Wenn Sie sich die erstaunlichen Bilder ansehen, die vom Hubble-Weltraumteleskop oder den Mars Exploration Rovers aufgenommen wurden, fragen Sie sich manchmal: Ist es das, was Sie wirklich mit eigenen Augen sehen würden? Die Antwort ist leider wahrscheinlich nicht. In einigen Fällen, wie zum Beispiel bei den Mars-Rovern, versuchen Wissenschaftler, die Rover so zu kalibrieren, dass sie in „echter Farbe“ sehen, aber meistens werden Farben ausgewählt, um die meiste Wissenschaft zu erzielen. So kalibrieren Wissenschaftler ihre erstaunlichen Instrumente und erfahren den Unterschied zwischen Echt- und Falschfarben.
Lassen Sie uns dies zu Beginn in Form einer wahren oder falschen Frage formulieren: T oder F: Wenn wir die wunderschönen, ikonischen Bilder von Hubble oder die atemberaubenden Panoramen der Mars-Rover sehen, stellen diese Bilder dann das dar, was menschliche Augen tun würden? Sehen Sie, ob sie diese Ausblicke aus erster Hand beobachtet haben?
Antwort: Für den Hubble meistens falsch. Für die Rover meistens wahr, da die Rover eine Kombination aus sogenannten „echten“ und „falschen“ Farbbildern liefern. Es stellt sich jedoch heraus, dass der Begriff „True Color“ etwas umstritten ist und viele, die sich mit der außerirdischen Bildgebung beschäftigen, ihn nicht sehr mögen.
„Wir versuchen tatsächlich, den Begriff ‚True Color‘ zu vermeiden, weil niemand wirklich genau weiß, was die ‚Wahrheit‘ auf dem Mars ist“, sagte Jim Bell, leitender Wissenschaftler für das Pancam-Farbabbildungssystem auf den Mars Exploration Rovers (MER). Tatsächlich, so Bell, ändern sich sowohl auf dem Mars als auch auf der Erde die Farben ständig: ob es bewölkt oder klar ist, die Sonne hoch oder tief steht oder ob es Unterschiede in der Staubkonzentration in der Atmosphäre gibt. „Farben ändern sich von Moment zu Moment. Es ist eine dynamische Sache. Wir versuchen, die Grenze nicht so hart zu ziehen, indem wir sagen: Das ist die Wahrheit!“
Bell verwendet gerne den Begriff „ungefähre True Color“, weil die MER-Panoramakamerabilder Schätzungen dessen sind, was Menschen sehen würden, wenn sie auf dem Mars wären. Andere Kollegen, sagte Bell, verwenden 'natürliche Farben'.
Zolt Levay vom Space Telescope Science Institute produziert Bilder vom Hubble-Weltraumteleskop. Für die vorbereiteten Hubble-Bilder bevorzugt Levay den Begriff „repräsentative Farbe“.
„Die Farben in Hubble-Bildern sind weder ‚echte‘ noch ‚falsche‘ Farben, sondern repräsentieren normalerweise die physikalischen Prozesse, die den Bildmotiven zugrunde liegen“, sagte er. „Sie sind eine Möglichkeit, in einem einzigen Bild so viele Informationen wie möglich darzustellen, die in den Daten verfügbar sind.“
True Color wäre ein Versuch, visuell genaue Farben zu reproduzieren. Falschfarben hingegen ist eine willkürliche Auswahl von Farben, um einige Charakteristika im Bild darzustellen, wie z. B. chemische Zusammensetzung, Geschwindigkeit oder Entfernung. Darüber hinaus müsste per Definition jedes Infrarot- oder Ultraviolettbild mit „Falschfarben“ dargestellt werden, da diese Wellenlängen für den Menschen unsichtbar sind.
Die Kameras von Hubble und MER machen jedoch keine Farbbilder. Farbbilder von beiden Raumfahrzeugen werden aus separaten Schwarz-Weiß-Bildern zusammengesetzt, die durch Farbfilter aufgenommen wurden. Für ein Bild muss die Raumsonde drei Bilder aufnehmen, normalerweise durch einen Rot-, einen Grün- und einen Blaufilter, und dann wird jedes dieser Fotos mit der Erde verbunden. Anschließend werden sie mit Software zu einem Farbbild kombiniert. Dies geschieht automatisch in handelsüblichen Farbkameras, die wir hier auf der Erde verwenden. Aber die MER Pancams haben 8 verschiedene Farbfilter, während Hubble fast 40 hat, von Ultraviolett („blauer“ als unsere Augen sehen können) über das sichtbare Spektrum bis hin zu Infrarot („röter“ als das, was für Menschen sichtbar ist). den Imaging-Teams unendlich mehr Flexibilität und manchmal künstlerische Freiheit. Je nachdem, welche Filter verwendet werden, kann die Farbe näher oder weiter von der „Realität“ entfernt sein.
Gesteinsberg-Felsaufschluss in Echt- und Falschfarben. Bildnachweis: NASA/JPL
Das gleiche Gestein, das von Opportunity in Echt- und Falschfarben abgebildet wurde.
Im Fall des Hubble, erklärte Levay, werden die Bilder weiter angepasst, um den Kontrast zu erhöhen und Farben und Helligkeit zu optimieren, um bestimmte Merkmale des Bildes hervorzuheben oder ein ansprechenderes Bild zu erzeugen.
Aber wenn das MER Pancam-Team ein Bild erstellen möchte, das zeigt, was ein Mensch auf dem Mars sehen würde, wie bekommt er dann die richtigen Farben? Die Rover haben beide ein Werkzeug an Bord, das als MarsDial bekannt ist und als Bildungsprojekt über Sonnenuhren verwendet wurde. „Aber seine eigentliche Aufgabe ist ein Kalibrierungsziel“, sagte Bell. „Es hat Graustufenringe mit Farbchips in den Ecken. Wir haben sie sehr genau vermessen und vor der Markteinführung fotografiert und kennen daher die Farben und die verschiedenen Graustufen.“
Eines der ersten Bilder der Rover war das MarsDial. „Wir machen ein Bild vom MarsDial, kalibrieren es und verarbeiten es mit unserer Software“, sagt Bell. „Wenn es so aussieht, wie wir es wissen, haben wir großes Vertrauen in unsere Fähigkeit, die Kamera auf eine andere Stelle zu richten, ein Bild aufzunehmen, denselben Vorgang durchzuführen und dass auch diese Farben stimmen.“
Hubble kann auch farbkalibrierte Bilder erstellen. Sein „UniverseDial“ wären Standardsterne und Lampen in den Kameras, deren Helligkeit und Farbe sehr genau bekannt sind. Die Mission von Hubble besteht jedoch nicht darin, Bilder zu produzieren, die Farben originalgetreu wiedergeben. „Zum einen ist das bei den meisten Bildern etwas bedeutungslos“, sagt Levay, „da wir diese Objekte in der Regel ohnehin nicht sehen konnten, weil sie so schwach sind und unsere Augen auf sehr schwache Lichtfarben unterschiedlich reagieren. ” Aber das wichtigste Ziel von Hubble ist es, Bilder zu produzieren, die so viele wissenschaftliche Informationen wie möglich vermitteln.
Die Rover Pancams tun dies auch. „Es stellte sich heraus, dass es eine ganze Reihe eisenhaltiger Mineralien gibt, die bei Infrarotwellenlängen unterschiedliche Farbreaktionen aufweisen, auf die die Kamera empfindlich reagiert“, sagte Bell, „damit können wir sehr grelle, Andy Warhol-ähnliche Falschfarbenbilder machen.“ .“ Bell fügte hinzu, dass diese Bilder eine doppelte Aufgabe erfüllen, da sie wissenschaftliche Informationen liefern und die Öffentlichkeit die Bilder wirklich genießt.
Daher wird Farbe sowohl in Hubble als auch in MER als Werkzeug verwendet, um entweder die Details eines Objekts zu verbessern oder zu visualisieren, was sonst für das menschliche Auge nicht sichtbar wäre. Ohne Falschfarben würden unsere Augen nie sehen (und wir würden nie wissen), aus welchen ionisierten Gasen beispielsweise ein Nebel besteht oder welche eisenhaltigen Mineralien auf der Marsoberfläche liegen.
Was „echte Farbe“ angeht, so gibt es eine große akademische und wissenschaftliche Gemeinschaft, die sich mit Farben in Bereichen wie der Farbindustrie befasst, die manchmal verärgert ist, wenn der Begriff „echte Farbe“ von der astronomischen Bildgebungsgruppe verwendet wird, erklärte Bell.
„Sie haben einen gut etablierten Rahmen dafür, was wahre Farbe ist und wie sie Farbe quantifizieren“, sagte er. „Aber wir arbeiten nicht wirklich in diesem Rahmen auf dieser Ebene. Daher versuchen wir, von der Verwendung des Begriffs ‚True Color‘ Abstand zu nehmen.“
Levay merkte an, dass aufgrund der Unterschiede in der Technologie zwischen Film und digitaler Fotografie, Drucktechniken oder sogar unterschiedlicher Einstellungen auf einem Computerbildschirm keine Farbwiedergabe zu 100 % genau sein kann. Darüber hinaus gibt es Unterschiede in der Wahrnehmung von Farben durch verschiedene Menschen.
'Was wir auf dem Mars machen, ist wirklich nur eine Schätzung', sagte Bell, 'es ist unsere beste Schätzung, wenn wir unser Wissen über die Kameras mit dem Kalibrierungsziel verwenden. Aber ob es absolut 100% wahr ist, ich denke, es wird Leute brauchen, die dorthin gehen, um das herauszufinden.“
Weitere Informationen finden Sie unter http://hubblesite.org/ oder lesen Sie Jim Bells Buch „Postcards From Mars“ aus dem Jahr 2006.