Oktober 2024 – Komet C2023 A3 Tsuchinshan-ATLAS
In diesem Artikel möchte ich in knapper Form meine Erfahrungen und Einstellungen mit der Astrofotografie Plattform KStars und Ekos dokumentieren. Es ist kein vollständiges Tutorial, weil ich viele Funktionen auch noch gar nicht verwendet habe, und soll vor allem mir als Gedankenstütze dienen. Die Informationen könnten trotzdem für alle Leser interessant sein, die sich neu mit KStars und Ekos befassen. Unweigerlich werden die vermutlich mit den gleichen Einstiegsproblemen wie ich konfrontiert.
Zunächst einmal möchte ich kurz in meinen Worten erläutern was die genannten Software-Pakete tun. KStars ist ein Planetariumsprogramm unter Linux. Ich kann als Benutzer den Sternehimmel zu jedem Datum, zu jeder Uhrzeit und von jedem Ort auf der Welt einstellen und meine Beobachtung planen. Ekos ist eine Ergänzung von KStars für die Astrofotografie, mit der ich als Anwender meine gesamte Ausrüstung verwalten und bedienen kann. Es beinhaltet alle Arbeitsschritte um gelungene Astrofotos aufzunehmen. Ekos arbeitet dabei mit verschiedenen Modulen und bindet auch Software-Pakete von Drittanbietern ein.
Für die Astrofotografie ist es sinnvoll KStars und Ekos auf einem kleinen Linux-Computer wie dem Raspberry Pi laufen zu lassen. Diese können direkt am Teleskop oder der Montierung angebracht werden und helfen so die Verkabelung der Hardware zu minimieren. Ich verwende einen Raspberry 4 mit 4GB Arbeitsspeicher. Außerdem verwende ich eine 64GB große Micro-SD-Karte von SanDisk.
Installation
Die Installation des Linux auf dem Raspberry Pi, KStars und Ekos kann man eigenständig vornehmen, dann sollte man aber entsprechende Linux-Kenntnisse mitbringen. Es gibt auch ein Skript, dass bei der Einrichtung und Installation aller benötigten Komponenten unterstützt. Es heißt AstroBerry.
Etwas bequemer ist die Nutzung von Stellarmate, das circa 50$ kostet. Man erhält dann ein fertig eingerichtetes Abbild des kompletten Systems. Eine sogenannte Image-Datei, die ich mit dem Programm balenaEtcher von meinem Windows-Computer auf die SD-Karte kopiert habe. Dies dauert nur ein paar Minuten, dann konnte ich die SD-Karte in den Raspberry einsetzen und ihn hochfahren.
Später wird der Raspberry Pi vermutlich ohne Monitor und Eingabe-Geräte benutzt werden, für die Erst-Einrichtung ist beides aber eine gute Idee. Mit Stellarmate funktioniert es zur Not aber auch komplett ohne Monitor und Eingabe-Geräte über die entsprechende App. Im mobilen Betrieb erstellt der Raspberry Pi sein eigenes WLAN, in dass man sich mit dem Handy einloggen muss. Mit aktuellen Geräten und zuhause ist das recht mühsam, weil das Handy weiß im Haus-WLAN gibt es Internet und das Raspberry Pi WLAN hat kein Internet. Weil alles nach Hause telefonieren möchte hatte ich das Problem, dass ich ständig die Verbindung verloren habe und wieder im Haus-WLAN war.
Es ist aber möglich den Raspberry Pi ebenfalls ins Haus-WLAN zu integrieren und dann kann man das Ganze bequem über einen VNC Viewer bedienen. Die ganze Prozedur exakt zu beschreiben schaffe ich an dieser Stelle nicht. Mit Stellarmate ist es relativ einfach über die App zu bewerkstelligen. Bei AstroBerry muss man selber tätig werden und weil es so viele verschiedene Möglichkeiten gibt so etwas zu machen verweise ich an dieser Stelle mal auf Google und nehme ab jetzt an, dass eine Verbindung zum Raspberry Pi besteht und ich ihn bedienen kann.
Ausrüstung
Die Ausrüstung wird in Ekos über Profile verwaltet. Sowohl über VNC als auch über die Stellarmate-App kann man neue Profile erstellen und dann vor Beginn der Session auswählen. Für viele Montierungen, Kameras und Zubehör gibt es passende INDI-Treiber. Außerdem fügt man seine optischen Instrumente hinzu, die Angaben für die Brennweite müssen unbedingt korrekt sein, denn anhand dieser erfolgt unter anderem die Berechnung der Guiding-Schritte und das Plate-Solving.
Meine ganze Ausrüstung für technisch unterstützt, sogar die Pegasus PocketPowerBox. Allerdings hatte ich zu Beginn ein paar Probleme mir Geräten die entweder selbst über einen Serial2USB-Adapter verfügen oder über einen solchen angeschlossen sind. Bei mir war es die Montierung und die PocketPowerBox, die unglücklicherweise auch noch den gleichen Konverter-Chip verwenden. Für solche Fälle bietet sich der Port Selector an: Jedes Gerät einzeln anstecken, im Port Selector das Gerät ansehen und hinzufügen und erst danach das nächste Gerät anschließen. So gelingt es Ekos dann hoffentlich die Geräte voneinander zu unterscheiden. Ich bin noch etwas tiefer eingestiegen und habe mit diversen Linux-Tools die Geräte analysiert und entsprechende Konfigurationsdateien im Linux-System hinterlegt.
Nach dem Anschließen aller Geräte kann das Profil verbunden werden. Es öffnet sich ein Dialog mit allen Informationen, die der INDI-Treiber zu den entsprechenden Geräten liefert. Hier können unterschiedlichste Informationen je nach Geräte-Klasse und Treiber enthalten sein.
Positionierung
Im Zusammenspiel mit KStars erlaubt das Modul „Align“ eine sehr exakte Ausrichtung des Teleskops und der Kamera. Nach dem Aufbauen der Ausrüstung ist die Synchronisierung der Montierung mit der tatsächlichen Position am Himmel der erste Schritt in Ekos. Dazu muss die Kamera aber schon fokussiert sein, falls das noch nicht geschehen ist muss zunächst das Modul „Focus“ aufgerufen werden.
Die Prozedur beginnt mit einem Klick auf „Capture & Solve“, zunächst mit der Option „Sync“. Es wird ein Bild mit einigen Sekunden Belichtungszeit aufgenommen und dieses dann einem Plate Solver übergeben. Anhand der Sternenposition weiß Ekos danach exakt wohin das Teleskop zeigt. Auch der Bildwinkel wird bestimmt. Für die spätere Positionierung wird die Option dann von „Sync“ auf „Slew to target“ gestellt. Ermittele Koordinate, ggf. der Name und die Abweichung wird tabellarisch (unten mittig) dargestellt. Falls dabei etwas schief geht unbedingt kontrollieren ob die richtig Kamera und das richtige Teleskop ausgewählt wurde!
Auch die Uhrzeiten und Koordinaten von Montierung und Ekos spielen dabei eine Rolle. Mir ist es einige Male passiert das die Montierung beim ersten Losfahren dermaßen daneben lag, dass eine Kollision mit dem Stativ nur durch beherztes Ziehen des Steckers vermieden werden konnte! Also ggf. Handsteuerung und Montierungs-Einstellungen im Ausrüstungs-Dialog doppelt prüfen. Nachdem die Montierung in Null-Position ihre exakte Position bekommen hat kann es auch hilfreich sein zunächst ein naheliegendes Objekt östlich des Meridians anzufahren um Probleme zu minimieren.
Hat alles soweit geklappt, dann wird die Teleskop-Position (rotes Fadenkreuz), die bestimmte Position und dessen Bildausschnitt (weißes Rechteck) und die gewünschte Position (oranges Rechteckt) auch in KStars angezeigt. Das ist eine sehr praktische Funktion, die ich so aus APT nicht kannte. Dort sucht man die Objekte nur in Textform, sieht aber nicht wie sie nachher vom Sensor aufgenommen werden. Mit Ekos und KStars lässt sich der Bildausschnitt sehr exakt planen. Mit einem Rechtsklick in die Sternekarte kann ich zu jedem beliebigen Punkt fahren.
Eine noch genauere Positionierung lässt sich später im Modul „Summary“ vornehmen. Sobald die erste Aufnahme erfolgreich abgeschlossen wurde und eine entsprechende Option gesetzt wurde bietet dieses Modul die Möglichkeit per Mausklick exakt die Position im tatsächlichen Bild anzufahren. Das ist eventuell immer dann nötig, wenn die exakten Umrisse des Aufnahmeobjekts nicht in KStars sichtbar sind (z.B. weil der bebilderte Sky-Atlas „DSS“ mangels Internetverbindung nicht verfügbar ist).
Fokussierung
Das Modul „Fokus“ benutze ich im Moment auf zwei verschiedene Art und Weisen. Mit dem Apo steht ein EAF zur Verfügung, sodass ich theoretisch den Autofokus nutzen könnte. Beim Newton muss ich manuell fokussieren. Wichtig ist die korrekte Kamera ausgewählt zu haben und wegen der entsprechend längeren Ladezeiten ein passendes Binning zu wählen.
Für das automatische Fokussieren muss ich den Fokus bereits sehr nah an den tatsächlichen Fokus bringen, ansonsten müht sich der Algorithmus sehr lange ohne Ergebnis herum. Die aktuelle Positionierung des EAF kann dabei natürlich helfen, weswegen ich die Werte notiert habe. Die Option „Sub Frame“ lädt immer nur den relevanten Teil des Bildes herunter, was die ganze Prozedur beschleunigt. Dennoch habe ich oft das Gefühl gehabt, der Fokus fährt viel hin und her ohne am Ende zu einem Ergebnis zu kommen und den Prozess damit für das Modul „Capture“ zu einem befriedigenden Ergebnis zu bringen. Möglicherweise war im Testzeitraum auch das Seeing zu schlecht. Die ermittelten Werte werden auch in einem Diagramm (unten rechts) angezeigt.
Beim manuellen Fokussieren lasse ich mir zunächst das gesamte Bild anzeigen (Option „Sub Frame“ deaktiviert) bis ich Sterne erahnen kann. Das kann wegen der langen Ladezeiten durchaus eine Weile dauern und es ist praktisch wenn man die ungefähre Position des Okularauszugs schon kennt. Sobald die Sterne wirklich Sterne und keine Kreise mehr sind kann die Option „Sub Frame“ wieder aktiviert werden. Die Feineinstellung mit Bahtinov-Maske geht deutlich einfacher wenn die Rückmeldung schnell erfolgt.
Guiding
Im Software-Paket von Stellarmate ist bereits ein interner Guider enthalten, es ist aber auch möglich PHD2 zu nutzen. Für die ersten Tests habe ich den internen Guider verwendet, der über den Karteireiter „Guide“ zu erreichen ist. Beim Start des Guidings ist unbedingt darauf zu achten, dass die richtige Kamera ausgewählt wurde. Der interne Guider verfügt wie neuere PHD2 Versionen über ein „Multi-Star Guiding“, führt also nicht nur auf einen Stern nach. Durch mehrere Leitsterne sollen Einflüsse des Seeings ausgeglichen werden. Ansonsten kann man wie üblich die Belichtungszeit wählen, bestimmte Korrekturrichtungen ausschließen und Darks auf das Guide-Kamerabild anwenden (oben links). Das aktuelle Bild der Guiding-Kamera inklusive der für das Multi-Star Guiding verwendeten Sterne wird ebenfalls angezeigt (oben rechts).
Jedes mal wenn das Guiding mit einem Klick auf „Guide“ gestartet wird kalibriert sich der Guider. Dies dauert bei meiner Montierung einige Sekunden und kann über die Einstellungen auch deaktiviert werden. Bislang habe ich es bei der Voreinstellung aber belassen. Nach der Kalibrierung (Prep) leuchtet die dritte grüne Lampe und das Guiding beginnt (Run). Wie üblich lässt sich die Güte der Nachführung in Zahlen (unten links), als Zeitlinie (unten mitte) und als Zielscheibe (unten rechts) beurteilen.
Um in die Einstellungen des Guiders zu kommen klickt man ganz unten rechts auf „Options“, dieser Dialog unterscheid sich wieder einmal von anderen Dialogen, die aus anderen Karteireitern heraus über „Options“ geöffnet werden können. Neben den Einstellung zur Kalibrierung und zum Guiding-Algorithmus ist besonders der Bereich „Dither“ hervorzuheben. An den Standard-Einstellungen habe ich hier aber bislang nichts verändert, nur das Dithering aktiviert. Mit dem Guiding bin ich aber soweit zufrieden.
Bisher kann ich keinen Unterschied zwischen PHD2 und dem internen Guider feststellen, sie funktionieren beide stabil und zuverlässig. Im Moment gebe ich dem internen Guider den Vorzug, einfach weil alle Komponenten dann aus einer Quelle kommen und keine Dritt-Software angesprochen werden muss. In der letzten Schönwetterphase hatte ich in circa 12 Stunden Belichtungszeiten RMS-Werte zwischen 0.65″ und 1.6″. Bis auf wenige Ausnahmen (nach dem Meridian-Flip, eigenes Verschulden durch Kabel auf Zug) waren alle Aufnahmen zu verwenden.
Aufnahme
Wenn das Guiding soweit läuft kann mit der Aufnahme begonnen werden. Es ist wiederum darauf zu achten das die richtige Kamera als Aufnahmekamera gewählt wurde. Ich habe festgestellt, dass die Kühlung der Kamera nicht immer direkt bei Verbindungsaufbau aktiviert wird. Auch ist die gewünschte Temperatur nicht immer gespeichert und automatisch wieder hergestellt worden. Bevor die Aufnahme beginnt sollte die Temperatur also unbedingt kontrolliert werden (oben links).
Die Aufnahme-Einstellungen (mittlerer Bereich) sind schnell gemacht. Es können auch Vorlagen angelegt werden, damit nicht immer alles neu eingegeben werden muss. Das ist insbesondere für Gain und Offset spannend, denn hier gibt es nicht das aus dem ZWO-Treiber gewohnte Auswahlmenü mit Voreinstellungen. Es muss immer manuell Gain und Offset eingetragen werden. Stimmen alle Einstellungen kann aus den Einstellungen eine Sequence erstellt werden und mit dem Plus-Button (oben mittig) in den Sequencer (oben rechts) gegeben werden. Damit lassen sich Belichtungsreihen mit verschiedenen Zeiten, Gain-Werten oder Filtern einfach realisieren. Für verschiedene Ziele in einer Nacht ist hingegen das Modul „Scheduler“ zuständig.
Der Status der aktuellen Sequenz lässt sich jederzeit einsehen (unten rechts). Eine Sequenz bzw. eine Aufnahme kann auch erst begonnen werden, wenn bestimmte Parameter aus den Modulen „Guide“ bzw. „Focus“ erfüllt werden (unten links). Bislang habe ich diese Prüfungen noch nicht benutzt, weil den größten Teil der Nutzungsdauer mit dem Newton ohne EAF erfolgte.
Eine erfolgreiche Bildaufnahme öffnet das Bild im KStars Bildbetrachter (ein eigenes Fenster). Der aktuelle Status der Aufnahmesequenz ist auch jederzeit im Modul „Summary“ zusammen mit dem Fokus, dem Guiding und dem letzten Bild zu sehen.
Laufende Aufnahme
Eine Übersicht über alle laufenden Prozesse und zum Gesamtzustand des Systems kann im ersten Modul eingesehen werden. Oben links ist immer das zuletzt aufgenommene Bild zu sehen (muss zuvor über eine Option aktiviert werden), während der Mauszeiger im Bild ist sieht man eine kleine Werkzeugleiste eingeblendet. Es gibt Funktionen zum hinein- und herauszoomen, es können Objekte identifiziert werden, ein Koordinatensystem eingeblendet werden und per Mausklick das Zentrum des Bildausschnitts bestimmt werden. Unterhalb des Bilder zeigt der rote Balken an wie lange die aktuelle Aufnahme noch dauert. Darunter die Aufnahmeeinstellungen und die beiden Kreis-Diagramme der Gesamtfortschritt für die Sequenz und den Aufnahmeplan (Scheduler, von mir im Moment noch nicht benutzt).
Auf der rechten Seite ist der Status der Montierung und dessen Position zu erkennen. Darunter der HFR-Graph für den automatischen Fokussierer (hier deaktiviert, weil mein Newton manuell fokussiert wird). Zum Schluss der Guiding-Graph mit den Abweichungen in RA und Dec. So habe ich im Laufe der Nacht alles im Blick und kann die Arbeit von Ekos gut verfolgen.
Damit sind alle von mir eingesetzten Module besprochen. Solange die Graphen ruhig sind und die Bilder gut aussehen lasse ich Ekos nun seine Arbeit verrichten. Gehe ins Wohnzimmer und schaue eine Serie, immer mit einem Auge den Monitor im Blick. Der nächste Schritt wäre das Modul „Schedule“ um mehrere Objekte in einer Nacht vollautomatisch aufzunehmen und zwischen drin auch den Fokus nachzustellen. Da aber der Meridian-Flip im Moment nicht zuverlässig klappt stelle ich das hinten an und schwenke zur Not lieber selbst aufs nächste Ziel.
Stand 24. März 2022 habe ich den Raspberry Pi in 7 Nächten im Einsatz. Dabei kamen insgesamt 15 Stunden Belichtungszeit zusammen. Das ist eine Netto-Angabe, brutto war es sicherlich mehr, aber ich habe nicht immer alle Aufnahmen verwendet. Es gab keinen Absturz.
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