Star Trails aus dem All

Manche wundern sich ja, dass von der Internationalen Raumstation ISS aus aufgenommene Fotos selten Sterne zeigen. Aber es gibt auch Bilder des Sternenhimmels – wie eines, das der ESA-Astronaut Thomas Pesquet am Sonntag auf Twitter gepostet hat: Star Trails aus dem All.

Wenn die Astronauten auf der ISS fotografieren, meist in der Aussichtsplattform „Cupola“, deren Fenster den besten Überblick bieten, tun sie das normalerweise bei Tageslicht. Die Sonne beleuchtet dann sowohl die Erde als auch die von der Cupola aus sichtbaren Teile der Station. Bei den kurzen Verschlusszeiten solcher Tageslichtaufnahmen sind dann aber keine Sterne zu sehen, deren Licht dazu viel zu schwach ist – der Himmel erscheint schwarz. Für Aufnahmen des Sternenhimmels wartet man besser die Nacht ab und setzt dann entweder die Belichtungszeit, den ISO-Wert oder beides herauf. Solche Fotos gibt es ebenfalls, nur sind sie seltener – die ISS ist schließlich nicht für die Zwecke der Astronomie entwickelt worden, wie das Hubble Space Telescope und künftig das James Webb Telescope. Astrofotografen fotografieren nicht durch dicke Fensterscheiben, wenn es sich vermeiden lässt.

Wenn hier von Tag und Nacht die Rede ist, muss man bedenken, dass ein „Tag“ auf der ISS nur rund 90 Minuten dauert – die Zeit, in der die Raumstation eine Umkreisung der Erde vollführt. Während der Hälfte dieser Zeit fliegt die ISS im Schatten der Erde und damit ist dort Nacht. Der französische ESA-Astronaut Thomas Pesquet wollte mit der hier gezeigten Nachtaufnahme gerade die Geschwindigkeit illustrieren, mit der sich die Station bewegt: Sie überfliegt die Erdoberfläche mit 28.800 Kilometern pro Stunde. Während der 30-sekündigen Belichtungszeit hat sie sich also relativ zur Erdoberfläche um 240 Kilometer bewegt.

Vergleicht man nun aber die Leuchtspuren der irdischen Städte mit denen der Sterne, so fällt auf, dass sie ganz unterschiedlich ausgerichtet sind: Die Spuren der irdischen Lichter folgen der Kontur der Erde (kreisen also um den Erdmittelpunkt), während sich die Sterne um einen Punkt in der unteren Bildmitte zu drehen scheinen. Wie kommt dieser Effekt zustande? War hier vielleicht doch eine Montage oder CGI im Spiel, wie manche Verschwörungstheoretiker stets argwöhnen, wenn die NASA oder in diesem Fall die ESA Fotos aus dem All publizieren?

Die beiden Arten von Strichspuren haben tatsächlich unterschiedliche Ursachen, obwohl sie in einer einzigen Aufnahme sichtbar werden. Die ISS bewegt sich auf ihrer Umlaufbahn um die Erde, und die scheinbare Bewegung der Lichter der Städte geht eben darauf zurück, dass sich die Station über Grund bewegt – 240 Kilometer während einer 30-sekündigen Belichtung, wie oben erwähnt. Die Sterne sind nun aber viele Lichtjahre von der ISS entfernt, nicht nur rund 400 Kilometer wie die Erde, und für die Abbildung des Sternenhimmels machen selbst 240 Kilometer keinen Unterschied. Dieser Effekt ist uns durchaus vertraut: Wenn man nachts aus dem Seitenfenster eines fahrenden Autos oder Zugs schaut, scheinen die Bäume am Straßenrand vorbei zu huschen. Der Mond dagegen steht an immer derselben Stelle des Abendhimmels, so als ob er sich mit gleicher Geschwindigkeit auf einem Parallelkurs mit dem eigenen Fahrzeug bewegen würde. Und dabei ist der Mond nur rund 383.000 Kilometer entfernt, nicht Lichtjahre wie die Sterne.

Von der ISS aus erscheinen die Sterne also aus der immer gleichen Perspektive. Ihre Strichspuren entstehen aus einem anderen Grund: weil sich die Station dreht. Wie der Mond kehrt die ISS der Erde immer dieselbe Seite zu, was nichts anderes bedeutet als dass sie sich während jedes Orbits einmal um ihre Achse dreht. Die Verlängerung dieser Drehachse zeigt auf den Punkt am Himmel, um den sich die Sterne zu drehen scheinen, wenn man sich an den Star Trails orientiert. Bei Astrofotos von der Erdoberfläche ist die Drehachse die der Erde selbst, und diese ist annähernd auf Polaris ausgerichtet (im Laufe der Jahrtausende bewegt sich diese Drehachse und zeigt dann auf andere Sterne; daher war Polaris nicht immer der Polarstern und wird seine Aufgabe in Zukunft an andere Sterne abgeben). Die Drehachse der Raumstation ist dagegen durch ihre Umlaufbahn gegeben und daher anders ausgerichtet – von der ISS aus gesehen drehen sich die Sterne nicht um den Polarstern.