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In diesem Abschnitt wird näher auf den Aufbau und Arbeitsweise des Filmes eingegangen.










Aufbau eines Films

Jeder Film besteht aus einer lichtempfindlichen Schicht (Emulsion) und einem Trägermaterial. Dies lichtempfindliche Schicht besteht meist aus Silber, welche durch das einfallende Licht zu Silberhalogenid wird. Das Silberhalogenid ist eine Verbindungen aus Silber und den Halogenen Brom oder Chlor. Dabei gilt je größer die Halogenidkristalle sind, desto höher ist die Filmempfindlichkeit. Dies wirkt sich auf das Auflösungsvermögen des Filmes aus. Um die Halogenide mit dem Schichtträger (siehe Bild) zu binden, mischt man diese mit Gelatine. Seltsamerweise wirkt sich die Gelatine auch noch unterstützend auf die Belichtung bzw. Entwicklung des Filmes aus. Dies ist auch der Grund, warum ein Film nicht für die Ewigkeit ist (natürlich der Unentwickelte), den durch unsere "gute Luft" mit Ihren Bakterien, wird die Gelatine im wahrsten Sinne des Wortes aufgefressen. Zudem besitzt der Film noch eine Lichthofschutzschicht (Lackschicht), welcher die unerwünschte Lichtreflexionen verhindert. Der Schichtträger würde ansonsten das Licht reflektieren, dass es sich deutlich als Hof, das ist ein Lichtsaum, um helle Punkte in dunkler Umgebung bemerkbar macht.
Aber es sind auch einige "silberlose" chromogene Filme auf dem Markt z.B. ILFORD XP1 400, dieser setzt sich aus verschiedenen Emulsionsschichten unterschiedlicher Empfindlichkeit zusammen.

Nachfolgend ist der Aufbau eines Schwarzweißfilm dargestellt.

 



Der Schwarzschildeffekt

Bei Langzeitbelichtungen tritt der Schwarzschildeffekt auf, d.h. wenn das Ergebnis aus Lichtmenge x Zeit immer gleich groß ist, erreicht man eine gleichmäßige Filmschwärzung. Zu beachten ist, dass dies schon bei Belichtungszeiten von ca. 1 - 2 Sekunde, der Film nicht mehr gleichmäßig zur Belichtungszeit geschwärzt wird, sondern schwächer => der Schwarzschildeffekt verringert die Filmempfindlichkeit => bei üblicher Belichtung eine Unterbelichtung; das Bild erscheint zu dunkel. Glücklicherweise liefern die Filmhersteller zu ihren Filmen Datenblätter mit genauen Werten über das Schwarzschildverhalten.
Auch bei Farbfilm trifft man auf diesen Effekt, hier entsteht zur Unterbelichtung noch ein gelb bis grüngelber Farbstich, welchen man aber herausfiltern kann. Den jeweilig erforderlichen Filter entnimmt man wieder dem Datenblatt.

Ein paar Filme

Film Empfindlichkeit
(ASA/DIN)
Auflösungsvermögen
(Lines/mm)
Schwarzschildexponent
(p)
SW Agfa Pan 400 400/27° 110 0,70
SW Maco Ortho 25 25/15° 350 0,85
SW ILFORD XP1 400 50/18° bis 1600/33° ??? 0,70
SW ILFORD HP 5 400/27° ??? 0,73
SW Kodak T-Max 400 400/27° 80/125 0,89
SW Kodak TP 2415 100/21° 125/320 0,75
FA Fuji RH 400 400/27° 40/125 0,72
FA Fuij P 1600 800/30° bis 3200/36° ??? ???
FA Kodak Ekta 400 400/27° 40/80 0,71
FA Kodak Ekta 800/1600 800/30° bis 1600/33° 40/60 0,73
FA 3M 1000 1000/31° ??? 0,82
FA Agfa 1000RS 1000/31° ??? 0,70


Bestimmung des Schwarzschildexponenten

Für normale (kurzzeit) Photographien stellt man eine Proportionalität zwischen der einfallenden Lichtmenge und der Filmschwärzung fest (siehe oben). Überträgt man diese allerdings auf die Langzeitaufnahmen, so sind die Bilder deutlich unterbelichtet. Aus diesem Verhalten hat Karl Schwarzschild den Zusammenhang zwischen der theoretischen und der effektiven Belichtungszeit entdeckt: ttheo = teff Nun zum eigentlichen Problem, der so genannte Schwarzschildexponent p ist von Film zu Film verschieden. Daher muss er für jeden Film einzeln durch folgende Formel bestimmt werden:

p=log ttheo / log teff


Die beiden Werte ttheo und teff kann man aus dem Datenblatt entnehmen. Anderenfalls muss man p experimentell bestimmen, was sehr aufwendig ist.
Für eine experimentelle Bestimmung ist es notwendig, dass man eine Serie von Aufnahme eines Himmelsausschnitts erstellt, dabei muss die Belichtungszeit bei jeder Aufnahme gesteigert werden. Nun muss via der Photometrie (Helligkeitsmessung) die einzelnen Aufnahmen auswerten. Als Beispiel (alles theoretische Annahmen) haben wir hier 4 Aufnahmen bei der jeweils die Belichtungszeit verdoppelt wurde.

Belichtungszeit (min.)              (t) 1 2 4 8 . . .
Grenzgröße                            (m) 9,00 9,60 10.24 10.85 . . .
Sternintensität (lux)                (I) 54,2 34,5 18,4 10,3 . . .


Die Beleuchtungsintensität der Bilder 1 und 4 unterscheiden sich um den Faktor 9,925 (I
1/ I4). Bei Bild 4 ist die Belichtungszeit um den Faktor 8 größer als bei Bild 1. Stellt man diese Größen ins Verhältnis so ergibt sich:

I1 * t1 = I2 * t2
         
I1/I2 = 10-0,4 (m1 - m2)

Auflösung der beiden Formel nach Dm:

D
m = m
2 - m1 = 2,5 * p * lg (t2/t1)

Die Auflösung nach p ergibt:


p = 0,4 * (m
2 - m1 / lg (t2/t1))

0,4 * (10,85 - 9,00) / lg (8/1) = 0,819


Aus der Steigung der Funktion m (lg(t)) wird der Schwarzschildexponent p ermittelt. Durch einsetzen der Zahlenwerte und auflösen nach p, ergibt sich einem Schwarzschildexponent von 0,819.

Absolute Filmempfindlichkeit

Die angegebene Filmempfindlichkeit, kann in der Astrophotographie nur als Anhaltspunkt dienen, da sie von 2 Faktoren abhängt:
  1. Vom verwendeten Entwickler, da Entwickler mit Phenidone (z. B. Microphen) die Empfindlichkeit erhöhen, im Gegensatz zu Feinkornentwicklern (z. B. Technidol) die die Empfindlichkeit verringern.

  2. Zum anderen spielt der Schwarzschildeffekt eine große Rolle. So kann ein 200/23° empfindlicher sein, als ein 400/27° bei gleicher Belichtungszeit, wenn der Schwarzschildexponenten beim 400/27°er Film schlechter ist als beim 200/23°er Film.
    (siehe Kapitel "Der Schwarzschildeffekt" oben).


Spektrale Filmempfindlichkeit

Früher hatte es nur so genannte unsensibilisierte (bestehende aus reiner Silberhalogeniden-Schicht) Filme gegeben, die bis ca. 500 nm rein blauempfindlich waren. Um Filme für andere Wellenlängen herzustellen, hat man der lichtempfindlichen Schicht Farbstoffe ("sensibilisierten") beigemischt, damit erreichte man eine Veränderung der spektralen Empfindlichkeit. 
Filme bis 600 nm verhalten sich orthochromatisch  und sind blau/grünempfindlich.
Filme bis 650 nm verhalten sich panchromatisch und sind blau/grün/rotempfindlich
Filme bis 900 nm sind infrarotempfindlich..

Der Kodak TP-2415 z.B. reicht bis 700nm. Somit ist dieser Film, besonders in hypersensibilisierten Form, zum photographieren von HII-Regionen geeignet. Bei Farbfilmen verhält es sich ähnlich wie bei den Schwarzweißfilmen. Farbemulsionen sind prinzipiell aus drei verschiedenen Farbschichten aufgebaut und jede dieser Farbschichten besitzt ihre eigene Spektrale Empfindlichkeitskurve. Alle hier aufgelisteten Werte wurden aus den Datenblättern entnommen z.B. Kodak-Film T-MAX-Filme.


Gashypersensibilisierung

Bei der Gashypersensibilisierung werden die in der Filmschicht enthaltenen Wassermoleküle durch Wasserstoffmoleküle ersetzt. Diese wiederum sind durch die einfallenden Photonen erheblich leichter anregbar, wodurch letztendlich bei langen Belichtungszeiten die Emulsion schneller geschwärzt wird
Die Anpassung des Schwarzschildexponenten photographischer Emulsionen durch Hypersensibilisierung ist ein gängiges Verfahren in der Astrophotographie. Dies geschieht mit Wasserstoffgas, Wärme und höherem Druck. Dem Filmmaterial wird in einem Druckbehälter der Luftsauerstoff und die Restfeuchtigkeit entzogen. Bei dem Gas handelt es sich um Formiergas 92% N2, 8% H2. Die Behandlung des Films in Formiergas findet bei 50-60 C° statt. Die Einwirkdauer auf den Film, liegt je nach Film und Druck zwischen einigen Stunden und mehreren Tagen.

Nachfolgend eine Tabelle mit erprobten Parametern:
© B. Koch

Film Hyperzeit Druck Temperatur Gas
TP 2415 2 Tage 0,7 30 C° 100% H2
TP 2415 7-8 Tage 1,5 30 C° 8% H2
TP 2415 24 Std. 1,4 60 C° 15% H2
TP 2415 24Std. 2,5 60 C° 10% H2
Ektarchrome 400 2-3 Tage 1,0 30 C° 20% H2
Ektarchrome 200 6 Std. 1,2 60 C° 8% H2
Ektarchrome 1000 2,5 Std. 1,3 60 C° 8% H2


Ein paar Daten von Freunden bzw. aus verschieden Zeitschriften.

Film Hyperzeit Druck Temperatur Gas
Maco Ortho 25 14 Std. 1,5-2,0 55 C° 10% H2
Agfapan 400 7 Std. 1,2 60 C° 10% H2
TP 2415 24 Std. 0,1 60 C° 10% H2


Achtung ! Formiergas ist nicht gleich Formiergas. D.h. Formiergas von der Firma Messer Griesheim  besteht aus 92% N2 und 8% H2 das Formiergas von Linde besteht aber aus 90% N2 und 10% H2. Es ist also für jeden Amateur mit eigener Hyperanlage unumgänglich, eine eigene Testreihe anzufertigen.







Filme für die Astrophotographie

Filme mit denen wir gute Erfahrungen gemacht haben.

Kodak Technical Pan Film TP-2415
Dieser panchromatische SW-Film besitzt eine sehr hohe Rotempfindlichkeit und ist heute der quasi Standart-Schwarzweißfilm in der Amateurastrophotographie. Aufgrund seines feinen Korns und seiner hervorragenden Auflösung von 320 Linien/mm, ist er der Film für die Sonne, Mond und Planeten. In unbehandeltem Zustand hat der Film einen Schwarzschildexponenten von p=0,75 und kann durch Hypersensibilisierung fast auf ca. p=0,9 gebracht werden.

Kodak T-MAX 400 (TMY):  (Keine hypersensibilisieren möglich, da das Korn größer wird)
Der T-MAX 400 bietet eine Empfindlichkeit von 400 ASA und eine Auflösung von 125 Linien/mm. Der Schwarzschildexponent liegt bei p=0,89. Ein wie wir finden sehr guter Film.

Kodak T-MAX 3200 (TMZ):  (Keine hypersensibilisieren möglich, da das Korn größer wird)
Der T-MAX 3200 besitzt eine Empfindlichkeit von 3200 ASA , dafür geht seine spektrale Empfindlichkeit reicht nur bis 635nm. Sollte man nur für lichtschwache Instrumente einsetzen.

Maco Ortho 25 (vormals von Agfa produziert)
Ein orthochromatischer Schwarzweißnegativfilm mit einer Empfindlichkeit von 25 ASA. Der Maco Ortho besitzt ein Auflösungvermögen von 350 Linien/mm.
Eignung: So wie TP2415.

Agfapan 400
Der Agfapan 400 ist ein panchromatischer Schwarzweißnegativfilm. Die spektrale Empfindlichkeit recht bis 660 nm.

Kodak Ektar Reihe
Die Kodak Ektar Reihe gibt es in den Ausführungen 25, bis 1000. Alle Filme sind in hypersensibisierbar. Der Ektar 25 ein idealer Film für die Nebelphotographie.
Der Ektar 1000 zeichnet sich durch seine extreme Blauempfindlichkeit aus und ist deshalb ein guter Film für die Sternhaufen.

 

Weitere Filme folgen in nächster Zeit,......................