Jsou barvy v astronomických obrázcích „skutečné“?
Na barevných fotografiích galaxií, hvězd, planet a dalších, to, co vidíte, nemusí nutně to, co dostanete
Barevný pohled na Lynds 483, systém trysek a odtoků ve tvaru přesýpacích hodin ze dvou středních protostarů. Tento obrázek, zachycený Space Telescope James Webb Space Telescope (JWST), používá falešné barvy ke zvýraznění určitých strukturálních detailů. Lynds 483 je příliš rozlehlý, aby se vešel do zorného pole JWST, a tak je na tomto obrázku částečně odříznut.
Když přednáším veřejně řeč o prostoru a předvádím nejnovější oslňující obrázky z Hubbleový vesmírný dalekohled nebo James Webb Space Telescope (JWST), jednou z nejběžnějších otázek, které dostanu, je: „Je to, co tyto objekty opravdu vypadat jako?“ Co to obvykle znamená: Kdybyste byli svědky vlastních očí, je to to, co byste viděli?
Odpověď je téměř vždy ne. Ale není to tak, že astronomové předstírají fotografie! Je to jen to, že kamery (zejména na dalekohledech) a oční bulvy pracují velmi odlišně. Žádná fotografie, včetně těch, které pořídíte se svým smartphonem, nemůže dokonale replikovat, co vaše oko vidí. Nejlepší naše technologie může udělat, je přibližný Co vidíte – a někdy to nechceme dělat ani to.
Ve vašich sítnicích, volané dva druhy buněk pruty a kuželyjsou základem lidské vidění. Tyče nemohou detekovat barvu, ale jsou dobré při registraci nízkých úrovní světla (proto slabé světlo z většiny hvězd vypadá bíle až po neposkytnuté oko). Kužely jsou buňky, které dešifrují barvu, a přicházejí ve třech druzích: každý kužel je citlivý na červené, zelené nebo modré světlo. Barvy, které vnímáme, když se podíváme na objekt, pocházejí ze směsi světla detekovaného kužely. Toto je samozřejmě fenomenálně komplikovanější proces, než jsem právě popsal, ale to je podstata.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Některé digitální kamery mohou tento přístup napodobovat. Místo biologických buněk citlivých na světle mají malé pixely, které v podstatě počítají každý foton, který je zasáhne a ukládá toto číslo elektronicky. V tomto systému má jasnější objekt, který vydává více světla, větší počet fotonů než stmívačský objekt.
Tyto pixely však nejsou schopny rozlišit barvu. Prostě vidí foton a zaznamenávají ho. Pro získání barevných informací může být každý pixel zakryt filtrem, který prochází pouze řadou barev v červené, zelené nebo modré části spektra. Po počtu syrových na pixelových fotonů se objeví barevný obraz-pak seřadí a shrnuto podle specifických barev detekovaného světla.
Tomu se říká tříbarevný obraz a je to blízko toho, co oko vidí. Astronomické kamery obvykle používají větší červené, zelené a modré filtry na celém zorném poli spíše než Drobné filtry To, že kamera smartphonu používá pro jednotlivé pixely, ale konečný výsledek je téměř stejný. V obou případech však barevné filtry obecně nemohou přesně odpovídat barvě odezvy vašich očí, takže obrázek není přesně Co vidíš. Přesto to může být velmi blízko.
Je to dost dobré na to, abychom vytvořili pěknou fotografii – to znamená, že pokud se snažíme pořídit obrázek, který odpovídá tomu, co by oko vidělo. Nazýváme obrázky, jako je tato „skutečná barva“, ačkoliv technicky je to nesprávný název, protože je to opravdu jen aproximace.
Takové obrázky kosmických objektů jsou půvabný (a velmi milovaná veřejností), ale omezené využití pro skutečný vědecký výzkum. Z tohoto důvodu astronomové obecně dávají přednost analýze jakýchkoli barevně filtrovaných obrázků jednotlivě, než aby je kombinovali a vytvořili tříbarevnou fotografii.
Je to proto, že je tu mnohem víc „barvy“, než vytváření pěkných obrázků. Slunce vydává světlo na široké škále vlnových délek– Co nazýváme kontinuálním spektrem – a když se podíváme na květinu, odráží směs těchto vlnových délek světla zpět k nám, které vnímáme jako barvu. Většina hvězd vydává také kontinuální spektrum, ale ne všechny astronomické objekty ano.
Například vodík v plynovém mraku emituje světlo na velmi specifických vlnových délkách, i když většina je na 656 nanometrech (v červené části spektra). Emise, jako je tato, vytváří to, co se nazývá liniové spektrum. Pokud astronomové chtějí vědět, kde je vodík v této mlhovině, používají „úzkopásmové“ filtry, které nechají projít pouze tuto specifickou vlnovou délku světla k dosažení detektoru. Tyto filtry mohou být naladěny tak, aby izolovaly světlo od jakéhokoli z velkého množství atomů a molekul, které by mohly být v oblaku plynu, umožňující měřit složení, teplotu, hustotu, hustotu cloudu a další vlastnosti.
Většina fotografií mlhoviny, které vidíte, používá kombinace těchto úzkých filtrů, takže jak vypadají tyto obrázky, je velmi odlišné od jakéhokoli bezpodnikového zobrazení první osoby, které byste dostali, kdybyste se fyzicky vznášeli poblíž. Proces zobrazování je jiný, takže obrázky Podívejte jiné. A to je v pořádku! Astronomové se nesnaží oklamat vás ani nikoho jiného. Je to jen to, že tyto objekty emitují světlo jinak než kontinuální spektrum, které se naše oči vyvinuly tak, aby vnímaly, ale stále chceme vidět jim. Takže to vytváříme tyto druhy obrázků.
Pro tento proces jsem však nikdy nepřekročil dobré jméno. „Falešná barva“ byla na chvíli populární, ale vypadla z laskavosti, protože to znamená Fakery. „Nepřirozená barva“ je horší. Tato technika však stojí za to pojmenování trápení, protože nám umožňuje přeměnit širší škálu typů světla na obrazy. Některé detektory fotoaparátu jsou citlivé na infračervené světlo –Nejen detektory v JWST ale také ti v novějších chytrých telefonech. Jiní si mohou vyzvednout ultrafialové světlo, rentgenové paprsky a další typy neoptického světla.
To umožňuje vytvoření obrázků se směsí světla z celého elektromagnetického spektra. Můžete například vytvořit obrázek, kde se ultrafialové světlo zobrazuje jako modré, viditelné světlo jako zelené a infračervené jako červené. Satelitní obrázky to zobrazují; Vegetace je vynikající reflektor infračerveného světlaTakže to vypadá jasně červeně na takových obrázcích namísto zeleného zeleného vašeho oka. Astronomické obrázky také často s ještě více barvami: mnoho Hubbleových obrázků například používá pět nebo více filtrů, které jsou pak přiřazeny k různým odpovídajícím barvám. Tento dělá výsledné konečné obrázky obzvláště živéAčkoli tomu tak není, alespoň pokud jde o vaše oči, ve skutečné barvě.
Nakonec způsob vytvoření fotografie závisí na jejím použití. Astronomové někdy používají jednotlivé filtry, více filtrů nebo vůbec žádné, v závislosti na tom, co měří. A obrázky, které vidíte z dalekohledů napříč – a výše – svět může být vytvořen libovolným způsobem, poté vyvážený a jemně zpracován, aby se zvýšila jejich přirozená krása.
Můžete to udělat žádný z nich jsou ve skutečné barvě. Ale znovu, pokud ano byly, Nebyli by schopni odhalit skutečnou povahu objektů emitujících nebo odrážející různé druhy jinak neviditelného světla. Takže v tomto smyslu jsou vše věrný!
