Πώς χρωματίζονται οι εικόνες του τηλεσκοπίου Webb;

Μια ασπρόμαυρη εικόνα ενός νεφελώματος έρχεται σε αντίθεση με μια έγχρωμη εικόνα, το αποτέλεσμα της εργασίας επεξεργασίας των επιστημόνων.

Στα αριστερά είναι μια μονόχρωμη εικόνα που δείχνει τα υπέρυθρα δεδομένα του Webb του Νεφελώματος του Νότιου Δακτυλίου. Στα δεξιά υπάρχει μια επεξεργασμένη εικόνα που δείχνει την ίδια έγχρωμη προβολή.
Εικόνα: Gizmodo/NASA, ESA, CSA και STScI

Στις 12 Ιουλίου, το πρώτες έγχρωμες εικόνες από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Webb έδειξε αμέτρητα νεφελώματα, γαλαξίες και έναν αέριο εξωπλανήτη που δεν μοιάζει με τίποτα άλλο. Αλλά ο Webb συλλέγει μόνο υπέρυθρο και κοντινό υπέρυθρο φως, το οποίο το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να δει – από πού λοιπόν προέρχονται αυτά τα όμορφα χρώματα;

Οι προγραμματιστές εικόνων στην ομάδα του Webb έχουν καθήκον να μετατρέψουν τα δεδομένα εικόνας υπέρυθρων από το τηλεσκόπιο σε μερικές από τις πιο ζωντανές όψεις του σύμπαντος που είχαμε ποτέ. Αποδίδουν διάφορα μήκη κύματος υπέρυθρων στα χρώματα του ορατού φάσματος, τα γνωστά κόκκινα, μπλε, κίτρινα κ.λπ. Αλλά ενώ οι επεξεργασμένες εικόνες της ομάδας Webb δεν είναι Κυριολεκτικά αυτό που είδε το τηλεσκόπιο, δεν είναι καθόλου ακριβείς.

«Προσπαθώ να αλλάξω τη γνώμη των ανθρώπων είναι να σταματήσω να προσκολλώνται στην ιδέα «πώς θα ήταν αν μπορούσα να πετάξω εκεί έξω με ένα διαστημόπλοιο και να το κοιτάξω;» “Ο Joe DePasquale, ανώτερος προγραμματιστής εικόνων δεδομένων στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου, είπε σε τηλεφωνική επικοινωνία με το Gizmodo. “Δεν ρωτάς έναν βιολόγο αν μπορείς με κάποιο τρόπο να συρρικνωθείς στο μέγεθος ενός πλανήτη. “ένα κύτταρο και το ρολόι ο κορωνοϊός.’

Οι εικόνες MIRI (αριστερά) και NIRCam (δεξιά) του βαθύ πεδίου SMACS 0723 δείχνουν τον διαφορετικό χώρο εικόνας των δύο οργάνων.

του Webb πρώτες δοκιμαστικές εικόνες βοήθησε να ελέγξει την ευθυγράμμιση των καθρεφτών του και απαθανάτισε τον α πορτοκαλί φωτογραφία του Μεγάλου Νέφους του Μαγγελάνου. Αυτά τα πρώιμα στιγμιότυπα δεν ήταν αντιπροσωπευτικές έγχρωμες εικόνες. Ο ένας χρησιμοποίησε ένα μονοχρωματικό φίλτρο (η εικόνα του ήταν σε κλίμακα του γκρι) και ο άλλος απλώς μετέφρασε το υπέρυθρο φως στις κόκκινες έως κίτρινες ορατές χρωματικές ζώνες, έτσι ώστε η ομάδα να μπορεί να δει ορισμένα χαρακτηριστικά του σύννεφου που είχαν φανταστεί. Αλλά τώρα, με το τηλεσκόπιο σε λειτουργία, οι εικόνες που κυκλοφόρησαν είναι γεμάτες με λαμπερά χρώματα, όπως αυτή η πρόσφατη πορτρέτο γαλαξία με τροχό καρότσι.

Astronomy is often done outside the visible spectrum, because many of the most interesting objects in space are shining brightly in ultraviolet, x-rays, and even radio waves (which category light falls into depends on the photon’s wavelength). The Webb Telescope is designed to see infrared light, whose wavelengths are longer than red visible light but shorter than microwaves.

Infrared light can penetrate thick clouds of gas and dust in space, allowing researchers to see previously hidden secrets of the universe. Especially intriguing to scientists is that light from the early universe has been stretched as the universe has expanded, meaning what was once ultraviolet or visible light may now be infrared (what’s known as “redshifted” light).

A graph showing how infrared waves are slightly longer than visible light waves, making them redder than the reddest visible light.

“These are instruments that we’ve designed to extend the power of our vision, to go beyond what our eyes are capable of doing to see light that our eyes are not sensitive to, and to resolve objects that we can probably see with just our eyes,” DePasquale said. “I’m trying to bring out the most detail and the most richness of color and complexity that’s inherent in the data without actually changing anything.”

Webb’s raw images are so laden with data that they need to be scaled down before they can be translated into visible light. The images also need to be cleaned of artifacts like cosmic rays and reflections from bright stars that hit the telescope’s detectors. If you look at a Webb image before processing work is done, it’ll look like a black rectangle peppered with some white dots.

A raw image of the Carina Nebula as seen by NIRCam is mostly black to the human eye, with some white specks from some light sources. It is clear that infrared light cannot be seen by the human eye.

A raw image of the Carina Nebula as seen by NIRCam, before the infrared light is translated into visible wavelengths.
Image: Space Telescope Science Institute

The Cosmic Cliffs of the Carina Nebula are a vivid rust color against the deep blue of ionized gas and deep space.

“I think there’s some connotations that go along with ‘colorizing’ or ‘false color’ that imply there’s some process going on where we’re arbitrarily choosing colors to create a color image,” DePasquale said. “Representative color is the most preferred term for the kind of work that we do, because I think it encompasses the work that we do of translating light to create a true color image, but in a wavelength range that our eyes are not sensitive to.”

Longer infrared waves are assigned redder colors, and the shortest infrared wavelengths are assigned bluer colors. (Blue and violet light has the shortest wavelengths within the visible spectrum, while red has the longest.) The process is called chromatic ordering, and the spectrum is split into as many colors as the team needs to capture the full spectrum of light depicted in the image.

“We have filters on the instruments that collect certain wavelengths of light, which we then apply a color that is most closely what we think it will be on the [visible] φάσματος», είπε η Alyssa Pagan, προγραμματίστρια επιστημονικών οπτικών στο Επιστημονικό Ινστιτούτο Διαστημικού Τηλεσκοπίου, σε τηλεφωνική επικοινωνία με το Gizmodo.

Η χρωματική σειρά εξαρτάται επίσης από τα στοιχεία που απεικονίζονται. Όταν εργάζεστε με μήκη κύματος στενής ζώνης στο οπτικό φως – οξυγόνο, ιονισμένο υδρογόνο και θείο, προτείνει ο Pagan – τα δύο τελευταία εκπέμπουν κόκκινο. Έτσι, το υδρογόνο θα μπορούσε να μετακινηθεί προς το πράσινο ορατό φως, προκειμένου να δώσει περισσότερες πληροφορίες στον θεατή.

«Είναι μια ισορροπία μεταξύ τέχνης και επιστήμης, γιατί θέλετε να δώσετε έμφαση στην επιστήμη και τη λειτουργικότητα, και μερικές φορές αυτά τα δύο πράγματα δεν συνεργάζονται απαραίτητα», πρόσθεσε ο Pagan.


Οι πρώτες αντιπροσωπευτικές έγχρωμες εικόνες του Webb κυκλοφόρησαν στις 12 Ιουλίου, περισσότερο από έξι μήνες μετά την εκτόξευση του τηλεσκοπίου από ένα διαστημικό λιμάνι της ESA στη Γαλλική Γουιάνα. Από εκεί, ο Webb ταξίδεψε περίπου ένα εκατομμύριο μίλια στο L2, ένα σημείο στο διάστημα όπου τα βαρυτικά φαινόμενα επιτρέπουν στα διαστημόπλοια να παραμένουν στη θέση τους χωρίς να καίνε πολλά καύσιμα.

Το τηλεσκόπιο αναπτύχθηκε στο δρόμο του προς το L2, οπότε μόλις εκεί, οι επιστήμονες της αποστολής μπόρεσαν να αρχίσουν να ευθυγραμμίζουν τους καθρέφτες του παρατηρητηρίου $10 δισεκατομμυρίων και να θέσουν σε λειτουργία τα όργανά του. Το τηλεσκόπιο διαθέτει τέσσερα όργανα: μια κάμερα εγγύς υπέρυθρη (NIRCam), έναν φασματογράφο εγγύς υπέρυθρο, ένα όργανο μεσαίου υπέρυθρου (MIRI) και έναν ακριβή αισθητήρα καθοδήγησης και φασματογράφο χωρίς σχισμή για να σημαδεύει με ακρίβεια στόχους και να χαρακτηρίζει ατμόσφαιρες εξωπλανητών.

Οι ογκώδεις ποσότητες σκόνης σε ορισμένους γαλαξίες και νεφελώματα είναι διαφανείς στο NIRCam, επιτρέποντάς του να συλλαμβάνει φωτεινά αστέρια σε μικρότερα μήκη κύματος. Το MIRI, εν τω μεταξύ, μπορεί να παρατηρήσει δίσκους ύλης που θα δώσουν τη θέση τους σε πλανήτες καθώς και σκόνη που θερμαίνεται από το φως των αστεριών.

Όταν οι εικόνες των τηλεσκοπίων συρράπτονται μεταξύ τους, οι επεξεργαστές εικόνας συνεργάζονται με τους επιστήμονες οργάνων για να αποφασίσουν ποια χαρακτηριστικά ενός δεδομένου αντικειμένου πρέπει να τονιστούν στην εικόνα: το καυτό του αέριο, ίσως, ή μια σκονισμένη ουρά και κρύο.

Ένα γαλαξιακό κουιντέτο που φαίνεται σε τρία μεσαία υπέρυθρα φίλτρα.  Στο μέσο υπέρυθρο, μια μωβ απόχρωση κυριαρχεί στους εστιασμένους γαλαξίες, ενώ οι γαλαξίες φόντου είναι μια συλλογή από κόκκινα, κίτρινα και μπλε.

Όταν ο Webb απεικόνισε το Κουιντέτο του Stephan, μια οπτική ομαδοποίηση πέντε γαλαξιών, το τελικό προϊόν ήταν μια εικόνα 150 εκατομμυρίων pixel αποτελούμενη από 1.000 εικόνες που τραβήχτηκαν τόσο από το MIRI όσο και από το NIRCam. Όταν μόλις το δει το MIRI, όμως, η καυτή σκόνη κυριαρχεί στην εικόνα. Στο φόντο των εικόνων MIRI, μακρινοί γαλαξίες λάμπουν σε διαφορετικά χρώματα. Ο DePasquale είπε ότι η ομάδα τους αποκαλεί “μπόουλινγκ”.

Οι DePasquale και Pagan βοήθησαν στη δημιουργία των εικόνων Webb όπως θα τις βλέπαμε τελικά, πλούσιες σε χρώμα και κοσμικό νόημα. Στην περίπτωση της πανοραμικής λήψης των κοσμικών βράχων του νεφελώματος Carina, διαφορετικά φίλτρα κατέλαβαν το ιονισμένο μπλε αέριο και την κόκκινη σκόνη. Κατά τη διάρκεια των πρώτων περασμάτων πάνω από την εικόνα του νεφελώματος, το αέριο έκλεισε τη δομή της σκόνης, οι επιστήμονες έδωσαν εντολή στην ομάδα επεξεργασίας εικόνας να «μειώσει λίγο το αέριο», είπε ο Pagan.

Η συλλογή του φωτός στους εξαγωνικούς καθρέφτες του Webb είναι μόνο η μισή μάχη όταν πρόκειται να δούμε το μακρινό σύμπαν. Η μετάφραση αυτού που υπάρχει είναι ένα άλλο θηρίο εντελώς.

READ  Η πρώτη πτήση του Άρη ξεκλειδώθηκε και 5 ακόμη κορυφαίες ιστορίες διαστήματος και επιστήμης αυτήν την εβδομάδα

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται.