Fotos aus dem All führen immer wieder zu Missverständnissen, weil die Betrachter Tag und Nacht verwechseln – klingt komisch, ist aber so.

Die inzwischen erfolgreich beendete Artemis-II-Mission hatte eine ähnliche Flugbahn wie einst Apollo 8, sieht man davon ab, dass Apollo 8 kurzzeitig in eine Mondumlaufbahn eingeschwenkt war, bevor das Raumschiff mit dem Schub seines Triebwerks zur Erde zurückkehrte, während Artemis II nach einer Runde um den Mond schon mit dem eigenen Schwung wieder auf Erdkurs gegangen war. Während Apollo 8 den Mond umkreiste und die drei Astronauten einen Erdaufgang über der Oberfläche des Mondes beobachteten, legte William Anders einen Farbfilm in das Hasselblad-Magazin ein und machte das berühmte Earthrise-Foto. Der Film musste noch entwickelt werden, so dass die Öffentlichkeit dieses Bild erst nach der Rückkehr der Raumfahrer zu sehen bekam. Artemis II brachte nun die Gelegenheit zu einem ähnlichen Foto, und die Aufnahme – diesmal eines Erduntergangs – konnte dank der digitalen Aufnahmetechnik noch während des Raumflugs gezeigt werden.

Aber warum erscheint der Mond auf dem Bild so dunkel? Es liegt nicht daran, dass wir hier die oft fälschlich so genannte dunkle Seite des Mondes sehen. Auf die von der Erde abgewandte Rückseite des Mondes fällt ebenso viel Sonnenlicht wie auf die Erde. Vielmehr sieht die Mondoberfläche dunkel aus, weil sie tatsächlich so dunkel ist.

Die Albedo, also das Reflexionsvermögen des Mondes, beträgt 0,12, was bedeutet, dass der Mond 12 Prozent des einfallenden Lichts zurückwirft. Zum Vergleich: Ein mittlerer Grauwert, wie ihn die früher als Referenz für die Belichtungsmessung verwendete Kodak-Graukarte hatte, entspricht einer Reflexion von 18 Prozent des Lichts. Objektiv ist die Mondoberfläche im Mittel dunkelgrau, und genauso bilden sie auch Aufnahmen ab, die Mond und Erde in einem Bild zeigen. Die Albedo der Erde variiert mit dem Ausmaß der Wolkenbildung und der Größe der Eiskappen an den Polen, liegt aber im Durchschnitt bei 0,3 – die Erde ist also zwei bis drei Blendenstufen heller.

Einen noch größeren Helligkeitsunterschied lassen die Fotos erkennen, die neben Mond und Erde auch das Raumschiff selbst zeigen. Sie wurden mit einer der ActionCams aufgenommen, die an den Enden der drehbaren Solarpanele des Servicemoduls montiert sind. Das Servicemodul ist weiß, um eine Überhitzung durch das Sonnenlicht zu vermeiden.

So weit scheint die Sache klar zu sein, aber warum kommt uns dann der Mond in einer Vollmondnacht so hell vor? Der Anblick des Mondes ist uns als Erdbewohnern seit jeher vertraut, nur machen wir uns selten klar, was wir tatsächlich sehen. Wir stehen nachts auf der dunklen Erdoberfläche, aber wenn wir zum Mond aufblicken, betrachten wir eine andere Welt, auf der helllichter Tag herrscht. Vom Mond aus gesehen steht die Sonne ja bei Vollmond hoch am Himmel. So weit es den Mond betrifft haben wir es also mit der klassischen Aufnahmesituation „Sonne im Rücken“ zu tun, und da der Mond keine Atmosphäre und keine das Sonnenlicht dämpfenden Wolken hat, gilt für Fotos des Vollmonds die alte Faustregel „Sonne lacht, Blende 8“. Während hier unten alles dunkel erscheint – denn nicht nur wir, sondern unsere Hälfte der Erde hat die Sonne im Rücken –, ist die Mondoberfläche sehr viel heller. Nicht weil sie einen so großen Teil des Lichts zurückstrahlen würde, sondern weil so viel mehr Sonnenlicht auf sie fällt als auf die Erdoberfläche bei Nacht. Da kann einem selbst ein Dunkelgrau im Vergleich blendend hell vorkommen.

Die Helligkeitswahrnehmung ist immer relativ, und hier führt es uns in die Irre, dass die Lichtverhältnisse auf Mond und Erde ganz andere sind. Die Irreführung wird noch dadurch verstärkt, dass wir einen schwarzen Himmel mit der Nacht assoziieren. Wie kann auf dem Mond Tag sein, wenn doch ringsherum tiefschwarze Nacht zu sein scheint? Aber hier urteilen wir als hinterwäldlerische Erdbewohner, die eben noch nicht viel herumgekommen sind. Wir kennen es nicht anders als dass der Himmel tagsüber hell und nur nachts völlig dunkel ist, aber das ist nur auf Himmelskörpern mit einer Atmosphäre so. Bei Tage wird das Sonnenlicht von den Molekülen der Erdatmosphäre gestreut, und so erreichen uns nicht nur die direkten Strahlen der Sonne, sondern auch deren gestreutes Licht, das den gesamten Himmel erhellt. Da kurzwelliges Licht stärker als langwelliges Licht gestreut wird, erscheint uns der wolkenlose Himmel blau.

Auf Raumflügen zwischen Planeten und Monden oder auch auf dem atmosphärelosen Mond ist der Himmel immer schwarz, auch am helllichten Tag, da dort (fast) kein Licht gestreut wird. Das erklärt auch, weshalb auf dem Mond aufgenommene Fotos keine Sterne zeigen: Wir erwarten einen Sternenhimmel, weil der Himmel doch schwarz ist, was uns „Nacht“ signalisiert, aber die Astronauten sind bislang immer während eines 14-tägigen Mondtags gelandet, denn in der ebenso langen Mondnacht wäre es nicht nur stockdunkel, sondern auch bitterkalt. Wenn die während des Mondtags aufgenommenen Bilder nicht völlig überbelichtet werden sollen, muss man eine so kurze Verschlusszeit und eine so kleine Blende wählen, dass kein Sternenlicht registriert werden könnte. Dass wir hier auf der Erde tagsüber keine Sterne und Planeten am Himmel sehen (tatsächlich kann man zumindest die Venus auch am Tage erkennen, wenn man weiß, wo sie am Himmel steht), liegt ja weniger am blauen Himmel als daran, dass unsere Augen dann an das helle Tageslicht adaptiert sind, und in dieser Hinsicht ist ein Astronaut auf dem Mond in derselben Situation.

Auch die Fotos, die Astronauten auf der Internationalen Raumstation aufnehmen, enthalten durchweg keine Sterne, weil sie am Tage aufgenommen wurden – auf der ISS mit ihrer 90-minütigen Umlaufbahn ist ein Tag 45 Minuten lang, und währenddessen ist es hell genug, um die Erde oder die Raumstation selbst mit einer kurzen Verschlusszeit zu fotografieren, ohne über die Grundempfindlichkeit der Kamera hinaus gehen zu müssen. Nur die selteneren Aufnahmen während der 45 Minuten der Nacht, die mit einem hohen ISO-Wert und/oder einer langen Belichtungszeit entstanden sind, zeigen auch Sterne.

Übrigens war diesmal sogar die NASA dem Hinterwäldlertum der Erdbewohner erlegen. Als die Astronauten über die erdabgewandte Rückseite des Mondes flogen, erlebten sie eine Sonnenfinsternis, weil der Mond nicht nur die Erde, sondern auch die Sonne verdeckte. Auf währenddessen entstandenen Fotos sind nicht nur Sterne und Planeten zu erkennen – was nur möglich ist, weil sie das Sonnenlicht in dieser Situation nicht überstrahlt –, sondern auch ein Lichtschein um den Mond herum. Das sei die sogenannte Korona, erklärte die NASA zunächst in einem Bildkommentar, also die Atmosphäre der Sonne, wie man sie bei einer totalen Sonnenfinsternis beobachten kann. Doch dahinter stand ein Denkfehler.

Von der Erde aus gesehen erscheint der Mond annähernd genauso groß wie die Sonne. Das ist ein Zufall und war auch nicht immer so, denn der Mond umkreiste die Erde früher in einem geringeren Abstand und war daher scheinbar größer als die Sonne. Noch heute entfernt sich der Mond langsam von der Erde, zwar nur um Zentimeter, was wir aber mittlerweile präzise messen können, indem wir die Zeit stoppen, die vom Mond reflektierte Laserstrahlen bis zurück zur Erde benötigen. Seit Menschengedenken kann der Mond aber die Sonne unter günstigen Umständen exakt verdecken, und bei einer solchen totalen Sonnenfinsternis sehen wir die Sonnenatmosphäre, die sonst vom Licht der Sonnenoberfläche überstrahlt wird. (Wenn der Mond auf seiner leicht elliptischen Bahn etwas weiter von uns entfernt ist und/oder wir eine etwas geringere Distanz zur Sonne haben, kann der Mond die Sonne nicht vollständig verdecken, und bei einer solchen ringförmigen Sonnenfinsternis ist keine Korona zu sehen.)

Was also sollte der im Foto oben sichtbare Lichtkranz um den Mond anders sein als die Korona, also die Atmosphäre der Sonne? Der für die Bildunterschrift verantwortliche NASA-Mitarbeiter hatte übersehen, dass die Artemis-II-Astronauten dem Mond ja sehr viel näher waren als wir hier auf der Erde. Deshalb dauerte die Sonnenfinsternis im All auch sehr viel länger als gewohnt – die totale Sonnenfinsternis, die am 12. August dieses Jahres in Teilen Spaniens zu sehen sein wird, endet selbst am günstigsten Beobachtungsstandort schon nach gut zwei Minuten, aber die Astronauten erlebten eine Finsternis von fast einer Stunde. Aus der Perspektive des Raumschiffs hätte der Mond gleich mehrere Sonnen verdeckt, und daher eben auch das schmale Band der Korona, die also gar nicht im Foto erscheinen konnte. Zumindest nicht gleichzeitig rings um den Mond. Aber um was handelte es sich dann bei dem von den Astronauten beobachteten Lichtkranz?

Ich hatte oben gesagt, dass ohne eine Atmosphäre fast kein Licht gestreut wird – aber eben nur fast. Der Raum zwischen den Himmelskörpern erfüllt zwar alle üblichen Ansprüche an ein Vakuum, aber vollkommen leer ist selbst der interplanetare Raum nicht. Es gibt darin äußerst fein verteilten Staub und auch vereinzelte Gasmoleküle – winzigste Bestandteile der Erdatmosphäre sind noch nahe dem Mond nachweisbar. Daher gibt es immer eine – wenn auch sehr schwache – Lichtstreuung, die man auch von der Erde aus beobachten kann: das sogenannte Zodiakallicht. Im fast leeren interplanetaren Raum ist die Streuung zwar gering, aber da der Raum, den wir hier beobachten, sehr viel tiefer als die dünne Schicht der Erdatmosphäre ist, die den blauen Himmel erzeugt, wird insgesamt doch genug Licht abgelenkt, dass es unter geeigneten Umständen auf Fotos sichtbar wird. So wie auch in den Sonnenfinsternis-Fotos der Artemis-II-Astronauten. Die NASA hat ihre Bildunterschrift dann schnell korrigiert und statt auf die Korona auf das Zodiakallicht als wesentlichen Teil der Erklärung verwiesen. Das, was uns selbstverständlich erscheint, weil wir uns kaum über die Erdoberfläche erheben können und es nicht anders kennen, führt uns in die Irre, wenn wir Fotos aus dem All zu interpretieren versuchen.