James Webb sieht nur schwarz-weiß: So werden die Fotos eingefärbt

Weltraumteleskope begeistern mit ihren spektakulären Bildern. Eines der berühmtesten Hubble-Fotos von den "Säulen der Schöpfung" im Adlernebel sieht aus wie ein Gemälde. Tatsächlich liefern aber alle Teleskope nur monochrome Bilder, die nachträglich eingefärbt werden.

Die Kameras von Hubble und anderen Teleskopen sind mit vielen Filtern ausgestattet, die Licht in verschiedenen Wellenlängen durchlassen. Hubbles "Wide Field Camera 3" besitzt insgesamt 77 Filter. MIRI, das mittlere Infrarotinstrument des James Webb Teleskops hat 10 Filter.

Gewisse Objekte im Weltraum, etwa Sterne oder Gase, sind in jeweils unterschiedlichen Wellenlängen sichtbar. Diese legt man zum Schluss zu einem einzigen Bild übereinander. So lassen sich ältere Objekte beispielsweise mit langwelligen Filtern entdecken, junge Sterne hingegen werden mit kurzwelligen Filtern sichtbar. 

Damit das finale Bild bunt ist, werden die Einzelaufnahmen jeweils in einer Farbe koloriert. "Es gibt einen Konsens, dass der kurzwelligste Filter dem blauen Kanal zugeordnet wird, der mittlere dem Grünen und der langwelligste dem Roten", erklärt Astrophysiker Kai Noeske, von der Wissenschaftskommunikation der europäischen Raumfahrtagentur ESA der futurezone.

Unsichtbares sichtbar machen

"Ein Teleskop ist eine Maschine, die uns Dinge sehen lässt, die wir mit bloßem Auge nicht erkennen können“, sagt Noeske. Das neue James-Webb-Teleskop macht, anders als Hubble, ausschließlich Aufnahmen im Infrarotbereich. Diesen können Menschen nicht sehen. Trotzdem zeigen die veröffentlichten Bilder farbenfrohe Nebel, Galaxien und Sterne.

Beim Einfärben musste man sich also entscheiden, wie die Daten dargestellt werden. Dabei orientiert man sich an dem Konsens, der schon bei Hubble genutzt wurde. So wird simuliert, wie wir etwas sehen würden, wenn unsere Augen im Infrarotbereich sehen könnten. "Darin steckt viel diagnostische Leistung und Information, aber auch künstlerische Freiheit." Fotos, die auch für die Öffentlichkeit gedacht sind, sollen schließlich spektakulär aussehen. Die Bilder werden nicht zur Unterhaltung eingefärbt. Das Hauptziel bleibt immer, Daten für die Wissenschaft sichtbar zu machen.

Geburtsstätte von Sternen 

So auch das Bild des Carinanebels, das "kosmische Klippen" getauft wurde. Was man auf den Webb-Aufnahmen sieht, ist deshalb aber nicht "falsch", sondern holt Verborgenes hervor. In den Aufnahmen sieht man sehr junge Sterne und Ströme von heißem Gas. Durch den Einsatz verschiedener Filtern erhält man auch unterschiedlich gefärbte Versionen der Aufnahme. 

Längere Wellenlängen zeigen kältere und damit ältere Körper, kürzere Wellenlängen heißere Körper: "Die jüngsten Sterne können Oberflächentemperaturen bis zu 50.000 Grad haben, ganz alte haben noch 3.000 Grad, unsere Sonne hat 6.000 Grad", sagt Noeske. Durch die Möglichkeit, mit den Filtern die verschiedenen Bereiche sichtbar zu machen, können komplexe Prozesse der Sternenentstehung studiert werden.

Galaxie-Eigenschaften 

Ein weiteres Beispiel ist das James-Webb-Foto von Stephan’s Quintett. Mit der weniger malerischen Darstellung sehen Forscher*innen sehr deutlich die verschiedenen Eigenschaften der Galaxien. Sie wurden nur mit MIRI gemacht.

Rot zeigt Regionen, in denen sich Sterne formen, Blau zeigt Sternencluster ohne den Staub bzw. staubige Bereiche mit besonders viel Kohlenwasserstoff. Grüne und gelbe Bereiche zeigen weiter entfernte, ältere Galaxien, die ebenfalls viel Kohlenwasserstoff enthalten. Das malerischere Bild des Stephan’s Quintett wurde aus ungefähr 1.000 Einzelaufnahmen von MIRI und NIRCam zusammengesetzt.

Moleküle untersuchen

Auf manchen Aufnahmen färbt man auch Moleküle in verschiedenen Farben ein. Das sieht dann nicht immer schön aus, doch es hebt jene Bereiche hervor, die für Forscher interessant sind.  Daran können sie ablesen, welches Gas junge Sterne umgibt und welche Moleküle dort sind. Auf Schwarz-Weiß-Bildern lässt sich das oft schlecht erkennen.

Auf dem Bild eines Galaxiekerns aus Stephan's Quintett wurden Wasserstoffatome (blau und gelb), Eisenionen (türkis) und Wasserstoffmoleküle (rot) eingefärbt, um die Bestandteile des Galaxienkerns hervorzuheben. Bei den "Säulen der Schöpfung" hingegen wird Sauerstoff blau, Wasserstoff grün und Schwefel rot dargestellt.

Falschfarben

In einigen Fällen versucht man gar nicht erst, ein Bild möglichst realistisch einzufärben. Um etwa die Topografie des Mars darzustellen, hat man die Schwarz-Weiß-Aufnahme der Region Arda Valles in Regenbogenfarben koloriert. 

Damit soll auf den ersten Blick eine Information verdeutlicht werden. Im Falle der Marsoberfläche sind das die Höhenunterschiede des Geländes.