur einen einzelnen Stern im Gesichtsfeld der Guiding-Kamera aus, der dann zur Kontrolle der Nachführgenauigkeit dient. Der MGEN-3 wählt jedoch selbstständig bis zu 100 Sterne innerhalb des Gesichtsfelds der Kamera aus – und vermag damit sogar den störenden Einfluss der Luftunruhe auf die Nachführgenauigkeit auszugleichen. Dieses »Multistar guiding« ermöglicht eine deutlich bessere Nachführung im Vergleich zur herkömmlichen Methode.

Neuer Sensor: Der Chip des MGEN-3 ist ein Mono-CMOS-Chip vom Typ AR 0130 CS mit einer Diagonalen von sechs Millimetern. Die Auflösung beträgt 1280 3 960 Pixel bei einer Pixelgröße von 3,75 Mikrometern. Die Quanteneffizienz des Sensors beträgt nach Angaben des Herstellers 80 Prozent bei einer Wellenlänge von 570 Nanometern.

Der Hersteller verspricht sogar eine verbesserte Sternabbildung durch das Aufnahmeteleskop infolge des verringerten Einflusses der Luftunruhe. Dieser Vorteil lässt sich allerdings nur dann nutzen, wenn der Abbildungsmaßstab, also die in Bogensekunden ausgedrückte Kantenlänge eines Pixels, kleiner ist als die durch das Seeing bedingte Bildunschärfe, welche in Mitteleuropa in der Regel größer als eine Bogensekunde ist. Bei Aufnahmen mit kurzen Brennweiten, etwa von bis zu 500 Millimetern, und Kamerasensoren mit relativ großen Pixeln im Bereich von fünf bis sechs Mikrometern ist dieser Effekt nicht messbar.

Der Begriff künstliche Intelligenz wird heutzutage bisweilen inflationär eingesetzt. Im Fall des MGEN-3 verbirgt sich dahinter ein selbstlernender Algorithmus. Wie oben beschrieben, arbeitet ein Regelkreis in der Theorie sehr einfach; in der Praxis muss man aber durch den geschickten Einsatz verschiedener Parameter das Autoguiding besänftigen. Vielen dürfte in diesem Zusammenhang der Begriff »Aggressivität« bekannt sein. Dabei handelt es sich genau genommen um eine Dämpfung die sich mehr oder weniger zuschalten lässt, um ein Übersteuern, aber auch eine zu zaghafte Korrektur des Autoguiders zu regulieren.

Auch die Belichtungszeit und das Intervall, mit dem die Guiding-Kamera Aufnahmen durchführt, spielen eine Rolle, um eine möglichst gleichmäßige Nachführung zu erreichen. Während sich viele Besitzer anderer Guiding-Systeme darüber zu Recht den Kopf zerbrechen, verändert der MGEN-3 die Parameter und nähert sich durch Versuch und Irrtum einem Ideal an. So stellt sich nach einiger Zeit von ganz allein eine optimale Nachführung ein.

Aktuelle Entwicklungen

Die Firma Lacerta hat stets betont, dass die Software des MGEN-3 das Potenzial bietet, Verbesserungen zu integrieren. Eine Funktion, die gleich zu Beginn mit an Bord war, ist das digital unterstützte Ausrichten der Teleskopmontierung auf den Himmelsnordpol – neudeutsch: Polar alignment. Genau wie beim bisher praktizierten manuellen Einnorden einer Montierung anhand von Sternen stellt man hier zunächst den Azimut der Polachse und dann ihren Neigungswinkel zum Nordhorizont ein, welcher der geografischen Breite des Beobachtungsorts gleicht.

Auch hierbei arbeitet der MGEN-3 mit mehreren Sternen, insbesondere um den Einfluss der Luftunruhe zu minimieren. Angezeigt wird ein Summenbild von Aufnahmen dieser Sterne, der so genannte Multistern. Es empfiehlt sich, die Dämmerung dazu nutzen, eine bereits auf den Polarstern ausgerichtete Montierung mit Hilfe des MGEN-3 noch genauer einzunorden. Bei der festen Aufstellung einer Montierung in einer Sternwarte ist die Funktion ebenfalls hilfreich. Ein freier Blick auf den Polarstern ist nicht erforderlich.

Das Entwicklerteam des MGEN-3 arbeitet weiterhin an Optimierungen und Erneuerungen des Geräts. So wurde die Poljustage-Funktion im Frühjahr 2021 nochmals deutlich verbessert: Ein sehr präzises Ausrichten der Montierung kann nun innerhalb weniger Minuten erfolgen. Auch verschiedene Modi, mit denen sich die Pixel der Himmelsaufnahmen zu größeren Einheiten verbinden lassen (englisch: binning), sind mit der im Juni erschienenen Firmware möglich. Derzeit entwickelt das Team eine App, die weitere interessante Funktionen bieten soll; zudem ist ein Betrieb per WLAN geplant.

Die Stromversorgung am MGEN-3 erfolgt über einen USB-Anschluss – und nicht mehr wie beim MGEN-2 über eine Zwölf-Volt-Buchse. Ein passendes USB- Kabel wird mitgeliefert; dieses lässt sich dann, beispielsweise mit einem Adapter wie er oft bei Smartphones verwendet wird, an eine Stromversorgung anschließen. Auch für den Zigarettenanzünder des Autos gibt es entsprechende USB-Adapter. Die USB-Speisung des MGEN-3 erfolgt mit einer Gleichspannung von fünf Volt, wobei der Stromverbrauch des Geräts sehr gering ist.

Das neue Display des Geräts lässt sich den eigenen Wünschen anpassen: Für das Einstellen der Helligkeit und der Farbe sowie für die Farbe der Bedienelemente ist ein Menü vorgesehen. Selbstverständlich ist auch ein Nachtmodus verfügbar, der das gesamte Display rot oder wahlweise orange einfärbt, was die Anpassung der Augen an die Dunkelheit gewährleistet. Als Menüsprachen stehen derzeit Deutsch und Englisch zur Auswahl; weitere Sprachen werden folgen, woran sich die Nutzer beteiligen und Übersetzungen bereitstellen können.

Alle Funktionen und Einstellungen, die der MGEN-3 automatisch wählt, können auch manuell eingestellt werden. So lässt sich statt des Multistar guidings auch nur ein einzelner Stern zum Nachführen auswählen – was beispielsweise dann sinnvoll ist, wenn ein Komet fotografiert werden soll, der sich während einer Belichtungsserie vor dem Hintergrund der Sterne bewegt. Die Nachführung erfolgt in einem solchen Fall nicht mit Hilfe von Sternen, sondern anhand des sternähnlich erscheinenden Kometenkerns (englisch: false nucleus). Die Kalibrierung ist ebenfalls manuell möglich, ebenso die Anpassung der Nachführparameter. Hiervon habe ich bisher nur Gebrauch gemacht, um Unterschiede zwischen dem Multistar guiding und der Nachführung mit nur einem Stern zu erkennen.

Voll automatisiert oder mit Freeware?

Bevor ich eine Gesamtbewertung des MGEN-3 abgebe, möchte ich kurz auf alternative, preisgünstigere Methoden der automatisierten Nachführung eingehen. In der Tat lässt sich eine automatisierte Nachführung auch ohne einen spezialisierten Autoguider wie den MGEN realisieren, wobei allerdings ein externes Laptop benötigt wird. Für diesen Fall eignet sich die im Internet verfügbare Guidingsoftware PHD2: ein Open-Source-Programm, das gratis zum Download bereit steht (http://openphdguiding.org).

Zur Nachführkontrolle wird hierbei lediglich noch eine empfindliche Kamera benötigt – die aber preislich deutlich unter den Anschaffungskosten des MGEN-3 liegt. PHD2 unterstützt in der neuesten Version ebenfalls das Multistern-Guiding, und die Genauigkeit beider Lösungen ist gleichermaßen hoch. Zum Dithering benötigt PHD2 allerdings zwingend eine zusätzliche Aufnahmesoftware, wie etwa AstrophotographyTool (www.astrophotography.app), N.I.N.A (http://nighttime-imaginging.eu) oder Sequence GeneratorPro (www.­ sequencegeneratorpro.com).

Allein schon diese kurze Betrachtung lässt die wesentlichen Vorteile des Autoguiders MGEN-3 deutlich erkennen: Der Charme dieser Gesamtlösung liegt in ihrer Unabhängigkeit und Einfachheit. Ein Laptop wird nicht benötigt; zudem ist die Nachführkamera bereits im Paket enthalten. Wer einmal seine Liebe zu dem Gerät entdeckt hat, wird auch bei rechnerbasierten Aufnahmevorgängen nicht mehr auf den MGEN verzichten wollen.

Astrofotografen, die bereits einen MGEN besitzen, sich aber dennoch entschieden haben, Belichtungsserien unter der Regie der genannten Sequenzer-Software aufzunehmen, werden sich wünschen, den MGEN über eine Softwareschnittstelle in das betreffende Programm einzubinden. Leider sieht der weit verbreitete ASCOM-Standard – eine universelle Schnittstelle zwischen Astronomie- Hard- und Software – kein Autoguiding vor. Während sich via ASCOM (Astronomy Common Object Model) beispielsweise Montierungen, Fokussiermotoren oder auch ganze Sternwartenkuppeln direkt ansteuern lassen, fehlt in diesem Standard das Autoguiding gänzlich. So sind Astrofotografen auf den guten Willen der Entwickler angewiesen, wenn es darum geht, eine Schnittstelle zwischen der betreffenden Software und dem MGEN zu schaffen. Sowohl AstrophotographyTool als auch N.I.N.A unterstützen den MGEN-3; weitere Programme werden hoffentlich folgen.

Der größte Fortschritt des MGEN-3genüber seinem Vorgänger liegt in der deutlich erleichterten Bedienung.

Doch erneut haben sich die Entwickler des MGEN-3 etwas Cleveres ausgedacht, um auch diesem Problem zu begegnen: Die Applikation »mgen.app« dient als ASCOM-fähiges Bindeglied zwischen der Aufnahmesoftware, dem MGEN und der zur Fotografie genutzten Hauptkamera. So kann die MGEN-App die Daten der Kamera zurückhalten, bis etwa der Dither-Vorgang abgeschlossen ist. Auf diese Weise spielt die App sowohl die Aufnahmekamera als auch die Aufnahmesoftware gegenei ­ nander aus – zum Vorteil der Astrofotografen.

Wie angekündigt, wird die Betriebssoftware des MGEN stetig weiter optimiert – dies haben sich die Entwickler zum Ziel gesetzt. Somit ist nicht damit zu rechnen, dass schon bald eine neue Version des MGEN am Markt erscheinen wird; vielmehr sollten Interessierte regelmäßig nach Firmware-Updates Ausschau halten und sich an Neuentwicklungen der MGEN- Software erfreuen.

Einfache Handhabung

Ich selbst habe bei der Himmelsfotografie viele Jahre lang nicht mit dem MGEN, sondern mit Softwarelösungen gearbeitet. Im Sommer 2018 nutzte ich erstmals den MGEN-2, fand Gefallen daran und erwarb im Jahr 2019 den MGEN-3. Nachdem ich lange mit schwerem Gerät und einem Laptop Astrofotografie betrieben hatte, bereitete mir die einfache, mobile Astrofotografie mit dem MGEN große Freude. Genau hierin liegt der große Vorteil des MGEN-3: unkomplizierte Bedienung bei gleichzeitig sehr guter Leistung – somit hält die Werbung, was sie verspricht. Ein Nachteil liegt im relativ hohen Preis sowie in Einschränkungen in Bezug auf bequeme Lösungen wie GoTo und weitere denkbare Automatisierungen des Aufnahmevorgangs.

Der größte Fortschritt des MGEN-3 gegenüber seinem Vorgänger besteht also in der deutlich erleichterten Bedienung. Musste man beim MGEN-2 noch viele Einstellungen vornehmen, bevor das Guiding beginnen konnte, ist dies beim MGEN-3 mit wenigen, im besten Fall mit einem einzigen Knopfdruck möglich. Selbstverständlich kann der MGEN-3 keine komplexen Sequenzierungen durchführen oder gar eine punktgenaue Objekteinstellung vornehmen. Mit Blick darauf sowie auf die Anschaffungskosten sollten Astrofotografen genau abwägen, wo die eigenen Präferenzen liegen. Soll zur Fotografie eine Astrokamera zum Einsatz kommen, würde ich auf eine der oben beschriebenen Softwarelösungen setzen; bei der Verwendung einer digitalen Spiegelreflexkamera ist der MGEN-3 hingegen meine erste Wahl.

Dieser Beitrag entstand im Auftrag der Redaktion. Der Autor steht in keiner Geschäftsbeziehung zum Hersteller oder zu Anbietern des beschriebenen Produkts. Der hier wiedergegebene Text bezieht sich auf ein im Fachhandel erworbenes Gerät (Lacerta MGEN-3).

FRANK SACKENHEIM ist Berufsmusiker und lebt in Köln. Seit den 1980er Jahren betreibt er Astrofotografie. Seine Bilder wurden vielfach ausgezeichnet. Er gestaltet lehrreiche Videos rund um die digitale Deep-Sky-Astrofotografie, die er auf seinem Youtube-Kanal »Astrophotocologne« veröffentlicht.

Literaturhinweise

Bresseler, P.: Deep­Sky ­Objekte kurz belichtet. Sterne und Weltraum 2/2020, S. 72 – 77

Bresseler, P.: Junge Planetarische Nebel im Schwan. Sterne und Weltraum 8/2020, S. 66 – 70

Sackenheim, F.: Die Canon EOS Ra in der Praxis. Sterne und Weltraum 6/2020, S. 72 – 79

Sackenheim, F.: Kosmische Nebel: Der Kontrast entscheidet! Sterne und Weltraum 9/2019, S. 63 – 69