Wszyscy widzieliśmy piękne obrazy kosmosu, z żywymi spiralami i jasnymi gwiazdami rozciągającymi się w czarnej pustce. Kiedy pomyślisz, jak szybko możesz zrobić kolorowe zdjęcie telefonem komórkowym, możesz pomyśleć, że złożone teleskopy kosmiczne automatycznie tworzą kolorowe zdjęcia.
W załączeniu zdjęcia wykonane przez ekspertów
Według tureckiej popularnonaukowej żaden aparat cyfrowy od telefonu do Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba nie widzi w kolorze. Aparaty cyfrowe rejestrują obrazy jako grupy zer i jedynek, aby obliczyć ilość światła docierającego do ich czujników. Każdy piksel ma filtr koloru (czerwony, zielony lub niebieski), który przepuszcza tylko określone długości fal światła. Filtry te są ułożone we wzór (zwykle ciągły kwadrat czterech pikseli, zwany wzorem Bayera), dzięki czemu sprzęt komputerowy aparatu łączy przechwycone dane w pełnokolorowy obraz. Niektóre aparaty cyfrowe rozdzielają filtry kolorów na trzy oddzielne czujniki, a dane z tych czujników są łączone w pełnokolorowy obraz. Jednak kamery lornetkowe muszą rejestrować obrazy przez jeden filtr na raz. Obrazy te muszą następnie zostać połączone przez ekspertów.
Łączenie tych warstw jest na naszych smartfonach niesamowicie szybkie. Ponieważ jednak teleskopy to złożone, naukowe monstra, uzyskanie wyników, które znamy i kochamy, wymaga nieco więcej wysiłku. Ponadto, gdy patrzymy na wszechświat, astronomowie wykorzystują długości fal światła, których nasze oczy nawet nie widzą (np. podczerwień i promieniowanie rentgenowskie). Dlatego też powinny być one również reprezentowane przez kolory tęczy. Należy podjąć wiele decyzji dotyczących kolorowania obrazów kosmicznych. Nasuwa się tu pytanie: kto i w jaki sposób tworzy te obrazy?
Jeśli chodzi o wyniki, jakie widzimy w JWUT, przetwarzanie danych naukowych w piękne kolorowe obrazy to dosłownie praca na pełny etat. Specjaliści od wizualizacji nauki w Instytucie Naukowym Teleskopów Kosmicznych w Baltimore łączą obrazy i obserwacje z różnych instrumentów teleskopu. W dodatku sztuczne, czyli pojawiające się na zdjęciu i nie do końca realne; Są one po prostu usuwane w wyniku działania instrumentów teleskopowych i sposobu przetwarzania danych cyfrowych. Mogą to być ślady pozostawione przez zbłąkane promienie kosmiczne, przesycenie jasnych gwiazd lub szum z detektora.
Eksperci ci muszą zrównoważyć ciemne i jasne wartości obrazu przed rozważeniem koloru. Kamery naukowe są zaprojektowane tak, aby rejestrować szeroki zakres jasności, którego nasze oczy nie są w stanie wykryć. Oznacza to, że surowe obrazy z teleskopów często wydają się nam zbyt ciemne i trzeba zwiększyć jasność obrazu, aby cokolwiek zobaczyć.
Jeśli uzyska się obrazy czarno-białe z widocznymi szczegółami, zaczną one dodawać koloru. „Różne teleskopy mają filtry wrażliwe tylko na określone długości fal, a obrazy przestrzeni barw, które widzimy, są kombinacją oddzielnych ekspozycji wykonanych przez te różne filtry” – mówi astronomka z Uniwersytetu Michigan, Katya Kozman. Przypomina to aparat w telefonie, który właśnie opisaliśmy. „Każdy filtr znajduje się na oddzielnym kanale kolorów; Możemy przypisać go do czerwieni, zieleni czy błękitu, czyli podstawowych barw światła widzialnego. Po nałożeniu, issssssssssssssssssssssss, mówi Gossman, uzyskujemy te wspaniałe kolorowe obrazy, do których przywykliśmy oglądać w mediach i znajdować je w podręcznikach.
Ostateczna decyzja zależy oczywiście od tego, z jakim rodzajem obrazu danych będą musieli najpierw pracować specjaliści od obrazu. Zespół badawczy często wybierał różne kolory, aby podkreślić, że NIRCam i MIRI (dwie internetowe kamery na podczerwień) rejestrują różne długości fal (odpowiednio bliską i średnią podczerwień). Na przykład obserwacje pozostałości po supernowej Cassiopeia A prowadzone przez JWUT ujawniły bąbel emitujący światło o określonej długości fali, które na obrazie MIRI wydaje się zielone, tworząc tak zwanego „zielonego potwora”. Bez tej wizualizacji astronomowie mogli nie zauważyć interesującej cechy, która zapewnia wgląd w proces umierania gigantycznych gwiazd. Po kilku badaniach zdali sobie sprawę, że Zielony Potwór to pole gruzu zakłócone przez potężny wiatr wywołany eksplozją supernowej.
Od niewidzialnego do widzialnego
Ogólnie rzecz biorąc, eksperci od obrazowania starają się, aby wszystko było jak najbliżej rzeczywistości. Na przykład, jeśli teleskop obserwuje światło widzialne, długości fal są bezpośrednio powiązane z kolorami, które widzimy. Muszą jednak wybrać, jakich widocznych kolorów użyć dla części widma, których nasze oczy nie widzą. Tutaj robi się trochę artystycznie, a kolory dobiera się nie tylko w oparciu o naukową dokładność, ale też to, co wygląda najlepiej. Typowa procedura dla JWUT i Hubble'a; Używa koloru niebieskiego dla krótszych fal, czerwonego dla dłuższych fal i zielonego dla fal pośrednich. Jeśli do wyboru jest więcej niż trzy filtry (jak to często ma miejsce w przypadku JWUT; szczególnie w przypadku korzystania z więcej niż jednego z ich urządzeń z najwyższej półki), czasami dodają fiolet, cyjan i pomarańcz dla innych długości fal od czerwonego, zielonego, i pomarańczowy. I niebieski.
Ale kolorowe zdjęcia to coś więcej niż tylko ładny obraz; Są one rzeczywiście bardzo przydatne dla nauki. Astronom Mark Babinczak z Amerykańskiego Muzeum Historii Naturalnej twierdzi, że ludzki mózg lepiej radzi sobie z rozpoznawaniem wzorów w kolorze; Podobnie jak skanowanie mapy z oznaczonymi kolorami liniami metra lub rozpoznanie, że „czerwone światło oznacza stop, zielone oznacza idź”. „Są to codzienne przykłady szybkiego przedstawiania i przetwarzania informacji społecznościowych za pomocą koloru” – dodaje. „Naukowcy chcą użyć tego samego narzędzia. Ale jest to wiedza naukowa, a nie społeczna. „Jeśli promienie rentgenowskie są czerwone, a ultrafioletowe niebieskie, możemy bardzo szybko zinterpretować energetyczne światło, wykraczające poza to, co potrafią ludzie”. Rezultatem jest wizualna reprezentacja ogromnych ilości danych; znacznie więcej, niż można przetworzyć gołym okiem lub po prostu w czerni i bieli.
Na przykład, jak wyjaśnia Gossman, obrazy pomagają zidentyfikować, „gdzie w obiekcie zachodzą różne procesy fizyczne, na przykład miejsca powstawania gwiazd w galaktyce lub miejsca, w których wokół mgławicy znajdują się różne pierwiastki”. gromada wiodąca ujawniła nawet ciemną materię wokół takich galaktyk.
Innym szczególnie nowatorskim i interesującym przykładem kolorowania obrazu jest przypadek Neptuna. Ciemnoniebieskie zdjęcie tego lodowego świata wykonane przez misję Voyager w rzeczywistości nie odzwierciedla jego prawdziwych kolorów, jakie widzimy na własne oczy; Zamiast tego wygląda jak blada twarz Urana. „Astronomowie w latach 80. faktycznie rozciągali i zmieniali obrazy Neptuna, aby zapewnić większy kontrast niektórym jego słabszym rysom, co dało w rezultacie ciemnoniebieski odcień, który sprawia, że wygląda on zupełnie inaczej w porównaniu z Uranem” – wyjaśnia Kossmann. „Astronomowie o tym wiedzą, opinia publiczna nie. „To dobry przykład tego, jak ponowne przetwarzanie tych samych danych na różne sposoby może prowadzić do zupełnie innych reprezentacji”.
Analiza obrazu i znajdowanie sposobów zobaczenia wszechświata poza zasięgiem naszych ograniczonych ludzkich oczu zawsze była ważną częścią astronomii. Możesz spróbować sobie z tym poradzić samodzielnie; NASA publikuje dane JWUT publicznie i organizuje otwarte dla wszystkich forum astrofizyczne. Teraz, gdy spojrzysz na piękne zdjęcie kosmosu, możesz pomyśleć o nim jako o wspaniałym połączeniu nauki i sztuki.
„Profesjonalny guru sieci. Przyjazny odkrywca. Miłośnik jedzenia. Ogólny rozrabiaka. Miłośnik telewizji. Nieuleczalny fanatyk piwa”.