Oft noch wichtiger als das Ausleserauschen und das Rauschen im Dunkelstrom ist aber das "Quantenrauschen" des Lichts unserer Deep-Sky Objekte.
Nehmen wir mal kurz an wir hätten die perfekte Astro-Kamera: KEIN Ausleserauschen, kein Dunkelstrom, jedes ankommende Photon wird registriert (100% Effizienz). Meinetwegen können wir das Seeing auch noch wegnehmen (wir sind im Weltraum).
Wäre dann jedes Einzelbild genauso gut wie das Summenbild eines Stacks?
Nein! Denn das Licht fällt in der Form einzelner Lichtquanten (Photonen) auf die Pixel unseres perfekten Sensors, und die Photonen machen uns nicht den Gefallen in absolut regelmäßigen Zeitabständen bei uns anzukommen, sondern in zufälligen Abständen.
Nehmen wir an eine Lichtquelle ist so stark dass in einer Stunde (um eine Zahl zu nennen) im Durchschnitt 1 Mio Lichtquanten auf einen Pixel, der die Quelle abbildet, fallen. Pro Sekunde macht das im Durchschnitt dann 277,77... Photonen.
Wenn man jetzt in unserem Gedankenexperiment einmal zählt, wie viele Photonen in der 1. Sekunde, der 2. Sekunden etc eingetrudelt sind (entspricht Einzelaufnahmen mit 1 Sekunde Belichtung) wird man vielleicht erwarten, dass man jedesmal entweder 277 oder 278 Photonen zählt....was aber falsch ist.
Stattdessen wird man feststellen, dass die Photonenanzahl in jedem 1.Sek Intervall um durchschnittlich etwa 16 bis 17 Photonen vom erwarteten Durchschnittswert abweicht (mal nach oben, mal nach unten).
Die Überlegung trifft natürlich auch innerhalb des gleichen Zeitintervalls für verschiedene Pixel des Sensors zu: Feine Unterschiede in der eigentlich zu erwartenden Photonenanzahl gehen in der Schwankung der tatsächlich empfangenen Photonen unter ==> Details Verschwimmen im Rauschen.
Die Wahrscheinlichkeitsverteilung des Photonenflusses ist gerade so, dass die durchschnittliche Abweichung vom zu erwartenden Mittelwert N gerade ungefähr die Quadratwurzel aus N ist.
Also bei einem "Signal" von 277 Photonen beträgt die durchschnittliche Abweichung sqrt(277.7) =~16.7 Photonen.
Wie sieht es aus, wenn man jetzt die Einzelaufnahmen (1.sec) aufaddiert? Natürlich erwartet man dann den Ausgangswert von 1 Mio Photonen, aber natürlich gilt auch hier die Quanten-bedingte Unsicherheit von sqrt(1.000.000) = 1000 Photonen.
Upps, das ist ja viel mehr als die 16 Photonen aus der Einzelaufnahme? OK, aber was zählt ist das Verhältnis von Signal zu dem Rauschen: Beim Einzelbild
277/16 =~ 16
beim Summenbild
1e6/1000 = 1000
==> weniger Rauschen, feine Helligkeitsunterschiede verschiedener Bildpunkte sind besser erkennbar.
(Nicht auf meinem Mist gewachsen, siehe z.B. Kapitel 2 aus "Handbook of Astronomical Image Processing" R. Berry und J. Burnell).
CS
Heinz
