כשאנו רואים עצם בעזרת העיניים שלנו, אנו למעשה רואים את האור שמוחזר (או מוקרן) ממנו. עצמים לבנים מחזירים את רוב האור, ושחורים מחזירים מעט מאוד אור. כיצד יוצרת המצלמה את התמונה?

העיקרון הכללי של מצלמה דומה מאוד לפעולת העיניים שלנו - מצלמות יוצרות תמונה בעזרת איסוף האור המגיע מהסביבה.
המצלמה בנויה בעיקר מהתקן אופטי האוסף את האור שלרוב כולל מספר עדשות וצמצם [2] השולט בכמות האור הנכנסת, וממסך הקולט את האור. במצלמות מודרניות ישנו רכיב אלקטרוני (כיום בעיקר CMOS [3] ) הממלא את תפקיד המסך.
האור המגיע אל המסך מועבר דרך הרכיבים האופטיים כך שבכל נקודה במסך יפגע אור המגיע מכיוון מעט שונה. ניתן לדמיין את המסך כמטריצה (מעין דף משבצות) שבו כל משבצת מקבלת אור מזווית מעט אחרת, ולכן היא מתארת את כמות האור מאזור אחד במרחב שסביבינו.
כל משבצת מועברת לנקודה על התמונה: האור שנאסף בכל משבצת מתורגם לזרם חשמלי, והתמונה נוצרת בהתאם לזרם בכל משבצת.

אז איך כל זה קשור לעובדה שבתמונה של כדור הארץ אין כוכבים?
כל עוד הצמצם פתוח, האור פוגע במסך (באופן כמעט רציף). כדי לייצר תמונה, המסך נחשף לאור למשך פרק זמן הנקרא "זמן חשיפה".  בסוף החשיפה דוגמת המצלמה את כמות האור שנאספה בכל משבצת על המסך. כמות זו היא בעצם סך כל האור שפגע במשבצת במשך כל זמן החשיפה.
לכן ככל שזמן החשיפה ארוך יותר, כך יאסף יותר אור והתמונה תהיה בהירה יותר. כשזמן החשיפה ארוך מדי, נקבל מצב הנקרא "רוויה" ובו כל המשבצות יאספו את כמות האור המקסימלית שהן יכולות - התמונה תהיה לבנה לחלוטין ("תמונה שרופה").  בכיוון ההפוך - אם זמן החשיפה קצר התמונה תראה כהה.
זמן החשיפה הוא אחיד לכל המסך (לפחות במצלמות הסטנדרטיות). לכן יש לקבוע את זמן החשיפה כדי שיתאים גם לכמות האור שבסביבה וגם לאובייקט שאנו רוצים לצלם. באופן זה נקבל תמונה ברורה שמכילה פרטים רבים.

התיאור הזה מתאים למצלמות שחור לבן, אולם במצלמות צבע העיקרון דומה. ההבדל העיקרי הוא שבמצלמות צבע יש חיישנים הרגישים לצבעים שונים, כך שבכל נקודה נמדדת עוצמת האור לפי צבע, ולא רק עוצמת האור הכוללת

אז למה לא רואים כוכבים?
בשל הקרבה הגדולה של כדור הארץ לשמש, הוא מחזיר אור רב  ממנה. הכוכבים שסביבו רחוקים מאיתנו והאור המוחזר (או מוקרן) מהם הוא בעוצמה הרבה, הרבה יותר קטנה מזה של כדור הארץ. בשל האור הרב המוחזר מכדור הארץ, יש לצלם אותו בחשיפה קצרה מאוד, שכן אחרת הוא יראה "שרוף", כלומר לבן לחלוטין ולא ברור. אולם, חשיפה זו תהיה קצרה מדי לכוכבים שסביב, מה שגורם לכך שכלל לא ניתן לראות אותם בתמונה. זו בעצם בחירה בין לראות את כדור הארץ, לבין לראות את הכוכבים.

מה בכל זאת ניתן לעשות בכדי לראות את הכוכבים?
הפתרון הפשוט ביותר הוא לצלם כמה תמונות בחשיפות שונות, ואז "לחבר" אותן באמצעים דיגיטליים.
פתרון כזה הוא בהחלט אפשרי, אבל דורש מעט יותר מאמץ. עד שיוטמע פתרון כזה (מה שכנראה לא יקרה במשימה הנוכחית….) נאלץ "להסתפק" בתמונות של כדור הארץ ללא הכוכבים שמאחוריו.

 קישורים והרחבות:

[1] לפוסט על התמונה שצילמה החללית של SpaceIL
[2] על צמצמים
[3] על CMOS