Die Farben des Mondes
Weshalb der Mond Farben hat die wir nicht sehen können, und warum ich über 1000 Fotos schießen musste, um sie sichtbar zu machen
Die verborgene Farbenpracht
Welche Farben hat der Mond? Die Frage mag trivial erscheinen. Wenn wir ihn bei Nacht hoch am Himmel betrachten, erscheint er uns in verschiedenen Grautönen. Von hellen, fast weiß erscheindenen Bereichen, bis hin zu seinen charakteristischen dunkelgrauen Flecken, die seine von Einschlagskratern gezeichnete Oberfläche besprenkeln wie riesige Pinseltupfer. Doch von Farben kann hier nicht wirklich die Rede sein. Oder etwa doch?
Was wenn ich euch sage, dass der Schein trügt. Oder genau genommen, trügt uns die Eingeschränktheit unserer Sinne. Denn Unterschiede in der mineralogischen und chemischen Zusammensetzung seiner Oberfläche führen tatsächlich zu charakteristischen Farbnuancen. Diese sind allerdings so schwach, dass wir sie mit unseren Augen nicht wahrnehmen können.
Mit moderner Kameratechnik und Bildbearbeitung - und sehr viel Ausdauer und Speicherplatz - lassen sich diese Unterschiede jedoch sichtbar machen! Und das faszinierende ist, dass sie uns noch dazu eine Geschichte erzählen, die bis an die Anfänge seiner Existenz und die Geburt unserer Erde zurückreicht.
Hier erfahrt ihr, wie es möglich ist, mit einer ganz normalen Kamera die verborgenen Farben des Mondes sichtbar zu machen, und was genau sie zu bedeuten haben
Das Unsichtbare einfangen
Um die subtilen Farben zum Vorschein zu bringen, benötigen wir zunächhst ein Foto des Mondes, das die Farbinformationen in so unverfälschter Form enthält, dass wir diese im nächsten Schritt so weit verstärken können, bis sie für unsere Augen deutlich sichtbar werden. Doch hier stoßen wir auf ein großes Hinderniss. Denn mit einem regulären Foto ist das so überhaupt nicht möglich. Hier würde ein derart gravierender Eingriff in die Farbsättigung auch das natürliche Rauschen im Bild erheblich verstärken. Die tatsächliche Farbinformation wäre unter einem Teppich zufälliger Signale begraben. Es muss also zunächst gelingen die echten Farben vom zufälligen Farbrauschen so gut es geht zu trennen, oder anders ausgedrückt - wir müssen das Signal/Rausch Verhältnis vergrößern.
Und um das zu bewerkstelligen machen wir uns eine Technik zu Nutze, die in der Astrofotografie zu genau diesem Zweck bereits seit langem Anwendung findet - vor allem in der Fotografie von Deep-Sky Objekten wie fernen Galaxien, Nebeln oder Sternhaufen. Die Rede ist vom sogenannten Stacking.
Was ist Stacking? Ganz einfach: Da die feinen Details und Farbunterschiede in einer einzelnen Aufnahme zu sehr von Bildrauschen überlagert werden, schießt man nicht nur eine, sondern zahlreiche Aufnahmen derselben Szene - etwa 30, 50 oder sogar mehrere hunderte bis tausende fast deckungsgleiche Bilder mit den identischen Kameraeinstellungen (und das alles selbstverstädnlich im verlustfreien RAW-Format, nicht im komprimierten JPEG!). Im Anschluss nutzt man eine spezialisierte Software um die Bildinformationen aller Fotos miteinander zu verrechnen. Denn der Clue ist; Das echte Signal wiederholt sich, das Rauschen verändert sich. Eine tatsächlich vorhandene leichte rötliche Färbung etwa befindet sich immer an derselben Stelle. Das Farbrauschen ist dagegen weitgehend zufällig: Ein Pixel kann auf Bild 1 etwas zu rot, auf Bild 2 etwas zu grün und auf Bild 3 etwas zu blau erscheinen.
Beim Stacking werden dafür zunächst alle Bilder von der Software exakt übereinander ausgerichtet, sodass dieselben Strukturen aufeinanderliegen. Dann werden für jede Position die Pixelwerte der vielen Aufnahmen durch statistische Verfahren miteinander verrechnet. Das echte Signal addiert sich dadurch zuverlässig, weil es auf allen Bildern vorhanden ist. Zufälliges Rauschen hingegen mittelt sich zunehmend heraus, weil seine Abweichungen mal in die eine, mal in die andere Richtung gehen.
Doch es gibt noch eine weitere Hürde. Umso mehr qualitativ gute Einzelaufnahmen für das Stacking zur Verfügung stehen, desto besser wird meist das Endergebnis. Doch das ist in diesem Fall gar nicht einmal so trivial. Denn man könnte meinen, dass in einer klaren Nacht unter optimalen Bedingungen und mit den perfekten Kameraeinstellungen eigentlich alle Bilder mehr oder weniger die gleich hohe Qualität aufweisen müssten. Doch ferne Objekte wie der Mond stellen uns hier vor ein Problem, das uns bei näheren irdischen Motiven deutlich seltener begegnet - die Unschärfe durch atmosphärische Turbulenzen. Immerhin fotografiert man durch riesige Massen an Luft hindurch, die sich hier und da mehr oder weniger in Bewegung befindet. Selbst bei optimalen Bedingungen kann es daher sein, dass einige der Fotos deutlich Unschärfer sind als andere.
Als unverbesserlicher Perfektionist wollte ich daher auf Nummer Sicher gehen. Nach mehreren Testdurchäufen in den Nächten zuvor um die besten Kameraeinstellungen auszuloten, schoss ich in einer klaren Nacht von meinem Balkon in Berlin aus mehr als 1200 Fotos des Vollmondes mit 600mm Brennweite.
Für den eigentlichen Stacking-Prozess verwendete ich die sehr leistungsstarke kostenfreie Astrofotografie-Software Siril. Dort lassen sich die importierten Bilder vor dem Stacking automatisch nach Qualität analysieren und ordnen. Im Anschluss kann man so selbst entscheiden, ob man nur eine bestimmte Auswahl der qualitativ besten Fotos in den Prozess einbindet. Da ich eine so große Zahl an Fotos geschossen habe konnte ich mir hier erlauben besonders streng zu sein und nur die besten 14 Prozent - also 181 der insgesamt 1284 Fotos - in der Stacking-Prozess einzuschließen.
Gestackes Bild
Einzelfoto
Um den Effekt des Stacking besonders gut sichtbar zu machen, habe ich für dieses Beispiel sowohl bei einem der Einzelfotos (links) als auch bei dem fertig gestacked Bild (rechts) die Parameter Belichtung, Schwarzwert und Sättigung bis ins Extreme angehoben. Dabei bin ich bei beiden Bildern identisch vorgegangen. Gut zu erkennen ist, wie dunkle, einfarbige Bereiche, wie der schwarze Himmel, im Einzelbild von einem regelrechten Teppich des Farbrauschens bedeckt sind, welches in der gestackten Datei, abgesehen von einem leichten einfach zu korrigierenden Farbstich, fast vollständig behoben wurde.
Auch an den Kontrasträndern am Rand des Mondes zeigt sich im Einzelfoto ein regelrechtes Eldorado an Farbfehlern.
Das Unsichtbare sichtbar machen
Wir haben nun durch das Stacking das tatsächliche Signal (die echten Farben) vom zufällig auftretenden Rauschen weitgehend getrennt. Jetzt können wir im nächsten Schritt dieses “Signal” hervorholen ohne vom Rauschen übermannt zu werden. Dafür gibt es verschiedene Möglichkeiten. Ich orientierte mich am Vorgehen des Astrofotografen Tim Ciasto, der den Prozess in einem wunderbaren Video auf seinem YouTube-Kanal Cosmic Capture ausführlich erklärt.
Statt die Sättigung des Bildes in einem einzigen, sehr starken Bearbeitungsschritt zu erhöhen, erfolgt die Verstärkung schrittweise. Dazu wird die jeweils bearbeitete Ebene dupliziert und erneut mit dem Camera-Raw-Filter angepasst. Dort werden vor allem Sättigung und Farbkontraste verstärkt. Anschließend dient das Ergebnis wiederum als Ausgangspunkt für den nächsten Bearbeitungsschritt. Auf diese Weise werden die zunächst kaum sichtbaren Farbnuancen mit jedem Durchgang deutlicher herausgearbeitet.
Wichtig ist dabei: Die Farben werden nicht künstlich in das Bild eingefügt. Vielmehr werden bereits im Ausgangsmaterial vorhandene, aber für unsere Augen nur schwer erkennbare Unterschiede in den Farbwerten verstärkt. So treten schließlich charakteristische Blau-, Braun- und Rottöne hervor …
Genau das sind sie; die Farben des Mondes
Bleibt die Frage: Was genau sehen wir hier denn eigentlich, was haben diese rätselhaften Farben zu bedeuten?
Zeit für einen kleinen Exkurs in die Entstehungsgeschichte unseres Himmelsbegleiters ...
Eine kurze Geschichte des Mondes
Es waren einmal vor langer langer Zeit zwei in der Entstehung befindliche Planeten in der Frühphase unseres Sonnensystems, die sich ein wenig zu Nah gekommen sind. Und wumm!!! Es kommt zur Kollision. Einer der Himmelskörper wird fast vollständig zerstört, der andere bleibt erhalten. Zum Glück!
Denn aus ihm wurde unsere Erde. Doch die gewaltige Kollision blieb nicht ohne Folgen. Gewaltige Mengen an Material haben sich von unserer jungen Erde gelöst. In der Erdumlaufbahn vereinigten sie sich über Gravitationskräfte mit weiteren Überbleibseln des explosiven Rendezvous - daraus entstand unser Mond.
Der Mond besteht also geologisch sowohl aus Gestein unserer Erde wie auch aus Gestein jenen anderen Himmelskörpers (der Theia genannt wird). Doch das ist im Zusammenhang mit den Farben gar nicht das entscheidende: Sehr viel wichtiger ist, dass die Geburt des Mondes mit einer großen Menge Hitze verbunden war.
Die ziemlich gewaltsame Geburt unseres Himmelsnachbarn und die enormen Temperaturen die damit verbunden waren, haben dazu geführt, dass sich unter seiner gesamten Oberfläche zunächst ein regelrechter Ozean aus Magma gebildet hatte. Im Laufe der Jahrmillionen kühlte er stetig ab. Im Magma kristallisierten Minerale hoher Dichte und sanken nach unten, während Material mit geringer Dichte nach oben stieg und eine Kruste bildete. Doch unterhalb dieser Kruste, ging es noch über viele Jahrmillionen sehr heiß zur Sache. Der Mond war daher über eine lange Zeit vulkanisch sehr Aktiv!
Foto eines ehemaligen lunaren Vulkans, aufgenommen von der Lunar Reconnaissance Orbiter Camera
(Bildrechte:NASA/GSFC/Arizona State University (LROC))
Nun kommen wir zu einem entscheidenden Aspekt unserer Geschichte. Auch nach seiner Entstehung blieb unser Erdtrabant nicht unbehelligt. Über Jahrmilliarden fing er sich einen Asteroideneinschlag nach dem anderen ein. Manche kleiner, manche größer - und manche sogar so groß, dass sie gigantische Einschlagskrater hinterließen. Innerhalb dieser besonders großen Krater, war die Oberflächenkruste so stark geschwächt, dass dort im Laufe der Zeit das Magma aus dem inneren des noch immer vulkanisch aktiven Mondes durch Risse an die Oberfläche trat, und in Form von Lava die Einschlagsbecken zu füllen begann.
Heute, viele Milliarden Jahre später, ist diese Lava längst kalt und zu Basaltgestein erstarrt. Doch wir können sie noch immer mit unseren bloßen Augen erkennen! Und zwar in Form der charakteristischen dunklen Flecken auf der Mondoberfläche - den sogenannten Mondmeeren (lat. Lunar Mare).
Die Meere des Mondes
Ebenen aus erstarrter basaltischer Lava, die großteils gigantische Einschlagsbecken füllen
Und genau hier liegt die Antwort auf unsere Frage:
Da die Mondmeere aus erstarrter basaltischer Lava bestehen, die einst aus dem inneren des Mondes aufgestiegen ist, verfügen sie über eine andere geologische und chemische Zusammensetzung als ihre Umgebung. Im Vergleich zum umgebenden Hochland, sind sie besonders reich an Eisen- und Titanverbindungen:
Regionen mit hohen Anteilen an Eisen aber geringen Mengen an Titan reflektieren eher rötliches und bräunliches Licht.
Umso höher die Titan-Konzentration, desto mehr verschiebt sich das reflektierte Licht ins Blaue.
Die Farben sind jedoch nicht als einfache „Mineralkarte“ zu interpretieren! - auch Alter, Zusammensetzung und Weltraumverwitterung des Oberflächenmaterials beeinflussen das reflektierte Licht. Sie machen jedoch sichtbar, dass der scheinbar graue Mond aus geologisch und chemisch sehr unterschiedlichen Landschaften besteht, die ihre ganz eigenen uralten und faszinierenden Geschichten schreiben.
Und gleichzeitig zeigen sie, was Fotografisch möglich ist - und das auch noch, ganz gemütlich vom eigenen Balkon aus, mitten in einer Großstadt. Ist das nicht unheimlich faszinierend?
Ihr wollt wissen wie ihr selbst so ein Foto aufnehmen könnt, oder interessiert euch einfach für die technischen Details hinter der Entstehung?