Lucky Imaging ermöglicht es, selbst mit kleinen Teleskopen so scharfe Aufnahmen von Sonne, Mond, Planeten und Doppelsternen zu machen, wie sie noch vor wenigen Jahrzehnten selbst mit den besten und größten Teleskopen der Welt unmöglich waren. Und in einigen Fällen kann die Technik zumindest in etwas verminderter Version auch für die Aufnahme zumindest einiger sogenannter Deep Sky Objekte angewendet werden – also von Objekten wie Sternhaufen, Galaxien oder Gasnebel, die man normalerweise nur mit den langbelichteten Aufnahmen in Verbindung bringt.
Doch wie funktioniert Lucky Imaging?
Ein Teil der Antwort steckt bereits in der obigen Beschreibung des Seeings. Das im Millisekundenbereich hin-und her hüpfende, manchmal aber für so einen kurzen Moment scharfe Bild eines Sterns addiert sich bei normalen Belichtungszeiten zu den üblichen mehr oder weniger ausgedehnten runden Sternen auf, wie man sie von normalen Aufnahmen her kennt.
Was aber wäre, wenn man stattdessen Einzelbelichtungen im Millisekundenbereich speichern könnte und am Ende nur die besten Bilder nimmt und diese so addiert, dass sie deckungsgleich sind? Man hätte ein viel schärferes Bild des Objekts - im Idealfall sogar ein fast beugungsbegrenztes Ergebnis.
Und genau so macht man das im Prinzip auch. Möglich wird dies durch die modernen, hochempfindlichen Astrokameras in Verbindung mit Software, wie wir sie auch an den Webservatory-Teleskopen nutzen. Die hohe Empfindlichkeit dieser Kameras erlaubt Aufnahmen im Millisekundenbereich und somit viele Tausende Einzelbilder in wenigen Minuten. Im Grunde entspricht dies einem zeitlich hochaufgelöstem Video, dessen Einzelbilder dann nachträglich analysiert und abhängig von bestimmten Kriterien dann verwertet (oder eben nicht verwertet) werden.
Verwertet heißt: im ersten Schritt werden die Einzelbilder ihrer Schärfe nach geordnet. Dann werden die Bilder zentriert (man nennt das Registration), so dass der sogenannte Tip-Tilt – das hin- und herhüpfen - korrigiert wird (bezogen auf ein Referenzbild liegt das Objekt dann immer an der gleichen Position). Und schließlich entscheidet man sich je nach Qualität der Einzelbilder, wie viele Prozent der besten Bilder man kombiniert (mittelt). Im Ergebnis erhält man ein viel schärferes Bild, als es nach dem mittleren Seeing möglich gewesen wäre. Bei bereits sehr gutem Seeing, ausreichend hellen Objekten, extrem vielen und sehr kurzen Einzelbelichtungen, kann es sogar gelingen, nahe an das Beugungslimit des Teleskops zu kommen. Die Einzelbilder sind noch alle sehr verrauscht, aber durch die Mittelung steigt das Signal zu Rauschverhältnis (S/N- Verhältnis) mit der Wurzel der gemittelten Bilder.
Beispiel: man hat 9000 Einzelbilder mit jeweils 5ms Belichtungszeit aufgenommen. Man entscheidet sich, die besten (schärfsten) 10 Prozent zu verwenden – also 900 Bilder. Dann verbessert sich das S/N-Verhältnis um einen Faktor 30 gegenüber einem Einzelbild.
Die folgenden Bilder zeigen nun Beispielaufnahmen, die mit der Lucky Imaging Technik gemacht wurden.
Abbildung 6 a-d: Hochaufgelöste Aufnahmen des Mondes mit dem 25cm-RC-Teleskop des Autors, der Lucky-Imaging Methode und der ASI ZWO 183 MC Pro Astrokamera. Bei einem sehr ausgedehnten Objekt wie einem Mondgebiet variiert das lokale Seeing von Einzelbild zu Einzelbild unterschiedlich stark je nach Bildbereich. Auf einer Einzelaufnahme kann beispielsweise ein Bereich oben links sehr scharf sein, während es an anderer Stelle eher schlecht ist. Und auf einem der Folgebilder mag es genau umgekehrt sein. Für das Kombinieren des finalen Endbildes wird daher in jedem Einzelbild regional die Qualität gemessen und für jede Region eine individuelle Sortierung der Qualität vorgenommen. Das Endbild wird dann beispielsweise aus den regional besten 10 Prozent wie ein Mosaik zusammengesetzt. Dies macht obige Bilder erst möglich.
Lucky Imaging auch für Deep Sky Objekte?
Die hohe Empfindlichkeit der heutigen astronomischen Spezialkameras macht es möglich, eine etwas abgewandelte Form des Lucky Imaging auch für Deep Sky Objekte zu anzuwenden. Abgewandelt deshalb, weil Sternhaufen, Nebel und Galaxien viel lichtschwächer sind, als Mond und Planeten. Extrem kurze Belichtungen im Millisekundenbereich sind damit insbesondere bei kleineren Teleskopen bei diesen Objekten sinnlos. Aber bei helleren Objekten kann man es mit Belichtungszeiten im Bereich von einigen zehntel Sekunden bis einigen Sekunden probieren und auch dort wieder Tausende von Aufnahmen machen. Tatsächlich sind selbst bei Belichtungszeiten in diesem Bereich noch deutliche Unterschiede in der Qualität der Einzelaufnahmen erkennbar und ein signifikanter Anteil ist immer noch deutlich besser, als die klassische Langbelichtung. Durch eine ähnliche Selektion und Zentrierung der besten Einzelbilder wie beim “richtigen” Lucky Imaging kann durch das Aufaddieren über eine lange Gesamtbelichtungszeit (Minuten bis Stunden) ein relativ rauscharmes Bild erzeugt werden, welches deutlich schärfer ist, als die klassische Langbelichtung. Dies funktioniert, sobald auf den natürlich extrem verrauschten Einzelbildern wenigstens ein Referenzstern oder hellere Teile des Objekts noch erkennbar sind, um die (softwarebasierte) Qualitätserkennung, Selektion und Zentrierung/Registrierung der verwendeten Einzelbilder zu ermöglichen.
Dankbare Ziele, um diese Methode anzuwenden, sind beispielsweise planetarische Nebel oder die Zentren von Kugelsternhaufen. Abschließend auch hier einige Beispiele dazu:
Die Webservatory – Oberfläche zur Remote-Beobachtung an unseren Teleskopen in Chile und Namibia erlaubt zusammen mit den hochempfindlichen und schnellen Kameras auch die Einstellung aller Parameter, die für das Lucky Imaging notwendig sind.
