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4. Februar 2016

Planetenentdeckung – Exoplaneten beobachten mit der DSLR – Transitmethode

Egal wie häufig man schon durch ein Teleskop in den Himmel geschaut hat oder seine Kamera in Richtung Himmel gerichtet hat, die Planeten unseres Sonnensystems sind immer wieder faszinierend. Neben dem Ring des Saturns, den Monden des Jupiters oder der roten Oberfläche des Mars, gibt es dort schon allerhand zu entdecken. Das unsere Sonne nicht der einzige Stern ist, um den Planeten in regelmäßigen Abständen ihre Runden drehen, sollte mittlerweile auch weitestgehend bekannt sein.

Befindet sich ein Planet nicht in unserem Sonnensystem, sondern umkreist einen anderen Stern im Universum, dann nennt man ihn Exoplaneten.

Diese Exoplaneten kann man zwar nicht mit bloßem Auge erkennen oder sehen, aber eine moderne Spiegelreflexkamera (DSLR) mit einem Zooobjektiv reicht heute schon dazu aus, um diese zu beobachten bzw. ausfindig zu machen. Dabei wird lediglich die Helligkeit eines Planeten über einen längeren Zeitraum kontinuierlich beobachtet und gemessen. Diese Beobachtungsmethode ist auch bekannt als „Transitmethode“, bei der der Planet zwar nicht direkt beobachtet wird. Sie funktioniert nur, wenn die Umlaufbahn des Exoplaneten genau so liegt, dass er aus der Sicht der Erde an dem Stern vorüberzieht und dabei eine kurze regelmäßige Abdunklung des Sternenlichts verursacht.

Und genau darum geht es in diesem Blog-Beitrag:

Wir zeigen euch wie ihr mit eurer Astrofotografie-Ausrüstung einen Exoplaneten beobachten könnt.

Bereits im letzten Jahr sind wir auf die Idee gekommen und haben seit dem einige Recherchenarbeiten und Tests erledigt. Dazu haben wir das schlechte Wetter in den letzten Monaten genutzt und möchten euch eine theoretische Schritt-für-Schritt-Anleitung anbieten, wie auch ihr das ganze nachmachen könnt.

Zu den Rahmendaten unseres Tutorials

Die Ausrüstung

  • DSLR
  • Teleskop / Zoomobjektiv
  • Nachführung
  • Software (Zum Nachführen der Kamera und zum Auswerten der Bilder)
    • IRIS
    • PHD-Guiding
    • BackyardEOS

Das Ziel

  • HD_189733 B
1. Zielobjekt (Exoplaneten) auswählen

In unserer Anleitung und für unser Projekt haben wir uns den Exoplaneten HD_189733 B ausgesucht. Mit der vorgestellten Methode könnt ihr natürlich jeden bekannten und sichtbaren Exoplaneten beobachten. Eine Übersicht über alle bekannten Exoplaneten findet ihr auf http://var2.astro.cz/EN/.

Unser Zielobjekt HD_189733 b umkreist den Gelben Zwerg Stern HD 189733 in 63 Lichtjahren Entfernung zu unserer Erde. Die Position des Sterns liegt in der Nähe des auch von uns schon öfter beobachteten und fotografierten Hantelnebel. Erst seit dem Jahr 2005 ist bekannt das es diesen Exoplaneten gibt und seit 2008 ist näheres über seine Zusammensetzung bekannt. Die NASA gab bekannt, dass auf seiner Oberfläche ungemütliche 1000 Grad Celsius herrschen und das es dort Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonoxid gibt. Trotz der hohen Temperatur könnten diese chemischen Elemente die Basis sein um weiter chemische Elemente zu finden, die auf Leben hindeuten könnten.

2. Termin / Zeitpunkt für Transit festlegen bzw. herausfinden

In unserem Fall sieht die Übersicht für alle bekannten Transits des Planeten HD_189733 wie folgt aus: Übersicht HD_189733. Auf der Internetseite können immer die aktuellen Transitzeiten des Planeten, abgerufen werden. Wann dieser voraussichtlich beginnt und wann dieser enden wird. Dies ist mit Sicherheit das wichtigste, bevor ihr eure Kamera in Richtung Himmel ausrichtet. Wie immer muss bei diesen Aufnahmen auch das Wetter mitspielen.

Von der Erde aus beobachtet, dauert ein Transit von HD-189733 genau 109.6 Minuten und findet alle 2,2185733 Tage statt.

Unsere Erde benötigt , wie bekannt sein sollte, 365 Tage für eine Umrundung ihrer Sonne. Daraus lässt sich schließen, dass HD_189733 sehr nahe an seiner Sonne seine Runden dreht. Viel näher als es bei unserer Erde der Fall ist.

Aufgrund der Tatsache, dass er sich so schnell und so häufig um seine Sonne dreht, ist er für uns ein gut geeignetes Beobachtungsobjekt.

3. Die Aufnahmen / Das Fotografieren

Prinzipiell unterscheidet sich die Exoplanet-Beobachtung in der Durchführung wenig von der klassischen Astrofotografie. Teleskop und Kamera (alternativ auch Zoomobjektiv mit Kamera) werden zunächst auf das Zielobjekt ausgerichtet. In unserem Fall wäre das der gleichnamige Stern HD 189733 im Sternbild Fuchs. Dies und die Nachführung der Kamera, sollte mit einer ordentlichen Montierung kein Problem sein. Zum Nachführen könne die klassischen Programme wie z.B. PHD-Guidung 2 o.ä. eingesetzt werden.

Wichtig ist nur, dass eine permanente Stromversorgung zur Kamera sichergestellt ist. Da ein Transit ca. 110 Minuten dauert und man zum besseren Vergleich der Daten jeweils die Anfangs- und Abschlussphase des Transits mit aufnehmen sollte, verlängert sich die Aufnahme auf ca. 3 Stunden. (30 Minuten vor Beginn des Transits und 30 Minuten im Anschluss = 170). Dazu eignet sich der Einsatz eines Netzsteckers für euer jeweiliges Kameramodell. Der Vorteil ist, dass ihr keine Unterbrechung in der Messung bzw. bei den Fotos habt und auch das Zielobjekt nicht aus dem Fokus verliert.

Auch die Kameraeinstellungen ISO und Belichtungszeit sind ähnlich wie in der Astrofotografie. Je nach Kamera und persönlicher Erfahrung in dem Bereich sollte man eine Belichtungszeit zwischen 30-60 Sekunden wählen und eine geringe ISO Zahl, um möglichst wenig Bildrauschen zu haben. ( z.B. ISO 800 und 50 Sekunden Belichtungszeit.) Ähnlich wie bei der Stromversorgung, sollte auch hier während der ganzen Prozedur nicht mehr in das Geschehen eingegriffen werden oder die Einstellungen geändert werden. Deshalb wählt diese Einstellungen weise aus und macht vielleicht vorher einige Testaufnahmen.

Ein weiterer wichtiger Punkt beim Erstellen der Bilder ist ausreichend Speicherplatz auf der SD-Karte bereit zu haben. Wie in der Astrofotografie üblich fallen beim dieser Beobachtung auch eine große Anzahl an Bilder an und dadurch wird eine Menge Speicherplatz wird damit benötigt. Besonders wichtig ist es die Bilder im RAW-Format (.CR2) aufzunehmen. Umgehen könnt ihr das Problem in dem ihr Software wie z.B.: EOS-Backyard verwendet. Dadurch werden nicht nur eure Bilder direkt auf euren Computer übertragen, sondern ihr könnt dadurch auch eure Kamera für die mehrstündige Beobachtung steuern und einstellen.

4. Die Auswertung und die Ergebnisse

Nachdem ihr mit eurer DSLR den Transit erfolgreich fotografiert habt, solltet ihr 180-360 Bilder auf eurer SD-Karte oder eurem Computer besitzen. (Je nachdem welche Belichtungszeit ihr gewählt habt.) Auf diesen Bildern werdet ihr wahrscheinlich mit bloßem Auge keinen Unterschied feststellen. Um die kurzzeitige Reduktion der Helligkeit des Sterns HD_189733 in den Bildern feststellen zu können benötigt ihr die spezielle Software IRIS von Astrosurf (kostenlos). Diese kann grundsätzlich noch viel mehr, als für unsere Beobachtung benötigt wird. Für unsere Beobachtung ist lediglich die Funktion der „Automatic Photometry“. Wie genau das Funktioniert, werden wir euch später in einem einzelnen Beitrag erklären.

Das Programm IRIS hilft den Helligkeitswert des Sterns HD_18733 für jedes einzelne Bild zu bestimmen und wir erhalten dazu einen eindeutigen Zahlenwert. Dieser Zahlenwert muss dann in Excel in ein Diagramm mit einer Zeitachse übertragen werden. Wenn alles richtig gemacht wurde und der Transit erfolgreich beobachtet wurden, dann sollte man bei der anhand der Zahlenwerte erkennen können, dass die Helligkeit des Sterns kurz nach dem Beginn unserer Aufnahme abnimmt und gegen Ende unserer Aufnahmen wieder einen ähnlichen Wert wie zu beginn unserer Aufnahme annimmt.

Soweit zur Theorie. Sobald es uns selbst gelungen ist einen Transit erfolgreich zu beobachte, werden wir euch auf unserem Blog darüber informieren. Auch werden wir unser Bildmaterial und unsere Daten zur Verfügung stellen, damit ihr selbst etwas damit ausprobieren könnt.

Leider ist es aktuell (Stand: Februar 2016) nicht möglich von Deutschland aus den Transit zu beobachten, weil der Stern HD_189733 nur kurze Zeit vor dem Sonnenaufgang am Himmel zu sehen ist. Dies wird aber in wenigen Monaten wieder möglich sein und wir werden über unsere Versuche berichten.

4 Kommentare

  1. |

    Sehr cooler Artikel! Hab nicht gewusst das sowas geht. Muss ich unbedingt einmal Versuchen. Bin schon gespannt was ihr noch darüber berichtet 😀

    • Maurice
      |

      Hallo Daniel,

      vielen Dank für dein Feedback! Bei uns hat sich die Wetterlage bis zum aktuellen Zeitpunkt nicht wirklich verbessert. Wir sind aber gespannt auf das Ergebnis und werden natürlich auch darüber berichten. Falls du von deinem Beobachtungspunkt aus mehr Erfolg hast als wir, dann kannst du es uns gerne wissen lassen und dich zur Auswertung der Bilder/Daten mit uns in Verbindung setzen (maurice@starchaser.de). Wir helfen dir da gerne. Wenn es uns bald auch gelingen sollte, einen Transit eines Exoplaneten zu beobachten, dann werden wir die Bilder hier hochladen und für alle erklären wie das mit der Auswertung funktioniert.

      Viele Grüße aus Limburg und clear Skies,

      die Starchaser

  2. |

    Hallo.

    Ist es denn mittlerweile gelungen den Transit nachzuweisen?

    Gruß

    • Maurice
      |

      Hallo Norman!

      Vielen Dank für deine Nachfrage. Aktuell ist es etwas ruhiger bei uns Starchaser, dies wird sich aber bald hoffentlich wieder ändern. Wir haben es zeitlich noch nicht geschafft einen solchen Transit nachzuweisen. Es bedarf viel Vorbereitung und die nicht beeinflussbaren Faktoren (wie z.B. das Wetter) müssen auch mitspielen. Ich würde mich freuen, wenn wir es diesen Sommer schaffen.
      Wenn es einer unserer Besucher auf diese Weise schaffen sollte, dann würde es uns sehr freuen davon zu erfahren!

      Viele Grüße,
      Maurice

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