In der ersten Oktoberhälfte dominierten außergewöhnlich langanhaltende Hochdruckwetterlagen, die vielerorts noch nicht von Hochnebel geprägt waren. Das sorgte nicht nur für ein Plus bei der Sonnenscheindauer, sondern bescherte uns auch zahlreiche klare Nächte mit häufig trockener Luft. Die inzwischen wieder längeren Nächte boten damit ideale Bedingungen für die Astrofotografie. Das folgende Bild entstand mit einem Amateurgerät südlich von Frankfurt. Es zeigt den sogenannten „Geist der Kassiopeia“ (IC 59/IC 63).
Die beiden Nebel befinden sich im Sternbild Kassiopeia, das aufgrund seiner charakteristischen Form auch als Himmels-W bekannt ist. Ihren Namen verdanken sie ihrem geisterhaften Aussehen. Sie bestehen aus interstellarem Gas und Staub, die vom hellen Stern Gamma Cassiopeiae angestrahlt werden. Dieser befindet sich nur wenige Lichtjahre von den Nebeln entfernt. Während IC 59 überwiegend das Licht des Sterns reflektiert und dadurch bläulich erscheint, handelt es sich bei IC 63 sowohl um einen Reflexions- als auch um einen Emissionsnebel. Hier wird zusätzlich Wasserstoff durch die intensive UV-Strahlung des Sterns ionisiert und zum Leuchten angeregt. Das dabei entstehende H-alpha-Licht sorgt für die charakteristische rötliche Färbung. Die gesamte Nebelregion ist etwa 500 bis 600 Lichtjahre von uns entfernt.
Für die Aufnahme kam ein 10-Zoll-Newton-Teleskop auf einer sogenannten parallaktischen Montierung zum Einsatz. Diese gleicht die scheinbare Bewegung der Sterne aus, sodass auch lange Belichtungszeiten möglich sind. Als Kamera diente eine speziell gekühlte Astrokamera, die das Bildrauschen reduziert.
Voraussetzung für ein solches Foto ist allerdings nicht allein ein wolkenfreier Himmel. Auf seinem Weg durch die Atmosphäre wird das Sternenlicht durch verschiedene Einflüsse abgeschwächt und verändert. Dabei spielen insbesondere die Lichtverschmutzung, die Transparenz der Atmosphäre und die Luftunruhe eine wichtige Rolle.
Der wohl größte Störfaktor bei der Astrofotografie ist die Lichtverschmutzung. Durch künstliche Beleuchtung wird die Nacht zunehmend zum Tag. Das Licht wird an Luftmolekülen und Aerosolen in der Atmosphäre gestreut und hellt dadurch den Nachthimmel auf. Bei einem dunklen Himmel lassen sich mit bloßem Auge tausende Sterne erkennen und sogar die Milchstraße beobachten. In größeren Städten sind dagegen häufig nur noch die hellsten Sterne sichtbar. Viele Menschen, die in Ballungsräumen aufgewachsen sind, haben die Milchstraße deshalb noch nie mit eigenen Augen gesehen.
Da unser Foto im lichtverschmutzten Rhein-Main-Gebiet entstanden ist, droht der lichtschwache Nebel im aufgehellten Nachthimmel zu verschwinden. Abhilfe schafft eine lange Gesamtbelichtungszeit: Dazu werden zahlreiche Einzelaufnahmen angefertigt und anschließend zu einem Bild zusammengerechnet. In diesem Fall wurden etwa 480 Einzelbilder mit jeweils 100 Sekunden Belichtungszeit aufgenommen. Für den roten Anteil des Nebels kam zusätzlich ein spezieller Linienfilter zum Einsatz, der vor allem das Licht des ionisierten Wasserstoffs durchlässt und einen Großteil des störenden Stadtlichts unterdrückt. Dafür wurden weitere rund zehn Stunden belichtet. Insgesamt ergibt sich so eine Belichtungszeit von mehr als 23 Stunden.
Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Transparenz der Atmosphäre. Bei hoher Luftfeuchtigkeit können sich Dunst oder Nebel bilden, die das Sternenlicht streuen und den Kontrast verringern. Auch Aerosole und feine Schwebeteilchen in der Luft können die Sicht auf lichtschwache Objekte beeinträchtigen. Besonders günstige Bedingungen herrschen daher bei einer möglichst klaren, aerosolarmen und trockenen Luftmasse. Nicht zuletzt deshalb befinden sich viele große astronomische Observatorien in trockenen Regionen, beispielsweise in Wüstengebieten.
Eine trockene und transparente Atmosphäre ist allerdings noch keine Garantie für gute Beobachtungsbedingungen. Gerade bei hohen Vergrößerungen spielt die sogenannte Luftunruhe eine entscheidende Rolle. Dabei wird das Licht durch Turbulenzen in der Atmosphäre ständig unterschiedlich stark gebrochen und abgelenkt. Die Sterne scheinen dadurch zu funkeln. Im Teleskop beginnt das Bild zu flimmern und verliert an Schärfe. Astronomen bezeichnen diese Bildunschärfe als „Seeing“. Eine Nacht kann somit einen sehr klaren Himmel bieten, aber aufgrund starker Luftunruhe trotzdem schlechte Bedingungen für astronomische Beobachtungen aufweisen.
Um die störenden Einflüsse der Erdatmosphäre zu umgehen, wurden Weltraumteleskope wie das Hubble- und das James-Webb-Weltraumteleskop außerhalb der Erdatmosphäre stationiert. Sie können das Universum ohne die durch Wolken, Aerosole und atmosphärische Turbulenzen verursachten Beeinträchtigungen beobachten.
Zu Zeiten der chemischen Fotografie waren solche Aufnahmen vor allem großen Observatorien oder wenigen Spezialisten mit entsprechendem Aufwand vorbehalten. Durch die digitale Fotografie lassen sich heute auch mit vergleichsweise erschwinglichen Amateurgeräten erstaunliche Details sichtbar machen. Moderne, zunehmend auch durch künstliche Intelligenz unterstützte Bildverarbeitungsverfahren ermöglichen es zudem, Bildrauschen zu reduzieren, Helligkeitsgradienten zu korrigieren und die Bildschärfe zu verbessern. Selbst die Auswirkungen des astronomischen Seeings lassen sich durch spezielle Verfahren teilweise verringern. Die physikalischen Grenzen der Atmosphäre können sie allerdings nicht vollständig aufheben.