Mehr als nur ein Bild – Wie Wissenschaft und Fotografie einander mehr sehen lassen

Bei meinen Recherchen für die Herstellung der Cyanotypien und auch für meinen letzten Blogartikel bin ich auf viele spannende Fakten gestoßen, die zum Teil so offensichtlich und selbstverständlich sind, dass sie schnell übersehen werden. So denken beim Thema Fotografie die meisten als erstes an Pressefotos oder an die Bilder in den Modemagazinen oder den Hochzeitsfotografen. Manchmal wird das Thema in Diskurs zwischen Kunst und Reportage gestellt, zwischen der Abbildung von harten Fakten der Realität und Inszenierung (fragwürdiger) Schönheitsideale. Betrachtet man aber die Geschichte der Fotografie, bekommt sie eine weitere Nuance in ihrer vielseitigen Verwendung, die umso deutlicher hervortritt, je näher man ihrem Ursprung kommt: Die Bedeutung der Fotografie in den Naturwissenschaften

Darüber stolperte ich schon bei meiner ersten “Entdeckung”, dass es nämlich ein Astronom und Physiker war (der aus meinem letzten Artikel bekannte John Herschel), der die Cyanotypie erfand bzw. verfeinerte. Da ich neben der Fotografie als Studentin der Astronomie und Physik den Naturwissenschaften besonders zugeneigt bin, war ich über diese Tatsache natürlich sehr erfreut. Dann fand ich heraus, dass die erste Farbfotografie 1861 auch von einem Physiker, diesmal James Clerk Maxwell, veröffentlicht wurde. Maxwell ist eine ziemlich große Nummer in der Physik, mit der jeder Physikstudent schon im ersten Semester Bekanntschaft macht. Er entwickelte u.a. einen Satz von Gleichungen, die Maxwellschen Gleichungen, die den Elektromagnetismus beschreiben. Die Farbfotografie war für ihn ein Mittel in seinen optischen Experimenten um die additive Farbmischung zu zeigen. 

In der Geschichte der Menschheit gehen die wissenschaftlichen Entdeckungen überraschend oft Hand in Hand mit fotografischen Errungenschaften. Das beeindruckendste Beispiel dafür sind vermutlich die Bilder die das Weltraumteleskop Hubble seit nun fast 30 Jahren produziert.  

Sie haben zweifelsfrei die astronomische Erkenntnisse vorangetrieben. Sie haben aber auch für die bekannten und bunten Bilder der Astronomie-Kalender gesorgt. Damit setzt Hubble etwas fort was die Menschen schon immer getan haben.

Detailreiche Aufnahme des Jupiter mit der Hubble’s Wide Field Camera 3, aufgenommen im Juni 2019
(Bild: NASA, ESA, A. Simon (Goddard Space Flight Center), and M.H. Wong (University of California, Berkeley) hubblesite.org)

Vom Anbeginn der Zeit blicken wir in den Sternenhimmel und beobachteten den Lauf der Gestirne. Jahrhundertelang nur mit den bloßen Augen – durch diese Beobachtungen konnten immerhin Fixsterne, die Mondphasen und die Bewegung der Planeten beobachtet werden. Nicht aller Planeten, denn manche davon kann man ohne optische Hilfsmittel nicht sehen (Uranus und Neptun).

Und ganz ehrlich: Auch was den Rest des Universums angeht sind wir allein mit unseren Augen nicht weit gekommen.  

Erst das Aufkommen des holländischen Fernrohrs (auch als Galilei-Fernrohr bezeichnet) um 1608 brachte zahlreiche neue Entdeckungen mit sich. Plötzlich erschlossen sich den Beobachtern buchstäblich neue Welten. Galileo Galilei entdeckte so nicht nur die 4 größten Monde des Jupiters (die heute als die Galileischen Monde bezeichnet werden) und beobachtete dunkle Flecken auf der Sonnenscheibe (Sonnenflecken) sondern wurde durch seine Beobachtungen zum Unterstützer des heliozentrischen Weltbildes. Newton entwickelte in der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts schließlich ein brauchbares Spiegelteleskop. Jede Menge weitere Entdeckungen in der beobachtenden Astronomie folgten und zusammen mit Erkenntnissen aus der Himmelsmechanik, die auf mathematischen Berechnungen und Modellen fußt, wurden erstmals neue Planeten wie Neptun entdeckt. Die Astronomen John Herschel und Lord Rosse betrieben jeweils Riesenteleskope und konnten bereits Spiralarme naher Galaxien ausmachen. Solange es jedoch keine permanenten, objektiven Abbildungen (nämlich Fotografien) gab, existierten von den kosmischen Szenen nur die auf den Beobachtungen basierenden Aufzeichnungen.  

Wie schon Galileo musste sich auch Herschel und Rosse mit den natürlichen Beschränkungen ihrer Augen zufrieden geben und sich auf sie verlassen, denn sie konnten ihre Beobachtungen lediglich mit Bleistift in Form von naturgetreuen Zeichnungen oder in Worten festhalten.

links: Zeichnung des Mondes von Galileo Galilei, rechts: Modernes Foto des Mondes (Bild: ECeDee, gemeinfrei; Quelle: Wikipedia)

Dass bereits 1840 die erste fotografische Aufnahme des Mondes gelang, zeigt wie schnell jedoch sich die Naturwissenschaften die Fotografie zu eigen machte. Plötzlich konnten mittels einem photochemischen Prozess Bilder auf einer Metallplatte erfasst und damit auch konserviert werden. John William Draper, dem die erste Aufnahme des Mondes gelang, war nicht nur Naturwissenschaftler sondern auch ein Pionier der Fotografie. Bedenkt man, dass Louis Daguerre sein fotografisches Verfahren nur zwei Jahre davor, nämlich 1838, veröffentlichte, wird diese Leistung noch bemerkenswerter. Und auf einer Daguerrotypie aus dem Jahre 1845 von Foucault und Fizeau sind eindeutig Sonnenflecken erkennbar, es gilt als das erste Sonnenfoto überhaupt! Und das zu einer Zeit als die Fotografie selbst noch in den Kinderschuhen steckte!

Es war eine Zeit in der mehrere fotografische Verfahren getestet und unterschiedliche Materialien zur Belichtung und Fixierung erst ausprobiert wurden. Es war eine Zeit in der stundenlanges Belichten keine Seltenheit war. Schließlich jedoch wurden die Verfahren immer besser. Durch die Entwicklung lichtstarker Objektive wie das Petzvalobjektiv der Wiener Firma Voigtländer konnte die Belichtungszeit wesentlich reduziert werden. Viele Pioniere der Fotografie waren Astronomen, Physiker oder Naturforscher und viele Naturwissenschaftler und Chemiker waren Fotografen; alle angetrieben durch ihre Neugierde und Leidenschaft. 

Vor allem in der Astrofotografie befruchten sich Astronomie und Fotografie gegenseitig.

So konnte etwa Lord Rosse mit seinem Riesenteleskop (das übrigens den klingenden Namen “Leviathan” trug) die Beobachtung von Spiralarmen in der Galaxie M31 aufgrund der niedrigen Auflösung des Teleskops seine Beobachtungen nicht genau erklären. Den Auffassungen der damaligen Zeit entsprechend hielt er die Galaxien für Wolken aus Gas und Staub, so genannte “Nebeln”. Die Idee, dass es sich hierbei um riesige Ansammlungen von gravitativ gebundenen Sternen handeln könnte war damals noch ein neuer, fast schon revolutionäre Gedanke (den übrigens John Herschel vertrat, der Typ, der auch die Cyanotypie entwickelte – ihr seht, der Kreis schließt sich!). 

Tatsächlich gelang es aber erst 70 Jahre später den Aufbau und die Struktur von Galaxien mittels Astrofotografie zu erforschen. Edwin Hubble (der Namensgeber für das schon erwähnte Weltraumteleskop) konnte beweisen, dass es sich zum Beispiel bei M31 nicht um einen Nebel, sondern tatsächlich um eine Galaxie handelte, nämlich der Andromedagalaxie. Dies konnte er u.a tun weil er die Möglichkeit hatte Kamera und Spektrograph zu verwenden. Durch den Einsatz von Photoplatten waren längere Belichtungen möglich, die lichtschwache Objekte, die mit dem freien Auge nicht zu sehen waren, sichtbar werden ließen. Durch die Aufnahmen von Edward Emerson Barnard von den Regionen der Milchstraße wurden die Vorstellungen der großräumigen Strukturen korrigiert.

Verbesserungen in den fotografischen Aufnahmeverfahren führten hier also zu einem besseren Verständnis des Universums! 

Und auch die Digitalisierung der Fotografie bedeutet einen weiteren Siegeszug in der Erkenntnisgewinnung der Astronomie. Dank der digitalen Fotografie können mehr Bilder aufgenommen und gespeichert und später weiterverarbeitet werden. 

Mit dem Weltraumteleskop Hubble sind wir nun sogar in der Lage Aufnahmen im Weltraum zu machen. Das Gemeinschaftsprojekt der amerikanischen Weltraumbehörde NASA und der europäischen ESA arbeitet seit 1990 nicht nur im sichtbaren Licht sondern auch noch im Infrarot und im Ultravioletten Bereich. Durch Aufnahmen im UV Spektrum können die Astronomen zum Beispiel Sternentstehungsgebiete in Galaxien identifizieren. 

Das Hubble Deep Field blickt in die Anfänge des Universums!
(Bild: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI); Quelle: eso.org)

Und dann ist da noch das Hubble Deep Field! Es ist ein Bild (genau genommen eine Überlagerung von 342 Einzelbildern), das eine Region des Himmels zeigt, das mit maximaler Auflösung über zehn Tage lang aufgenommen wurde. Obwohl es nur eine kleine Region des Himmels abdeckt, konnten damit Galaxien abgebildet werden, deren Licht 12 Milliarden Jahre bis zu uns brauchte, und zeigt uns damit ein Bild des frühen Universums! Basierend auf diesen Aufnahmen entstanden hunderte wissenschaftliche Artikel mit wertvollen Erkenntnissen über das frühe Universum. Wie genial ist das bitte? 

Es ist viel passiert zwischen Galileos Mondskizze und den Aufnahmen des Hubble Weltraumteleskops. Es war ein langer Weg. Ein Weg, den die Wissenschaft ohne die Fotografie nicht bestreiten hätte können – aber auch die Fotografie wäre ohne ihre Forscher und Wissenschaftler vermutlich nicht da wo sie heute ist.   

Digitale Montage einer Mondfinsternis (Baden bei Wien, 2011)

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