Schwarzschildeffekt und Ultrakurzzeiteffekt

1. Ein Versuch den Schwarzschildeffekt und den Ultrakurzzeiteffekt darzustellen

2. Belichtungszeiten, Filme und Objektive für die Astro- und Mondfotografie

Ausschnitte zweier News aus de.rec.fotografie von Helmut Faugel

1. Ein Versuch den Schwarzschildeffekt und den Ultrakurzzeiteffekt darzustellen

Ich bin gerade damit fertig geworden einen Text zu basteln
der hoffentlich Eingang in eine FAQ oder etwas aehnlichem
findet.

Wuensche, Kritik, Verbessungsvorschlaege usw. erbeten

Wie versprochen ein Versuch den Schwarzschildeffekt und den Ultrakurz-
zeiteffekt darzustellen.

Vorerst moechte ich mal aus E. v. Angerer, G. Joos / Wissenschaftliche
Photographie, 7. Auflage, Akademische Verlagsgesellschaft, Leipzig, 1959
p. 61 zitieren:

"Die Erklaerung fuer das Versagen des Reziprozitaetsgesetzes sowohl bei
sehr hohen als bei niedrigen Intensitaeten ist qualitativ folgende: Die
Keime brauchen, um stabil zu sein, eine gewisse Groesse - aus wie viel
Silberatomen sie mindestens bestehen muessen, kann man noch nicht genau
angeben. Ein Keim, der nur aus einem eingefangenen Photoelektron mit
nachgezogenem Silberion besteht, ist sicher instabil und hat nur eine
kurze Lebensdauer. Wenn nun innerhalb dieser Lebensdauer ein zweites
Elektron eingefangen wird und in nicht allzu langer Zeit hinterher ein
drittes und viertes, wird der Keim stabilisiert. Man sieht, dass bei
geringen Intensitaeten die Wahrscheinlichkeit eines vorzeitigen Zerfalls
eines beginnenden Keims groesser wird. Bei hohen Intnsitaeten wird das
Gitter mit Photoelektronen ueberschwemmt und die zu Keimen geeigneten
Fallen fangen nicht gleich alle Elektronen ein, vielmehr gelangen einige
auch an Stellen, die ein Elektronen abgegeben hatten, und werden
"wiedervereinigt"."

Ich will nicht unbedingt auf die Begriffe 'Photoelektronen', 'Keim' usw.
eingehen, da die Theorie des latenten Bildes in oben zitierten Buch
etliche Seiten einnimmt und es nicht noetig ist diese Begriffe naeher zu
erlaeutern.

Es wird dem aufmerksamen Leser aufgefallen sein das nicht die Rede von
'Zeiten' sondern von 'Intensitaet' war, was auf den ersten Blick etwas
ueberrascht. In der praktischen Fotografie herrscht jedoch ein enger
Zusammenhang zwischen Intensitaet und Belichtungszeit in Form der Film-
empfindlichkeit, da die Belichtungszeit proportional dem Verhaeltnis von
Intensitaet zu Filmempfindlichkeit ist.

In der Regel ist die Filmempfindlichkeit ueber einen weiten Bereichen
konstant, bei Amateurmaterial erstreckt sich der Bereich zwischen 1s und
1/1000s, ebenso bei vielen Professional Filmen, lediglich bei Kunst-
lichtmaterial vom Typ 'L' (long time exposure) liegt der Bereich zwisch-
en 50s und 1/10s s. Fuer genaue Daten besorgt man sich am besten die
entsprechenden Filmdatenblaetter der Hersteller oder man wirft einen
Blick ans Ende dieses Postings.

Nun zum Verhalten von Filmen bei niedrigen Intensitaeten, dh. bei langen
Belichtungszeiten. Wie im Zitat erwaehnt muss ein entwickelbarer Keim
im Filmkorn aus mehreren Silberatomen bestehen, ein einzelnes Silberatom
rekombiniert nach einer bestimmten Zeit wieder und traegt daher nicht
zur Bildung des 'latenten Bildes' bei. Alleine aus dieser Tatsache er-
kennt man bereits das Filme unterhalb einer bestimmten Intensitaet nicht
empfindlich sind. Erhoeht man nun die Intensitaet so erhoeht sich Chance
das ein entwickelbarer Keim entsteht = die Empfindlichkeit steigt.

In der Praxis stellt man fest das etwa die Schwarzung des Films bei
Blende 22 und 30s hinter der zurueckbleibt die bei Blende 4 und 1s ent-
steht. Der Film verliert also bei laengeren Zeiten (=kleineren Intensi-
taeten) an Empfindlichkeit. Der deutsche Astronom Karl Schwarzschild
veroeffentlichte 1900 eine Arbeit ueber dieses Verhalten und beschrieb
dieses Verhalten auch mathematisch (allerdings nur naeherungweise). Dem-
nach ist:

t' = t ** (1/p)

t' korregierte Belichtungszeit
t Belichtungszeit
p Schwarzschildexponent (typisch zwischen 0,7 und 0,95)

ungefaehre Schwarzschildexponenten fuer Filme

0,7 alte Filme, etwa Kodak Tri-X, Pan-X, VPS, alle Kodachrome (zeigen
dabei sehr starken Mangentastich)

0,8 moderne hochempfindliche Diafilme, viele Farbnegativfilme

0,9 fast alle modernen niederempfindlichen Diafilme

0,95 Kodak Elite II 50 & 100, Ektachrome E100S(W), Ektacolor Gold 400

1,00 CCDs (die muessen allerding sehr stark gekuehlt werden um rausch-
freie Bilder bei Belichtungszeiten langer als 1s zu liefern).

Fuer eine gemessene Belichtungszeit von 30s ergeben sich bei verschied-
enen Schwarzschildexponenten folgenden Belichtungszeiten:

Schwarzschildexponent   korr. Belichtungszeit   Unterbel. ohne Korrektur
        0,7                     129s                    -2,1 Blenden
        0,8                      70s                    -1,2
        0,9                      44s                    -0,6
        0,95                     36s                    -0,3

Man sieht das man durch die Korrektur der Belichtungszeit schnell in
Teufels Kueche kommt, daher ist es vielfach besser eine Korrektur der
Blende vorzunehmen (falls moeglich), und derartige Angaben finden sich
in fast allen Datenblaettern.

Zum Thema Ultrakurzzeiteffekt kann ich leider fast nichts beitragen, da
fast jeder Film auch bei mit herkoemmlichen Leuchtzeiten von Elektronen-
blitzen gut zu recht kommt, bzw. die Leitzahlen werden so niedrig das
die kuerzesten Leuchtzeiten in der Praxis nicht erreicht werden (zB.:
Minolta PX 280:LZ 1 1/50000s; Metz MZ 40-2: LZ 2,5 1/26000s). Vielfach
tritt beim Blitzen ein leichter Blaustich auf, dessen Natur liegt aber
fast nie im Ultrakurzzeiteffekt sondern an am hohen UV-Anteil des Blitz-
lichts.

Filmdaten:

Im folgenden habe ich eine Zusammenstellung von Belichtungskorrekturen
und Filterwerten aus meiner Datenblattsammlung zusammengestellt.

FUJI

Film 1/4000 - 1/10 1 4 10 16 32 64 100 2min 8min

REALA NN NN +1/3 - +1 NE NE NE NE NE

Super G 100+ NN +1/2 - +1 - - - +2 - -

Super G 200+ NN +1/2 - +1 - - - +2 - -

Super G 400+ NN +1/2 - +1 1/2 - - - +2 1/2 - -

Super G 800+ NN +1/2 - +1 1/2 - - - +2 1/2 - -

Super HG 1600 NN +1/2 - +1 - - - +2 - -

NPS 160 NN +1/2(+) NE NE NE NE NE NE NE NE

NPH 400 NN - +1/2 - +1 NE NE NE NE NE

Velvia NN - +1/3 +1/2(*)+2/3 +1 NE NE NE NE
5M 7,5M 10M 12,5M

Sensia 100 NN - - - - +1/2 - - +1 NE(**)
2,5R

Provia 1600          NN         -     +1/2    -     +2/3   +2/3    NE     NE     NE     NE
                                      7,5R           10M    10M
                                                      5R     5R
NE nicht empfohlen
NN keine Korrektur noetig
-   keine Angabe
(+) 2 Sekunden
(*) 8 Sekunden
(**) eine Korrektur von +1 1/2 Blenden gibt trotzdem
     farbstichfreie Aufnahmen (eigene Erfahrung)

Man siehts ganz deutlich bei Fuji herscht das Chaos, man kann sich
offenbar nicht auf eine einheitliche Zeitenreihe einigen bei der man
die Korrekturwerte angibt.

KODAK
1/1000
Film 1/100000 1/10000 -1/100 1/10 1 10 100

EKTAPAN            +1     +1/2     NN      NN      +1      +2      +3    oder
PLUS-X                                             2s      50s   1200s   und
TRI-X             +20%    +10%     NN      NN     -10%    -20%    -30%   laenger
VERICHROME                                                               entwickeln

T-MAX 100 - +1/3 NN NN +1/3 +1/2 +1 oder
15s 200s

T-MAX 400 - NN NN NN +1/3 +1/2 +1 1/2 oder
15s 300s

T-MAX 3200 - NN NN NN NN +2/3 +2 oder
15s 400s

Technical Pan NN NN NN NN NN +1/2 +1 1/2 oder
25s NE

Ektapress Gold - NN NN NN +1 NE NE
II 100 (PJA) - 20Y

Ektapress Gold - NN NN NN NN NN NE
II 400 (PJB)

Ektapress Gold - NN NN NN NN +1 NE
II 1600 (PJC)

Vericolor 160 - NN NN NN NE NE NE
(VPS)

Vericolor 400 - NN NN NN NE NE NE
(VPH)

Ektacolor Pro - NN NN NN NN NN +1
Gold 160 (GPX)

Ektacolor Pro - NN NN NN NN NN NE
Gold 400 (GPY)

Ektapress - NN NN NN NN NN NE
Multispeed (PJM)

Ektachrome Elite - NN NN NN NN NN NE
II 50 (EA-2)

Ektachrome 64 - NN NN NN +1/3 NE NE
Prof. (EPR) 5R

Ektachrome 64X - NN NN NN +1/3 NE NE
Prof. (EPX) 5R

Ektachrome 64T - - - NN NN NN +1/3
Prof. (EPY)

Ektachrome Elite - NN NN NN NN NN NE
II 100 (EB-2)

Ektachrome 100 - NN NN NN +1/3 NE NE
Prof. (EPN) 5M

Ektachrome 100X - NN NN NN +1/3 NE NE
Prof. (EPZ) 5R

Ektachrome 100 - NN NN NN +1/2 NE NE
Plus (EPP) 5R

Ektachrome E100S - NN NN NN NN NN -
(E100S)

Ektachrome E100SW - NN NN NN NN NN -
(E100SW)

Ektachrome 160 - NN NN NN +1/3 NE NE
(ET) 10R

Ektachrome 160T - +0 +0 NN +1/2 NE NE
Prof. (EPT) 2,5G 5C 2,5M

Ektachrome Elite - NN NN NN +1/3 +1/2 NE
II 200 (ED-2) 5R 10R

Ektachrome Panter - NN NN NN +1/3 +1/2 NE
200X (PRD) 5R 10R

Ektachrome 200 - NN NN NN +1/2 NE NE
Prof. (EPD) 5M

Ektachrome 320T - NN NN NN +1/3 +1/2 NE
Prof. (EPJ) 5R 10R

Ektachrome Elite - NN NN NN +1/3 +1/2 NE
II 400 (EL-2) 5R 10R

Ektachrome Panter - NN NN NN +1/3 +1/2 NE
400X (EPL) 5R 10R

Ektachrome Panter - NN NN NN NE NE NE
P1600X (EPH)

Koadchrome 25 - NN NN NN +1/2 NE NE
(KM)

Kodachrome 25 - NN NN NN +1/2 NE NE
Prof. (PKM)

Kodachrome 64 - NN NN +1/3 NE NE NE
(KR) 5R

Kodachrome 64 - NN NN +1/3 NE NE NE
Prof. (PKR) 5R

Kodachrome 200 - NN NN NN +1/2 NE NE
(KL) 10Y

Kodachrome 200 - NN NN NN +1/2 NE NE
Prof. (PKL) 10Y

Ektachrome Infrared- - NN +1 - - -
(EIR) 20B

NE nicht empfohlen
NN keine Korrektur noetig
- keine Angabe

Man soll sich aber nicht von 'nicht empfohlen' einschuechtern lassen,
es ist vielmehr so zu verstehen das der Hersteller kein bestimmtes
Verhalten fuer die jeweiligen Belichtungszeiten mehr garantieren kann
(Verunreinigung der Gelatine, Schwankungen beim Reifen usw.) trotzdem
ist das Verhalten von Filmen der gleichen Charge sehr aehnlich so das
man sich Belichtungs- und Filterwerte erarbeiten kann.

2. Sternenhimmel, oder die erde dreht sich doch !

...
wer hat ein paar standartwerte mit denen man den sternenhimmel
"streifenfrei" ablichten kann ? welche filmempfindlichkeit ?

Etwas Theorie zum Beginn: Die Erde dreht sich in 24 Stunden (genau
sinds 23h 56m 04,096s +/- 0,010 s) einmal um die eigene Achse,
dh. sie dreht sich um 360 Grad, was 2*Pi Radian entspricht.

Die Winkelaufloesung eines Objektivs betraegt z/f wobei z die
Strecke ist die auf dem Film aufgeloest wird und f die Brennweite
ist. Der Wert ist ebenfalls in Radian.

Jetzt kennen wir schon zwei Sachen, die Winkelgeschwindigkeit der
Erddreheung in Radian je Sekunde (2*pi/86400) und das Aufloesungs-
vermoegen in Radian, daraus koennen wir eine Formel basteln die
uns die maximale Belichtungszeit in Sekunden liefert. Die sieht
dann so aus;

             13750 * z
        t = -----------
                 f

t   Belichtungszeit in Sekunden
z   Aufloesung in mm
f   Brennweite in mm

Nun, welche Werte fuer die Aufloesung sind sinnvoll? Ein Bild er-
scheint uns im Grossen und Ganzen dann scharf wenn das Abbild der
Details kleiner oder gleich den Streukreisdurchmesser ist. Die
haengen hauptsaechlich vom Filmformat ab. Fuer Kleinbild nimmt
man meist 0,03 mm fuer Mittelformat 0,05 mm.

Gut machen wir mal ein Beispiel damits nicht ganz so trocken ist:
Die Brennweite sei 50 mm und das Filmformat Kleinbild, dh. fuer
z waehlen wir 0,03 mm.

13750 * 0,03
t = --------------
50

als Ergebnis erhalten wir 8,25 Sekunden. Fuer dein 400er Tele
kaeme man auf gerade mal 1 Sekunde Belichtungszeit. Natuerlich
sollte man das mit der errechneten Belichtungszeit nicht allzu
eng sehen, meist kann man auch mit zwei oder dreimal solangen
Belichtungszeiten noch gute Ergebnisse erzielen, aber das bringt
nur bei 'flaechigen' Objekten wie zB. Kometen etwas, bei Sternen
wird dann schon nicht mehr die selbe Stelle auf dem Film belichtet
und es bringt nichts mehr.

Der eine oder andere Hobbyastronom wird sich jetzt fragen ob man
bei Sternen die weit noerdlich stehen nicht etwas laenger belichten
duerfte da die ja einen kleineren Kreis beschreiben. Natuerlich
kann man, dazu bringen wir den Faktor cos(d) in den Nenner ein,
wobei d die Deklination ist.

13750 * z
t = ------------
f * cos(d)

Welche Objektive eignen sich am besten fuer nicht nachgefuehrte
Sternaufnahmen? Am besten greift man zu lichtstarken Festbrennweiten
vom Weitwinkel bis zum kurzen Tele, ich verwende hauptsaechlich
die drei folgenden Objektive, 2,0/35, 1,8/50 und ein 1,8/85
alle anderen (zB. 2,8/20 oder 2,8/200) eignen sich IMHO nicht so gut.

Nach meiner Erfahrung eignen sich die aufgefuehrten Filme sehr gut
fuer diese Art von Fotografie:

Dia : Kodak Elite 100 II und Ektachrome E100S
      Fuji Sensia 100 II, falls man sehr lichtstarke Objektive hat
      Kodak Ektachrome E200, bester 200er Film
      Kodak Elite 400 II, fuer alle Faelle
      Kodak Ektachrome 1600 X, wenn schoen finster ist

Negativ: Kodak Ektapress Multispeed II
         Fuji Superia 800, beide Filme lassen sich sehr gut vergroessern

S/W: Kodak T-Max 400 CN, besser als jeder normale 400er S/W kein Schwarz-
                         schildeffekt bis 2 Minuten!
     Kodak T-Max 3200p, schnellster Film aber kaum rotempfindlich

Ebenfalls sehr gut duerften die 400er Negativfilme von Fuji und Kodak
sein, ich hab aber damit keine Erfahrung, zumal der Multispeed II
und Superia ohneweiters bis 20x30cm vergroessert werden kann.

was ist mit dem mond, mit welchen werten sollte man den aufs negativ
bannen ?

Vollmond: Blende 11, Belichtungszeit 1/ASA
Halbmond: Blende 8, Belichtungszeit 1/ASA

zB. Film mit 100ASA und Vollmond Blende 11, 1/90s oder 1/125s
oder aequivalente Belichtungswerte zb. Blende 8, 1/180s oder 1/250s

Alle Klarheiten beseitigt?

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