Wie unten, so oben

Die Gesetze der Perspektive sind überall gleich und wirken sich im Weltraum nicht anders als auf der Erde aus. Dennoch werden Fotos aus dem Weltraum manchmal missverstanden.

Während man in der Antike und im Mittelalter noch glaubte, die Sterne, die Planeten und der Mond bewegten sich in anderen Sphären mit jeweils eigenen Gesetzen, gelang es Isaac Newton, alle für uns sichtbaren Bewegungen in einheitlicher Form zu beschreiben. Sein Gravitationsgesetz, nach dem sich zwei Körper mit einer Kraft anziehen, die gleich dem Produkt der Gravitationskonstante und der Massen beider Körper, geteilt durch das Quadrat ihrer Entfernung ist, bestimmt die Bewegung eines vom Baum fallenden Apfels auf der Erde ebenso wie die Bahnen der Himmelskörper, also etwa die Bahn der Planeten um die Sonne und die des Mondes um die Erde. Die Erde ist nur ein Himmelskörper unter vielen, die alle denselben Naturgesetzen gehorchen. Auch wenn es sich naturgemäß nicht beweisen lässt, können wir davon ausgehen, dass überall im Universum dieselben Regeln gelten – zumindest spricht bislang nichts dagegen.

Das gilt auch für die Gesetze der Perspektive, und daher sollte wir keine Schwierigkeiten haben, außerhalb der Erde aufgenommene Bilder richtig zu interpretieren – eigentlich. Wann immer aber die Raumfahrtorganisationen NASA oder ESA solche Bilder in den sozialen Medien veröffentlichen, meinen einige Kommentatoren Unstimmigkeiten zu entdecken. Das sind nicht in jedem Fall Mondlandungsleugner, Flacherdler und andere Spinner, obwohl diese dort zahlreich (oder mit mehreren Accounts, um zahlreicher zu erscheinen) trollen. Manche verstehen es wirklich nicht.

Beispielsweise liest man in den Kommentaren oft, die Erde müsse doch vom Mond aus größer als der Mond von hier aus erscheinen, da die Erde ja größer als der Mond sei. Zudem müsse die Erde in Aufnahmen vom Mond immer gleich groß erscheinen, aber hat die jüngst erfolgreich abgeschlossene Artemis-I-Mission zum Mond nicht sehr kleine Bilder der hinter dem Mond untergehenden Erde geliefert, während der berühmte, von den Apollo-8-Astronauten aufgenommene Erdaufgang eine im Vergleich viel größere Erde zeigt?

Diese Zweifler scheinen naiv davon auszugehen, dass die Bilder genau den Eindruck wiedergeben, der sich unseren Augen böte, wenn wir uns in einem Raumschiff in einer Mondumlaufbahn befänden. Aber das ist natürlich nicht der Fall. Die Fotos sind mit Kameras aufgenommen worden, die mit Objektiven einer bestimmten Brennweite Sensoren oder Filme mit einer bestimmten Größe belichten, und wie groß ein Motiv im Bild erscheint, hängt von beiden Faktoren ab. Das ist uns ja wohlbekannt: Je länger die Brennweite, desto größer wird das Motiv abgebildet, und wenn man einen kleineren Sensor verwendet, erscheint es ebenfalls größer. Ohne Kenntnis von Brennweite und Bildformat können wir aus der scheinbaren Größe der Erde also gar nichts schließen. Wir sollten daher auch nicht erwarten, dass ein Teleobjektiv in einem Raumschiff im gleichen Maßstab wie unsere Augen abbildet – Apollo-8-Astronaut William Anders hatte an der Hasselblad 500, die Rollfilm im 6×6-Format belichtete, ein leichtes Teleobjektiv mit 250 mm Brennweite verwendet, um den Erdaufgang festzuhalten. Die Kameras von Artemis I bildeten die Erde kleiner ab, weil es für den Weltraum umgerüstete Action-Cams mit Weitwinkelobjektiven waren.

Kürzlich postete die NASA Bilder einer schon einige Jahre zurückliegenden Mission. Die Raumsonde MESSENGER war 2004 zum sonnennächsten Planeten Merkur gestartet, den sie 2008 erreichte; 2011 schwenkte sie nach mehreren bremsenden Gravity-Assist-Manövern in einen Merkur-Orbit ein. Nach dem Ende der Mission wurde die Sonde 2015 gezielt zum Absturz gebracht. Am 6. Mai 2010 hatte MESSENGER eine seiner Kameras zurück zur Erde gerichtet, die zu diesem Zeitpunkt 183 Millionen Kilometer entfernt war, und dieses Bild aufgenommen:

Links unten sehen wir in diesem Schwarzweißbild die Erde, und nicht weit entfernt den Mond. Beide sind hier überstrahlt, weshalb ihre relative Größe nicht eindeutig abschätzbar ist, aber wenn man das Bild mit maßstabsgerechten Bildern von Erde und Mond vergleicht, kommt es so ungefähr hin:

„Aber“, melden sich die Zweifler erneut, „müsste der Mond nicht weiter von der Erde entfernt sein?“ Die Erde hat einen Durchmesser von gut 12.700 Kilometern, während der Mond im Durchschnitt so um die 380.000 Kilometer entfernt ist, abhängig von der Position auf seiner elliptischen Bahn. Im Bild scheint der Abstand aber kleiner als der Erddurchmesser zu sein – da stimmt doch etwas nicht?

Allerdings schauen wir ja nicht von oben auf das Erde-Mond-System, sondern von der Seite. Die Mondbahn ist nur um wenige Grad gegenüber den Bahnen von Erde und Merkur geneigt, und das heißt, dass sich Sonne, Merkur, Erde und Mond (und die Raumsonde MESSENGER) ganz grob in derselben Ebene bewegen. Von der Seite betrachtet scheint sich der Mond daher von einer weit entfernten Position links von der Erde nach rechts zu bewegen, wobei er vor der Erde vorbeizieht, schließlich seine größte Winkeldistanz auf der rechten Seite erreicht und dann wieder zurückkehrt; dabei verschwindet er einige Zeit hinter der Erde. Von MESSENGER oder Merkur aus zeigt sich der Mond also in ganz unterschiedlichen scheinbaren Entfernungen zur Erde und manchmal sogar davor oder dahinter, und so ist an der vermeintlich kleinen Distanz gar nichts Seltsames – es ist nur die Perspektive, die es so aussehen lässt. Und das ist eine Perspektive, wie wir sie von der Erde sehr gut kennen; wir könnten die Situation beispielsweise leicht mit einem Kürbis und einer Orange nachstellen.

Doch das genügt den Zweiflern noch nicht. Ist das Bild der Erde nicht erstaunlich groß, berücksichtigt man die Entfernung von 183 Millionen Kilometern? Das ist immerhin noch etwas mehr als die Entfernung zwischen Erde und Sonne. Damit wären wir wieder bei der naiven Annahme, eine Kamera zeigte genau das Bild, das wir mit eigenen Augen sehen würden. MESSENGER hatte für diese Aufnahme seine sogenannte Wide Angle Camera (WAC) genutzt – daneben gab es noch eine zweite Kamera mit einem Objektiv längerer Brennweite. Aber Wide Angle führt hier in die Irre, denn die WAC bildete einen Winkel von 10,5° ab – übrigens mit einem relativ simplen achromatischen Dreilinser. Eine Kleinbildkamera bräuchte dafür ein Objektiv mit 234 mm, das man gemeinhin als Teleobjektiv bezeichnen würde. Für die Kameras von Raumsonden gelten andere Vergleichsmaßstäbe, denn sie sollen feine Details auflösen und keine Übersichtsbilder aufnehmen; die Brennweiten ihrer Objektive sind daher generell länger als für fotografische Zwecke auf der Erde üblich. Die zweite Kamera besaß ein Spiegelobjektiv und bildete nur 1,5° ab – eine Kleinbildkamera würde dafür eine Brennweite von 1600 mm benötigen. Es gab also nur die Wahl zwischen zwei unterschiedlich langen Telebrennweiten, und selbst die vermeintliche Weitwinkelkamera WAC nahm ein vielfach größeres Bild der Erde auf, als es uns als Astronauten im Merkur-Orbit erschienen wäre, wenn wir ohne ein Fernrohr (oder durch den Sucher einer Kamera) unseren Heimatplaneten betrachtet hätten.