Die Frage

Man nehme eine Kamera, setze sie an eine beliebige Stelle des Weltalls, und betätige den Auslöser.

Was ist nach dem Entwickeln auf dem Film zu sehen?

Diese Frage darf, schränkt man sie auf irdische Beobachtungsobjekte ein, als geklärt betrachtet werden. Heute ist jede bessere Grafikworkstation in der Lage, die dreidimensionale Beschreibung einer beliebigen Szene in ein zweidimensionales Abbild umzusetzen, das von der Wirklichkeit kaum zu unterscheiden ist.

Unser Gehirn und die gängigen Computergrafikalgorithmen gehen beim Betrachten einer Szene allerdings davon aus, daß wir uns in einem euklidischen, flachen Raum befinden, daß Lichtstrahlen Geraden sind, daß sich alles, was wir sehen, ,,jetzt`` gerade und gleichzeitig ereignet, daß die Zeit überall gleich schnell abläuft, daß wir die Farben des beobachteten Objekts so sehen ,,wie sie sind``.

Diese Voraussetzungen sind bei astronomischen Beobachtungsobjekten nicht mehr erfüllt. In der Nähe ,,interessanter`` kosmischer Objekte (z.B. Schwarzer Löcher) hat die Raumzeit eine völlig andere Struktur, als wir sie aus dem Alltag gewohnt sind. In der Umgebung massiver Sterne läuft das Licht auf gekrümmten Bahnen, so daß photografische Abbildungen erheblich verzerrt werden. Lorentzkontraktion und Aberration ergeben scheinbare Verdrehungen eines sich schnell bewegenden Körpers. Die Photonen, die ein Bild erzeugen, also gleichzeitig bei der Kamera ankommen, können je nach Entfernung des Emissionspunktes zu unterschiedlichen Zeiten gestartet sein und damit bei großen Objektgeschwindigkeiten völlig verschiedene Phasen einer zeitlichen Entwicklung repräsentieren. Farben werden durch die Gravitationsrotverschiebung, sowie die durch Relativbewegung von Kamera und Objekt verursachte Dopplerverschiebung verändert.

Die Arbeitsweise unseres Gehirns und die gängigen Computergrafikalgorithmen beruhen wie gesagt auf den oben genannten Voraussetzungen und führen daher zu falschen Ergebnissen. Wir werden also mit zwei grundlegenden Problemen konfrontiert:

• Wie kommen wir zu einem physikalisch korrekten Bild?
• Wie bringen wir unser Gehirn dazu, dieses Bild richtig zu interpretieren?

Der erste Punkt soll in dieser Arbeit näher beleuchtet werden. Es wird notwendig, die Entstehung eines Bildes noch einmal vom physikalischen Standpunkt aus gründlich zu untersuchen. Der zweite Punkt muß leider jedem Leser selbst überlassen werden.