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  • AutorenbildAndreas

Wie unsere Augen den Himmel sehen

Aktualisiert: 20. Aug. 2023


Wenn man beginnt sich mit dem Hobby der Astronomie zu beschäftigen, trifft man sehr schnell auf all die faszinierenden Bilder, die Hobbyastronomen und Astrofotografen wie ich aufnehmen. Fasziniert von diesen Bildern wächst dann der Wunsch selbst, diese Wunder des Himmels zu schauen. Und an dieser Stelle ist es wichtig zu verstehen, dass die visuelle Astronomie und die Astrofotografie zwei grundlegend unterschiedliche Eindrücke des Himmels vermitteln.

Warum das so ist und wie sich dieser Unterschied darstellt, dass versuche ich in den folgenden Zeilen zu vermitteln.


Auge vs. Sensor


Da wir für die Beobachtung wie auch für die Fotografie identische oder sehr ähnliche Teleskope verwenden. Kann der Entscheidende Unterschied nicht grundsätzlich in diesen Optiken liegen. Also Parameter wie Brennweite oder Öffnung erklären nicht, warum es einen Unterschied geben sollte.

Der entscheidende Faktor muss im Kamerasensor und unserem Auge. Was passiert also wenn Licht durch ein Teleskop auf unser Auge trifft?


Ich will hier nicht zu tief in die Biologie einsteigen, aber in unserem Auge sind zwei Formen von Sinneszellen verantwortlich für die Reizaufnahme beim Sehen. In der Netzhaut liegen ca. 6 Millionen Zapfen und 120 Millionen Stäbchenzellen und nehmen die Lichtreize auf. Dabei reagieren die Stäbchen nur auf hell/dunkel, was zu einem schwarzweißen Bild im Gehirn führt. Die Zapfen hingegen kommen in drei Arten daher und reagieren auf einen Teil des roten, grünen und blauen Spektrums.

Erst wenn sie angesprochen werden und ein Signal zum Gehirn senden, ist dieses in der Lage ein Farbbild zu erzeugen. Tja und hier liegt das Problem, diese Zapfen sind nicht besonders empfindlich, brauchen also einen stärkeren Lichtimpuls, um zu reagieren. Leider sind nahezu alle Objekte am nächtlichen Himmel, abseits der hellen Planeten, einfach zu lichtschwach, um diese Sinneszellen zu triggern.


Daraus folgt der erste große Unterschied, die visuelle Astronomie wird grundsätzliche nur einen hell/dunkel Eindruck oder eben schwarzweiß Bild eines Objekts vermitteln. Unsere Farbsensoren im Auge springen schlicht nicht an.

Ein Kamerasensor hat eine solche Einschränkung in dem Sinne nicht. Ob er farbempfindlich ist oder nicht, hängt nur von der Verwendung von Filtern oder in einer Farbkamera der Bayer Maske ab.


Der zweite große Unterschied ergibt sich aus einer weiteren Einschränkung unseres Wahrnehmungsapparates namens Auge.

Treffen Photonen auf die Sinneszellen, wird ein Reiz über den Sehnerv zum Gehirn geschickt. Hier werden dann alle eingetroffenen Signale zügig zu einem Bild, einer Interpretation der Wirklichkeit verarbeitet.


Wie schnell ist zügig? Eine klare Antwort darauf habe ich nicht gefunden, häufig tauchen die berühmten 24 fps, also 24 Bilder pro Sekunde auf. Hierbei geht es aber um die Anzahl Bilder, ab der das menschliche Gehirn beginnt Einzelbilder nicht mehr als solche wahrzunehmen.

Was den Kern unseres Problems nicht ganz trifft, aber sei es drum. Nehmen wir an, das Gehirn verarbeitet also jede Sekunde 24 Bilder … das entspricht in der Fotografie einer Belichtungszeit von 1/24s oder ~0,042s!


Unser Auge und auch unser Gehirn addieren die Sinneseindrücke nicht auf, sondern schießen wie eine Kamera eines Wildlifefotografen dutzende Einzelbilder pro Sekunde.


Es spielt also abgesehen von der Dunkeladaption des Auges fast keine Rolle, ob ich ein Objekt durch ein Teleskop nur für eine Minute oder 6 Stunden beobachte. Der Seheindruck wird sich so gut wie nicht verändern.

Ich sage fast, denn es ist sehr wohl einer der Reize durch das Erlernen des richtigen Sehens am Teleskop eben jene Feinheiten zu erkenne, die man mit einem schnellen Blick nicht erhascht.

Ob dies allerdings an einem physiologischen Prozess liegt oder eher an der Erfahrung des Beobachters stelle ich gerne zur Diskussion. Trotzdem merkt sich der Beobachter natürlich seine Eindrücke und nicht bei jeder Beobachtung fallen die selben Details ins Auge. So dass sich über eine längere Zeit oder mehrere Beobachtungsnächte sehr wohl ein viel detailliertes Bild des Objekt bildet als dies in den ersten Minuten einer Beobachtung der Fall ist.


Anders bei der Astrofotografie, bei der wir sehr wohl Daten sammeln können. Nicht nur die Belichtungszeiten der Einzelbilder liegen teilweise im Bereich von 300, 480 oder gar 600 Sekunden, eine Ewigkeit, vergleicht man es mit den rund 0,42s der menschlichen Wahrnehmung. Wir sind auch in der Lage viele dieser Bilder zusammenzurechnen und Belichtungen von dutzenden, gar hunderten Stunden zu erstellen.

Eine Astrofoto welches aus 10 Stunden Daten besteht, enthält ca. 860.000-mal mehr Information als das Auge in seinen 0.042s wahrnehmen kann.

Ich bitte auch diese Zahlen nicht auf die Waagschale zu werfen, aber sie geben in der Größenordnung einen guten Eindruck über den bestehenden Unterschied.


Nur durch diese Möglichkeiten in der Fotografie sind wir überhaupt in der Lage, viele der lichtschwachen Objekte sichtbar zu machen, die dem Auge in der visuellen Astronomie verborgen bleiben werden.


Der Versuch eines Vergleichs


Und bei all dem kommt einem jetzt sicherlich die Frage „Warum dann überhaupt beobachten?“ und das ist verständlich nach den vorangegangenen Zeilen.


Die visuelle Astronomie hat ihren eigenen Reiz im erfahren des Moments. Man sitzt unter den Sternen, fängt mit dem eigenen Augen Photonen auf, die tausende oder gar Millionen Jahre durch den Kosmos gereist sind. Man übt sich im peripheren Sehen, um auch noch das letzte machbare Detail im Nebel oder einer Galaxie zu erhaschen. Das alles ist eine viel unmittelbare Erfahrung des Himmels, als das Schauen auf einen Bildschirm.


Wie Astrofotos aussehen, weiß jeder, der diesen Beitrag liest, aber wie vermittelt man nun den Eindruck, den man durch das Okular eines Teleskops erhält? Dabei kommt mir ein Bereich der visuellen Astronomie zur Hilfe, bei der die Beobachter ihren Eindruck in Zeichnungen, häufig Bleistiftskizzen, festhalten.

Da ich im Zeichnen absolut unbegabt bin, haben mir die Astrokollegen Holger Krämer und Uwe Brinker aus dem Forum www.Astronomie.de freundlicherweise ein paar ihrer Zeichnungen zur Verfügung gestellt.

Im Folgenden zeige ich euch ein paar astronomische Objekte sowohl als Astrofoto als auch wie sie sich für eine Beobachter durch ein Okular darstellen.



M31 Andromeda-Galaxie


Andromeda, unsere galaktische Nachbarin, ist unter dunklem Himmel schon gut als heller, bauschiger Fleck mit unbewaffnetem Auge erkennbar. Mit deutlich mehr Kontrast zeigt sie sich im Okular und auch ihr kleinerer Begleiter M32 ist bereits erkennbar. Für dieses schöne Objekt haben sowohl Uwe als auch Holger ihren visuellen Eindruck in ihren Zeichnungen festgehalten. M31 ist hell genug, so dass nicht nur ein Teleskop, sondern bereits ein Fernglas mit 50mm Öffnung einen kleinen Aha-Effekt auslösen werden.



M42 Der Orionnebel


Orion, als das hellste Objekt am Winterhimmel, ist nicht nur fotografisch eine Blick wert. Im Okular zeigt sich nicht nur deutlich das Trapezium, der Sternencluster im Kern des Nebels, sondern auch die vielen unterschiedlichen Bereiche des Nebels als deutliche Kontraste.

Auch hier haben sowohl Holger als auch Uwe eine Zeichnung angefertigt und bieten uns so den Eindruck zweier Beobachter. Ähnlich wie M31 offenbart auch M42 bereits mit einem Fernglas einiges an Schönheit.



Das Leo-Triplet


Das Galaxiengrüppchen im Sternbild Löwe ist ein beliebtes Ziel im Frühjahr und besteht aus den Galaxie M65, M66 und NGC3628, welche ca. 35 Millionen Lichtjahre entfernt liegen.

Im Okular sind die unterschiedlichen Ausrichtungen der Galaxien bei ausreichend dunklem Himmel und Öffnung gut zu erkennen.



M27 Der Hantelnebel


M27, der planetarische Nebel in ca 1300 Lichtjahren Entfernung leuchte vor allem Licht des ionisierten Wasserstoffs (Halpha) als auch Sauerstoffs (OIII).

Visuelle hat Uwe den Nebel daher sowohl ohne als auch mit OIII Filter beobachtet. In der Zeichnung mit Filter ist deutlich der höhere Kontrast in den OIII Bereichen erkennbar, welche sich auch im Astrofoto zeigen (türkise Farbgebung).



M81 & M82 Bode- und Zigarren-Galaxie


Das Paar aus M81 und M82 sind nicht nur optisch nah beieinander. Diese beiden ca. 12 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxien liegen selbst nah beieinander und sind sich vor knapp 500 Million Jahren bereits an einander vorbeigeflogen. Bereits im Okular sind die Helligkeitsunterschiede, die die Spiralarme von M81 bilden zu erkennen.



NGC4565 Nadelgalaxie


Die Nadelgalaxie, eine so genannte edge-on Spiralgalaxie, weil sie sich exakt von der Seite zeigt, liegt ca. 30-50 Millionen Lichtjahren Entfernung. Sowohl im Foto als auch bei der Beobachtung zeigt sich der so genannte Bulge. Also jene Verdickung der das Zentrum der Galaxie darstellt.



M45 Die Plejaden


Die 7 Schwestern, Subaru oder eben die Plejaden, jener offene Sternenhaufen in ca.444 Lichtjahren Entfernung besteht eigentlich aus fast 400 Sternen, deren jüngste Ableger blau leuchten. Die 7 hellsten Vertreter sind gut mit dem bloßen Auge beobachtbar und sind daher schon vor der Erfindung des Teleskops in vielen Kulturen bekannt. Die Staubwolken in denen die Sterne eingebettet sind, werden durch die hellen, blauen Sterne angeleuchtet, so dass die ganze Region bläulich strahlt.

Im Okular sind sowohl die hellen blauen Sterne als auch Teile der umgebenden Nebel als aufgehellte Bereiche erkennbar. Und selbst mit einem einfachen Fernglas ist der Anblick beeindruckend.



M13 Herkuleshaufen


Und auch helle Kugelsternhaufen wie M13 bieten visuelle einen beeindruckend Anblick.

Natürlich sind bei weitem nicht so viele Sterne sichtbar, wie in einem Foto Dennoch ist die Verteilung der vielen Sterne, der Helligkeitsunterschied zwischen den äußeren und inneren Bereichen deutlich erkennbar, so dass die Kugelform dieser Haufen wunderbar herauskommt. Und auch hier darf man nicht vergessen, das Licht welches unsere Augen hier einfangen war ca. 25.000 Jahre unterwegs.



Ich hoffe dieser kleine Vergleich zwischen den beiden gleichberechtigten, astronomischen Beobachtungsmethoden gibt euch einen kleinen Eindruck davon was euch beim Blick durch ein Teleskop erwartet. Astronomie besteht nicht nur aus "pretty pictures" sondern eben auch aus dem Moment in dem ihr Millionen Jahre alte Photonen direkt einfangen und zu eurem Bild der Wirklichkeit machen könnt.


Clear Skies

Andreas

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