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    為什么韋伯望遠(yuǎn)鏡只能探測(cè)不可見(jiàn)紅外光?
    2022-10-12 09:29:58 來(lái)源:網(wǎng)易科技 編輯:

    詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡所探測(cè)到的只是肉眼不可見(jiàn)的窄帶數(shù)據(jù)。為了讓觀眾看到能產(chǎn)生共鳴的可視化圖像,研究人員會(huì)使用調(diào)色板賦予不同元素各種顏色,經(jīng)過(guò)雜色清除、剪裁翻轉(zhuǎn)等一系列處理,最終生成漂亮的天體圖像。

    在韋伯太空望遠(yuǎn)鏡最早公布的一批照片中,船底座星云的驚人外觀在很大程度上要?dú)w功于阿麗莎·帕甘(Alyssa Pagan)。作為太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所(Space Telescope science Institute)的一名科學(xué)視覺(jué)開(kāi)發(fā)人員,帕甘的工作是將韋伯望遠(yuǎn)鏡捕捉到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為漂亮的可視圖像。

    帕甘稱(chēng)這項(xiàng)工作是數(shù)據(jù)、經(jīng)過(guò)幾十年科學(xué)研究建立起來(lái)的美學(xué)原則和主觀品味之間的“結(jié)合”。望遠(yuǎn)鏡與被觀測(cè)物體之間相隔甚遠(yuǎn)。為了觀測(cè)宇宙中的遙遠(yuǎn)天體,韋伯望遠(yuǎn)鏡使用的是肉眼不可見(jiàn)的紅外光譜。像帕甘這樣的研究人員必須選擇如何將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可視圖像。

    例如,顏色是帕甘經(jīng)常遇到的問(wèn)題。韋伯望遠(yuǎn)鏡收集到經(jīng)過(guò)多次曝光的窄帶數(shù)據(jù),這意味著所探測(cè)天體的紅外光譜波長(zhǎng)范圍非常小,與氫、硫和氧等特定元素的存在相關(guān)。帕甘會(huì)根據(jù)一種叫做彩色排序的原則進(jìn)行上色,比如其中波長(zhǎng)較短的氧用的就是波長(zhǎng)較短的藍(lán)色。然后不同顏色疊加形成整幅圖像的基礎(chǔ)。

    然而,由于氫和硫的波長(zhǎng)都與紅色相關(guān),氫的顏色通常偏黃一些,為的是讓最終畫(huà)面呈現(xiàn)更清晰的細(xì)節(jié)。這就是“哈勃調(diào)色板”的由來(lái)。

    這些圖像有時(shí)被稱(chēng)為偽色。但是帕甘強(qiáng)調(diào),這些顏色都是真實(shí)數(shù)據(jù)的代表。例如,在韋伯望遠(yuǎn)鏡拍攝的船底座星云圖像中,下方的紅色部分主要由氫和硫組成,而上方的藍(lán)色部分主要由氧組成。

    帕甘說(shuō),只有在涂上這些基本色之后,對(duì)天體圖像的處理才會(huì)變成“品味問(wèn)題”。她可能會(huì)把整個(gè)調(diào)色板沿光譜向上或向下移動(dòng),使藍(lán)色顯得偏紫一些,反之亦然。這樣一來(lái),不同元素的對(duì)比度可能會(huì)增強(qiáng)。此外,還要清除望遠(yuǎn)鏡產(chǎn)生的散射光等等。但不同的處理方式就會(huì)得到完全不同的圖像。帕甘說(shuō):“我特別喜歡讓事物變得更加飄渺和神奇。”“我的方法有點(diǎn)異想天開(kāi)——因?yàn)檫@是太空!”

    帕甘們之所以這么做,部分原因也是為喚起人們對(duì)太空?qǐng)D像的共鳴。視覺(jué)文化學(xué)者伊麗莎白·凱斯勒(Elizabeth Kessler)在《描繪宇宙》一書(shū)中調(diào)查了哈勃團(tuán)隊(duì)視覺(jué)開(kāi)發(fā)人員如何讓人們更容易理解宇宙的浩瀚圖景,用圖像喚起人們對(duì)未知的敬畏感。

    這種做法在韋伯望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目中得到了延續(xù)。哈勃望遠(yuǎn)鏡所拍攝的船底座星云圖像名為《丘陵和山谷》。韋伯望遠(yuǎn)鏡拍攝的新圖像稱(chēng)為《宇宙中的懸崖》。

    不過(guò),以這種方式呈現(xiàn)船底座星云也是從美學(xué)角度考慮。凱斯勒特意強(qiáng)調(diào)了剪裁和朝向的重要性。“星云內(nèi)許多區(qū)域都可以看到恒星的誕生。但他們選擇了這個(gè)區(qū)域,并用云邊形成地平線的方式組合起來(lái),”她說(shuō)。

    要知道,太空中沒(méi)有“向上”的概念,雖然從地面拍攝的圖像通常有上北下南的說(shuō)法,但對(duì)太空中的軌道望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō),“北”沒(méi)有任何意義。凱斯勒指出,船底座星云的圖像方向可能是翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的,為的是把塵埃云變成觀眾所熟悉的東西。

    帕甘說(shuō):“畫(huà)面的朝向在一開(kāi)始就決定了,因?yàn)檫@樣感覺(jué)最自然。”“它需要接地氣。這樣就感覺(jué)是一座山。”

    帕甘的工作目的就是讓這些宇宙圖像對(duì)普通觀眾來(lái)說(shuō)更“易于理解”,同時(shí)保持吸引力。凱斯勒說(shuō),圖像處理“真的很有幫助。我們所看到的巨大規(guī)模超出了人類(lèi)的理解。在我們的體驗(yàn)中,最接近我們的就是這些高聳在我們頭頂?shù)纳矫}。”

    這種方法在地面天體攝影中也很受歡迎。根據(jù)科普工作者迪倫·奧唐奈(Dylan O’Donnell)的說(shuō)法,部分原因是使用窄帶方法有助于避免光污染問(wèn)題。奧唐奈說(shuō),地面相機(jī)會(huì)被建筑物和街道的光線淹沒(méi)。但是,通過(guò)保留非常小的波段,“這可以讓位于城市中心的人們拍攝到與哈勃圖像相似的圖像。”當(dāng)然,處理圖像時(shí)可以使用各種各樣的調(diào)色板來(lái)對(duì)窄帶數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋。例如,另一種流行方法是以加拿大法國(guó)夏威夷望遠(yuǎn)鏡命名的“CFHT調(diào)色板”。

    哈勃調(diào)色板和CFHT調(diào)色板的區(qū)別主要來(lái)自于色度排序的復(fù)雜性。哈勃根據(jù)不同波長(zhǎng),讓氫呈現(xiàn)出紅偏黃的顏色,而CFHT調(diào)色板卻將硫推到了光譜上端,產(chǎn)生了突出不同細(xì)節(jié)的綠紫色星云。“這不會(huì)改變科學(xué),”CFHT天文學(xué)家海瑟·弗盧埃林(Heather Flewelling)說(shuō),“只是讓某些特征更明顯。”

    不同探測(cè)波長(zhǎng)和調(diào)色板都有許多種組合,所有這些都會(huì)產(chǎn)生不同的數(shù)據(jù)顯示方式以及完全不同的審美體驗(yàn)。

    選擇什么樣的調(diào)色板是個(gè)人喜好問(wèn)題。盡管奧唐奈說(shuō)大多數(shù)人更喜歡盡可能地保持自然,但他自己的工作也強(qiáng)調(diào)了使用偽色來(lái)展現(xiàn)細(xì)節(jié)的好處。他曾拍攝了兩張鷹狀星云照片,一張使用真色,另一張使用哈勃調(diào)色板進(jìn)行處理。通過(guò)比較,后者更能展現(xiàn)出星云結(jié)構(gòu)和深度。在哈勃調(diào)色板的藍(lán)色背景下,黃白色的塵埃顯得非常突出細(xì)致,而在真色版圖像中,各種深淺不一的粉色顯得更平淡,也更難分辨細(xì)節(jié)特征。

    但奧唐奈說(shuō),由于太多人使用哈勃調(diào)色板,導(dǎo)致這種色調(diào)的圖像看起來(lái)“有點(diǎn)濫”。

    關(guān)鍵詞: 韋伯望遠(yuǎn)鏡 韋伯望遠(yuǎn)鏡壯觀照片 望遠(yuǎn)鏡壯觀照片 不可見(jiàn)紅外光

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