Dreißig Grad über dem Horizont: die Höhe ist eine Aufnahmeeinstellung

Die Milchstraße im Juli sieht nie so aus wie auf den Bildern, die im Netz kursieren. Gleiches Handy, gleiche Anzahl Aufnahmen, eine Vorhersage, die klaren Himmel versprochen hatte, und auf dem Display bleibt ein grauorangener Brei, in dem sich das galaktische Zentrum bestenfalls erahnen lässt. Erst ist die Kamera schuld. Dann der Standort, der offenbar nicht dunkel genug war. Der Schuldige ist meistens eine Zahl, die niemand notiert: wie viele Grad über dem Horizont das Ziel stand, während der Sensor arbeitete.

Luft rechnet man in Schichten

Im Zenit durchquert das Sternlicht die dünnstmögliche Schicht Atmosphäre, und diese Schicht gilt per Definition als eine Luftmasse. Senken Sie den Blick, verlängert sich der Weg mit dem Kehrwert des Sinus der Höhe. Dreißig Grad über dem Horizont bedeuten zwei Luftmassen, zwanzig Grad knapp drei, zehn Grad etwas weniger als sechs. Am echten Horizont versagt die Schultrigonometrie, weil die Erde gekrümmt ist und die Lufthülle ebenfalls, und die Rechnung steigt auf rund vierzig.

Jede Schicht kostet Licht. Im denkbar besten Fall, blitzsaubere Luft auf Meereshöhe, liegt die atmosphärische Extinktion bei 0,16 Magnituden pro Luftmasse: ein Stern im Zenit hat also bereits vierzehn Prozent seines Lichts abgegeben. Bei dreißig Grad verdoppelt sich der Verlust auf 0,32 Magnituden, bei zehn Grad erreicht er 0,90, und bei fünf Grad veranschlagt Sky & Telescope volle drei Magnituden, also über neunzig Prozent des Lichts, das nie ankommt. Diese Werte sind der Boden, nicht der Durchschnitt. Es genügen die Feuchte einer Augustnacht im Flachland oder der Staub, der nach einem heißen Südwindtag in der Luft hängen bleibt, um den Koeffizienten Richtung 0,40 Magnituden pro Luftmasse zu schieben, und von da an wird jede Zeile der Tabelle mit zweieinhalb multipliziert.

Halbes Signal, vierfache Aufnahmezahl

Vergleichen Sie denselben Stern im Zenit und bei zehn Grad, mit der Lehrbuchluft des besten Falls: 0,74 Magnituden Unterschied, also etwas mehr als die Hälfte der Photonen. Ein Photometriker zuckt mit den Schultern und ergänzt eine Korrekturspalte in der Tabelle. Wer mit dem Handy fotografiert, kann das nicht, denn anders als ein Hundert-Millimeter-Refraktor zählt ein zwei Millimeter breites Objektiv seine Photonen einzeln.

Die Rechnung kommt beim Stapeln. Wenn das dominierende Rauschen vom Himmelshintergrund stammt, wächst das Signal-Rausch-Verhältnis einer Summe mit der Quadratwurzel der Bildzahl. Halbiert sich das Signal des Ziels, während der Hintergrund bleibt, wo er war, brauchen Sie die vierfache Anzahl Aufnahmen für dasselbe Ergebnis. Aus zweihundert Bildern werden achthundert. Aus einer Stunde werden vier, der Akku gibt weit früher auf, und inzwischen ist das Ziel weiter gesunken. Vierzig Minuten bei fünfundzwanzig Grad Höhe bringen mehr als zwei Stunden, in denen Sie demselben Objekt hinterherlaufen, während es auf den beleuchteten Ort am Talende zurutscht.

Der Hintergrund steigt, während das Ziel sinkt

Es gibt eine zweite Hälfte des Problems, und sie wirkt in die Gegenrichtung. Das Kunstlicht einer Stadt verschwindet nicht geradlinig nach oben: Die Atmosphäre streut es und wirft es aus allen Richtungen zurück, am stärksten dort, wo die Luftschicht am dicksten ist. Diese orangefarbene Glocke, die Sie mit bloßem Auge über der Kreisstadt sehen, steht tief. Wenn Ihr Ziel bei fünfzehn Grad steht, sitzt es mittendrin.

Mit einem Handy-Weitwinkel wird die Sache schon im einzelnen Bild sichtbar. Ein Feld von siebzig Grad, nach Süden gerichtet, enthält in derselben Aufnahme Himmel in fünfzig Grad Höhe und Himmel in fünf: anderthalb Luftmassen oben, zehn unten. Den Gradienten, den Sie nach dem Strecken finden, hat nicht die Stacking-Software erfunden, und kein Hintergrundabzug bekommt ihn vollständig weg, weil dieser Hintergrund über das Bild weder gleichmäßig noch über die Nacht konstant ist. Lesen Sie den Gradienten, bevor Sie ihn bekämpfen. Steigt er vom unteren Bildrand auf und endet genau dort, wo der Bergkamm beginnt, kennen Sie den Verursacher bereits.

Der Himmel, den Mitteleuropa nie hebt

Die maximale Höhe, die ein Objekt beim Meridiandurchgang erreicht, ist in einer Sekunde berechnet: neunzig Grad minus der Differenz zwischen Ihrer geografischen Breite und der Deklination des Ziels. Das galaktische Zentrum steht bei minus neunundzwanzig Grad Deklination. Von München aus kulminiert es bei dreizehn Grad, von Berlin aus bei achteinhalb, von Sizilien aus bei dreiundzwanzig. Über München sind das gut vier Luftmassen in der besten Nacht des Jahres, und keine Ausrüstung gleicht das aus. Die Aufnahmen des Milchstraßenkerns mit dunklen Staubbändern und roten Nebeln stammen fast immer aus Chile, Namibia oder Australien, wo dasselbe Objekt achtzig Grad und höher steht.

Diese Rechnung verändert schon die Auswahl der Ziele. Höher als der Zenit kulminiert nichts, und unterhalb einer gewissen Deklination lohnt von Ihrem Standort aus gar nichts mehr. Der Rest ist eine Frage der Uhrzeit: Jedes Objekt passiert den Meridian einmal am Tag, und das brauchbare Fenster sind die zwei Stunden davor und die zwei danach, solange die Luftmasse nahe am Minimum bleibt. Zu wissen, wohin man zielt, ist die halbe Arbeit, zu wissen wann, die andere Hälfte.

Was die Refraktion anrichtet und was nicht

Die Luft nimmt Licht weg und krümmt zugleich den Strahlengang: Sie hebt alles um einige Bogenminuten an. Am Horizont sind das im Mittel 34 Bogenminuten, weshalb das US Naval Observatory den Sonnenaufgang auf den Moment legt, in dem die Scheibenmitte noch fünfzig Bogenminuten unter dem geometrischen Horizont steht (34 Refraktion plus 16 Halbmesser). Im Klartext: Die Sonne, der Sie beim Aufgehen zusehen, ist längst aufgegangen, und ein paar Minuten lang fotografieren Sie eine Luftspiegelung. Der frisch aufgegangene Mond wirkt aus demselben Grund plattgedrückt, weil sein Unterrand stärker angehoben wird als sein Oberrand.

Zwei Effekte der bodennahen Luft dürfen Sie am Handy dagegen getrost übergehen. Die Refraktion hängt von der Farbe ab und trennt Blau von Rot, doch die Instrumentenliteratur beziffert diese Dispersion auf etwas über eine Bogensekunde bei fünfundvierzig Grad Zenitdistanz, und ein Pixel der Hauptweitwinkelkamera deckt rund siebzig ab: Sie werden sie nie sehen. Auch das Seeing verschlechtert sich mit der Luftmasse, ungefähr mit deren 0,6-ter Potenz, und bleibt eine Zeile, die Sie kaum betrifft, solange das Handy allein in den Himmel schaut. Beide kehren in dem Moment zurück, in dem Sie die Linse an ein Teleskopokular legen.

Fotografiert wird trotzdem

Die Planung eines Abends beginnt bei den Durchgangszeiten, nicht bei den Einstellungen. Man sucht sich zwei oder drei Ziele, die zu verschiedenen Stunden kulminieren, nimmt jedes in seinem eigenen Fenster auf und akzeptiert, dass das vierte Objekt der Liste, das um vier Uhr nachmittags durch den Meridian geht, in diesem Monat nicht zu haben ist. Steigt das Ziel ohnehin nie über zwanzig Grad, hängt die Standortwahl nicht mehr an der Bortle-Zahl, sondern am Azimut: ein mittelmäßiger Himmel mit freiem Südhorizont und keiner Ortschaft in dieser Richtung schlägt einen exzellenten mit einem Städtchen genau in der Blickachse.

Eine letzte Anmerkung zum Stapel. Bilder aus zwanzig Grad Höhe und Bilder aus vierzig tragen unterschiedliche Hintergrundniveaus und unterschiedliche Gradienten, und sie in dieselbe Summe zu werfen heißt, zwei Himmel zu mitteln. Bei langen Nächten teilen Sie die Ausbeute in Blöcke und behandeln sie getrennt: Der tiefste Block landet meistens im Papierkorb, und genau das verbessert alle übrigen.

Die Zahl, die Sie brauchen, steht in keinem Kameramenü. Sie steht in der Planetariums-App unter Höhe, und sie ändert sich von allein, während Sie auf den Bildschirm schauen.