撮影監督のグリーグ・フレイザーが、映画『プロジェクト・ヘイル・メアリー』の重要なトンネルシーンにおけるライティングの難しさと、本作が自身のキャリアで最も過酷なプロジェクトであったことを明かした。このシーンでは、ライアン・ゴズリング演じる主人公ライランド・グレースが、異星人ロッキーと初めて対面するため、ゼノナイト製のトンネルを約21メートル（70フィート）にわたって歩く。フレイザーはロンドンからVariety誌に対し、その革新的な撮影手法を解説した。
『THE BATMAN－ザ・バットマン－』、『DUNE/デューン 砂の惑星』、『ローグ・ワン/スター・ウォーズ・ストーリー』などで知られるグリーグ・フレイザーは、全長約21メートルのトンネル内にリアルな太陽光の演出を作り出す苦労について語った。架空の素材ゼノナイトで構築されたこのトンネルは、光を透過させつつも、入り口に神秘的で不気味な雰囲気を漂わせる必要があった。深海探査艇の映像から着想を得たフレイザーのチームは、多数の古いタングステンライトをリグに組み込み、ピクセルマッピングを行うことで回転する太陽を再現した。LEDでは必要な光量を確保できなかったため、こうした伝統的な光源に頼ったと、現在サム・メンデス監督によるビートルズの伝記映画を撮影中のロンドンから、Zoomを通じたインタビューでフレイザーは語った。フレイザーはさらに、オンラインで購入したレインボーフィルターを使用して、作品のモチーフとなる多色のレンズフレアを作り出した。ワイドスクリーンでの見栄えを考慮し、製作陣はAlexa 65カメラを使用してレンズを縦方向にスクイーズし、フレアが上方向に伸びるように調整した。この選択は、『惑星ソラリス』や『エイリアン』、『2001年宇宙の旅』といった1970年代から1980年代の映画に見られるアナログな質感を求めた、フィル・ロードとクリストファー・ミラー両監督の意向に沿ったものだ。プロダクション・デザイナーのチャールズ・ウッドとの緊密な連携により、トンネルの内装は、透明やプラスチックのように見せることなく、絶妙な光の透過を実現する仕上がりとなった。異星人ロッキーのライティングも特に難解で、表情を持たない岩のようなパペットに対し、動きだけで感情を表現させるために正面からのライティングが求められた。「ただの難題ではない。難題の上に難題が重なるようなものだった」とフレイザーは振り返る。アンディ・ウィアーの小説を原作とする本作は、地球を救う星間ミッションに駆り出された科学教師ゴズリングの姿を描き、典型的な冷徹な宇宙の映像とは異なり、より温かみのあるオレンジ色の色調が特徴となっている。
