Was die NASA-Bilder von der Erde zeigen und wie sie gemacht wurden

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Am gestrigen Freitag hat die NASA die ersten Fotos des gesamten Erdballs veröffentlicht, welche aus der Orion-Kapsel der Mission Artemis 2 aufgenommen wurden. Seitdem wird über den Inhalt und die Technik der Aufnahmen in sozialen Netzwerken facettenreich diskutiert. Nicht nur Verschwörungsgläubige, auch Fotointeressierte staunen vor allem über das helle Bild, welches die NASA „Hello World“ genannt hat.

Darauf ist die Erde im Gegenlicht der Sonne zu sehen, und zwar gegenüber gewohnten Ansichten quasi auf dem Kopf stehend: Der Nordpol ist unten links, der Südpol oben rechts. Weil es mit sehr hoher Kameraempfindlichkeit und langer Belichtungszeit – zur Technik gleich mehr – aufgenommen wurde, erscheint die Erde taghell. Und das, obwohl das Bild die Nachtseite zeigt. Dadurch sind die Polarlichter deutlich zu sehen, ebenso wie die künstliche Beleuchtung von Großstädten und das Zodiakallicht, welches die Sonne erzeugt. Das Bild hat die NASA hier in voller Auflösung als JPEG samt EXIF-Daten veröffentlicht.

Ein Bild, zwei Belichtungseinstellungen

Die einzige Lichtquelle für die Erde ist in der Aufnahme das Mondlicht, welches zum Zeitpunkt des Bildes, am 3. April, noch kurz nach dem Vollmond vom 2. April, recht stark war. Auch auf der Südhalbkugel, welche „Hello, World“ überwiegend zeigt: Unten links ist Afrika, darunter die iberische Halbinsel, am rechten Rand des Fotos lassen sich noch Teile des westlichen Südamerika erkennen. Um zu verdeutlichen, dass es sich um eine gestaltete Aufnahme der Nachtseite der Erde handelt, hat die NASA auch noch dieselbe Perspektive mit anderen Kameraeinstellungen veröffentlicht. Metropolregionen an den Küsten Afrikas und Südamerikas erscheinen dort als helle Lichtpunkte.

Die sonst auf vielen Erdfotos aus dem All – auch dem berühmten „Blue Marble“ von Apollo 17 – fehlenden Sterne sind bei bei „Hello World“ deutlich sichtbar, sogar bestimmte Sternbilder sind erkennbar. Das erklärt sich durch die große Blendenöffnung von f/4.0, welche der Fotograf gewählt hat. Bei ihm handelt es sich um den Kommandanten der Mission Artemis 2, Reid Wiseman. Wie bei allen NASA-Astronauten gehörte auch für ihn der richtige Umgang mit den an Bord befindlichen Kameras zur Ausbildung, wie er unter anderem in einem Facebook-Post mit einem Video zeigte.

Nikon D5 wegen enormem Kontrastumfang

Die Kamera, mit welcher die Bilder gemacht wurden, ist ein bewährter Profiklotz: Die digitale Vollformat-Spiegelreflex Nikon D5. Sie kam vor fast genau zehn Jahren auf den Markt und hat für heutige Verhältnisse eine geringe Auflösung von 20,8 Megapixeln. Aber: Ihre Empfindlichkeit (ISO) lässt sich auf bis zu 3.280.000 boosten, auch bei weniger Empfindlichkeit zeichnet sie sich durch einen sehr hohen Kontrastumfang aus – genau das, was man für Astrofotografie braucht. Auch Reid Wiseman lobte in seinem Video die Eigenschaften der Kamera bei geringem Licht. „Hello World“ wurde mit ISO 51.200 aufgenommen, einem Wert, bei dem auch modernste Kameras sonst keine so klaren Bilder liefern. Ob das veröffentlichte Bild, das aus Adobes Lightroom Classic 15.2.1 stammt, stark entrauscht wurde, lässt sich nicht sicher feststellen. ISO 51.200 zeigte auch in unserem Test der Nikon D5 noch annehmbare Bilder mit sichtbarem, aber nicht stark störendem Rauschen.

Eine andere Eigenschaft lässt sich durch Augenschein aber schon feststellen, nämlich, dass das Bild wohl nicht aus mehreren Aufnahmen (compositing) zusammengesetzt oder entzerrt wurde. Ersteres scheidet sehr wahrscheinlich aus, weil das Rauschen natürlich wie von einem Sensor bei hohen ISO-Werten wirkt. Für eine nicht vorgenommene Entzerrung spricht die Brennweite von 22 Millimetern. Das liegt am langen Ende des Nikkor 14–24 mm 1:2,8G ED, das laut den EXIF-Daten verwendet wurde. Dabei treten, anders als bei extremem Weitwinkel, keine besonders starken Verzerrungen auf. An Bord sollen sich pro Kamera zwei Optiken befinden.

Kaum Bewegungsunschärfe möglich

Bliebe noch die Frage nach der Bewegungsunschärfe, die nach Meinung mancher Kommentatoren bei einer Viertelsekunde Belichtungszeit unzweifelhaft auftreten müsse. Das trifft jedoch nicht zu, da sich, perspektivisch gesehen, die Orion-Kapsel fast linear von der Erde weg bewegt – auch wenn die Bahn zweidimensional dargestellt einen Bogen darstellt. Zudem dreht sich die Erde nicht so schnell, dass bei ihrer Darstellung als ganzes 1/4s schon große Unschärfen hervorrufen würde. Bei einem teilweisen Ausschnitt des Nachthimmels, von der Erde ausgesehen, kommen neben der Erdrotation noch die Bewegungen der Sterne und Planeten hinzu, was mehr Unschärfen erzeugt.

An Bord der Artemis 2 befindet sich neben zwei Nikon D5 auch ein Exemplar des aktuellen, spiegellosen Nikon-Flaggschiffs Z9. Wie bereits berichtet, arbeitet die NASA schon länger daran, diese Kamera zur „Handheld Universal Lunar Camera“ (HULC) umzubauen. Unter anderem mit einer Heizdecke und einem vereinfachten Menü. Reid Wiseman zufolge handelt es sich auch bei der Z9 zwar auch um ein „tolles Gerät“, sie ist jetzt aber vorwiegend an Bord, um sich Strahlungstests zu unterziehen. Neben den drei Systemkameras haben die Astronauten auch ihre privaten iPhones zum Fotografieren dabei.

(nie)