Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zadziwił ostatnio świat Pierwsze zdjęcia kosmosuwłącznie z obraz głębokiego pola To pokazało wszechświat w podczerwieni głębiej niż kiedykolwiek wcześniej.
Ale nie możesz po prostu skierować teleskopu na punkt w przestrzeni i zrobić zdjęcie. Dane zebrane przez Webba muszą zostać przetłumaczone ze światła podczerwonego na światło widzialne i przetworzone na obraz, zanim zostaną udostępnione opinii publicznej.
Przetworzenie tych danych w piękne obrazy to zadanie Joe DiPasquale z Space Telescope Science Institute, który był odpowiedzialny za przetworzenie niektórych z pierwszych obrazów Jamesa Webba, w tym kultowego głębokiego pola. Powiedz nam, czego potrzeba, aby te niesamowite dane ożyły.
obrotowe koło filtrów
Aby zebrać dane na temat wielu różnych typów celów, które James Webb zauważy, od czarnych dziur po egzoplanety, jego instrumenty muszą być w stanie dokonywać odczytów na różnych długościach fal w podczerwieni. Aby to zrobić, jej narzędzia są uzbrojone w koła filtracyjnektóre są wirnikami z różnych materiałów, z których każdy przepuszcza światło o różnych długościach fal.
Naukowcy wybierają instrumenty i długości fal, które chcą wykorzystać w swoich obserwacjach, a koła filtrów obracają się, aby ustawić odpowiedni element przed czujnikami instrumentu. Podczas gdy wprowadzanie ruchomych części do tak złożonej technologii zawsze było ryzykowne, inżynierowie są tak dobrze zorientowani w pracy z tego typu instrumentami, że podobne koła filtrujące są używane w innych teleskopach kosmicznych, takich jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a, Hubble’a. Kosmiczny Teleskop i Obserwatorium Chandra dla promieni rentgenowskich.
„To niewiarygodne, że te statki kosmiczne mają te ruchome części, które przetrwają lata i są gotowe do lotu i odporne na promieniowanie” – powiedział DiPasquale.
Kiedy Webb zauważy cel, przeszuka najpierw jeden filtr, potem drugi, a w razie potrzeby więcej. W przypadku pierwszego zdjęcia głębokiego pola Webba dane zostały pobrane przy użyciu sześciu filtrów, z których każdy tworzy czarno-biały obraz. Każdy filtr był używany przez 2 godziny ekspozycji, co łącznie daje 12 godzin czasu obserwacji.
Po zebraniu danych są one wysyłane do zespołów oprzyrządowania w celu wstępnego przetworzenia; Następnie jest dostarczany do DePasquale. „Dostajesz sześć pojedynczych zdjęć, z których każde odpowiada filtrowi, za pomocą którego zostało zrobione” – powiedział. Jego zadaniem jest przekształcenie tych sześciu czarno-białych zdjęć w jeden z niesamowitych obrazów kosmosu, które uwielbiamy podziwiać.
Połącz czerń i biel, aby stworzyć kolor
DePasquale otrzyma różną liczbę obrazów w zależności od liczby filtrów wybranych przez badaczy, a następnie połączy je w jeden obraz. Przypisując dane z tych filtrów do kanałów kolorów, tworzy kolorowy obraz. W tej pracy będzie używał połączenia ogólnego oprogramowania do edycji grafiki, takiego jak Adobe Photoshop, i specjalistycznego oprogramowania astronomicznego, takiego jak PixInsight, które zostało pierwotnie opracowane dla astrofotografii amatorskiej.
Filtry można mapować do kanałów na różne sposoby, ale zazwyczaj DePasquale twierdzi, że będzie mapować do kanałów czerwonego, zielonego i niebieskiego lub RGB, które są zwykle używane do zdjęć cyfrowych.
„Łączenie rzeczy w RGB zwykle tworzy bardziej naturalnie wyglądający obraz, ponieważ sprowadza się to do natury naszych oczu i tego, jak widzą światło” – powiedział. „Mamy czopki w naszych oczach, które reagują na czerwone, zielone i niebieskie światło. Więc nasze oczy są naprawdę przygotowane do interpretacji świata w ten sposób.”
W obrazie głębokiego pola wziął sześć filtrów — F090W, F150W, F200W, F277W, F356W i F444W, które zostały nazwane zgodnie z obserwowaną długością fali — i połączył dwa filtry o najkrótszej długości fali w kolorze niebieskim, ze średniej długości fali na zielony. , a najdłuższa długość fali zmieniła się na zieloną na zieloną. Następnie są one łączone za pomocą trybu mieszania ekranu programu Adobe Photoshop, który dodaje warstwy w celu utworzenia kolorowego obrazu.
Na innych zdjęciach, takich jak zdjęcie Webba Mgławica Carina, przetworzony przez koleżankę z DePasquale, Alyssę Pagan, przypisał kolor każdemu z sześciu różnych filtrów, aby wybrać wszystkie różne cechy mgławicy. Ale to nie działało dobrze w głębokim polu.
„Starałem się nadać każdemu filtrowi własny, niepowtarzalny kolor” – powiedział DePasquale. „To może stworzyć piękny obraz, ale w przypadku głębokiego pola nie było to naprawdę dobre. Tworzyło to dziwne kolorowe artefakty, a galaktyki nie pokazywały się tak, jak powinny. Więc przyjąłem to podejście i to mnie zmusiło bardziej naturalnie wyglądający kolorowy obraz”.
Lepiej wyglądający obraz
Dlatego biznes przetwarzania obrazu wymaga artystycznego dotyku, a także naukowego zrozumienia. Zadaniem kreatora jest stworzenie obrazu, który dokładnie przedstawia dane i jest atrakcyjny wizualnie.
Po prostu łącząc dane z różnych filtrów, DePasquale dostosowuje poziomy kolorów obrazu, aby stworzyć coś atrakcyjnego, ale w sposób oparty na zasadach astrologicznych. Jeśli chodzi o obraz głębokiego pola Webba, dostosował kolory w oparciu o użycie określonej galaktyki spiralnej jako białego punktu odniesienia i pustego kawałka nieba jako szarego tła.
„Kiedy mamy obraz głębokiego pola lub obraz z wieloma galaktykami w tle, moje podejście polega na ogół na używaniu galaktyk spiralnych zwróconych do twarzy jako białego punktu odniesienia dla całego obrazu” – wyjaśnił.
„Dzieje się tak dlatego, że skierowane do siebie galaktyki spiralne będą wyświetlać pełne spektrum gwiazd, od najmłodszych do najstarszych, reprezentujących wszystkie możliwe kolory w gwiazdach” – powiedział. „Więc przechodzimy od jasnego błękitu młodych gwiazd do starych żółtych gwiazd i wszystkiego pomiędzy. Więc jeśli użyjesz tego jako białego punktu odniesienia, uzyskasz naprawdę dobrze wyważony obraz.”
wygląd głębokiego pola
Jak dotąd mamy tylko dwa obserwatoria zdolne do tworzenia obrazów głębokiego pola: Hubble’a i Sieć. Hubble pracuje w zakresie światła widzialnego, a Webb w podczerwieni, ale oba rejestrują widoki odległych galaktyk w ciemnych częściach nieba. Interesujące jest porównanie wyglądu głębokich pól z każdego z nich i zobaczenie, jak się różnią.
Obrazy z Webba będą miały unikalny wygląd w porównaniu do obrazów z innych teleskopów, takich jak Hubble. Jest to najbardziej widoczne w sposobie, w jaki pojawiają się jasne gwiazdy, z ośmioma różnymi wysokościami dyfrakcyjnymi. Jest to spowodowane kształt lustra internetowego Wiąże się to z obrazami wykonywanymi przez teleskop.
Ale ogólnie rzecz biorąc, DePasquale mówi, że dąży do osiągnięcia ogólnej spójności między obrazami zebranymi przez Webba i tymi zebranymi przez Hubble’a. W końcu, bez względu na sposób zbierania danych, przedstawione obiekty są takie same.
Jeśli chodzi o zdjęcia w głębokim polu, „Pracuję nad tym od wielu lat” – powiedział DePasquale. „Więc mam intuicyjne wyczucie tego, jak powinna wyglądać. I wiem, że skierowana galaktyka spiralna powinna mieć określony wygląd, odległe smugi powinny mieć określony kolor, a wszystko pomiędzy powinno wyglądać naturalnie. ”
filozofia podczerwieni
Jedna duża różnica między Webbem a Hubble’em polega na tym, że Webb może patrzeć na bardziej odległe galaktyki niż Hubble, a wiele z tych galaktyk jest tak daleko, że ich światło potrzebuje dużo czasu, aby do nas dotrzeć. Gdy wszechświat rozszerza się w tym czasie, światło to jest przesuwane z długości fali światła widzialnego na promieniowanie podczerwone w procesie zwanym przesunięciem ku czerwieni.
Rodzi to zagadkę: w jaki sposób procesory obrazu powinny wyświetlać galaktykę, która byłaby niewidoczna dla naszych oczu z powodu przesunięcia ku czerwieni, ale emitowałaby światło widzialne, gdyby znajdowała się przed nami? Głębokie pole Webba jest pełne takich przesuniętych ku czerwieni galaktyk, a nawet stosunkowo najbliższa większa grupa galaktyk na zdjęciu również uległa przesunięciu ku czerwieni.
Niektórzy ludzie będą mieli filozoficzną argumentację na temat kolorów na tym zdjęciu, ponieważ gromada galaktyk jest już odległa o cztery i pół miliarda lat świetlnych. Więc technicznie powinno być przesunięte na czerwony. Powinno być o wiele bardziej czerwone, niż wygląda” – powiedział DePasquale.
Zamiast tego zdecydował się przedstawić dane w sposób, który łagodzi przesunięcie ku czerwieni i używa szerszej gamy kolorów, aby podać więcej informacji.
„Zamiast nałożyć na cały obraz czerwony blok”, powiedział, „uczyńmy galaktykę spiralną, którą widzimy na tym zdjęciu, jako biały punkt odniesienia, tak aby gromada była teraz biała, a nie żółta”. „A potem otrzymujesz informacje o kolorze ze wszystkiego innego za nimi. Tak więc naprawdę odległe galaktyki teraz pojawiają się na tym zdjęciu jako czerwone kropki, a inne rzeczy, które są bliższe, są mniej czerwone.”
historia internetowa
Takie podejście nie tylko pomaga widzom dostrzec różnorodność galaktyk w głębokim polu, ale także podkreśla szczególne zdolności Webba.
„Historia z Webbem polega na tym, że widzi on galaktyki daleko i daleko, podczas gdy Hubble zbliża się do punktu, w którym nie może już widzieć, ponieważ przełączyły się na czerwone światło w świetle podczerwonym” – powiedział.
To właśnie ta umiejętność wyszukiwania tych galaktyk o wysokim przesunięciu ku czerwieni umożliwi Webbowi zobaczenie niektórych z najstarszych galaktyk, które powstały w bardzo młodym wszechświecie. Nie chodzi o to, że Webb jest po prostu potężniejszy niż Hubble, ale raczej o to, że patrzy na różne części widma elektromagnetycznego.
Komplikuje to fakt, że rozdzielczość Webba zmienia się w zależności od długości fali, na której jest oglądany. Przy dłuższych falach ich obrazy są mniej dokładne. Ale ta zależność między długością fali a rozdzielczością niekoniecznie jest zła przy pracy z obrazami głębokiego pola.
„Działa to naprawdę dobrze z obrazami w głębokim polu, ponieważ galaktyki, które wykrywasz na dłuższych falach, są naprawdę słabymi galaktykami lub naprawdę zapylonymi galaktykami i mogą nie mieć zbyt wielu struktur na początku” – powiedział DePasquale. „Więc jeśli nie jest to rozwiązanie, na zdjęciu wygląda to bardzo naturalnie”.
Wiedza naukowa i kreatywność
Praca procesorów obrazu, takich jak DePasquale, jest często pierwszym sposobem, w jaki członkowie społeczeństwa wchodzą w interakcję z nauką o kosmosie, dlatego ważne jest, aby była dokładna i angażująca. Wymaga to pewnego stopnia zaufania między naukowcami prowadzącymi badania a terapeutami prezentującymi tę pracę opinii publicznej.
Ale z jego doświadczenia wynika, że większość naukowców jest szczęśliwa, widząc, jak ich prace przekładają się na kolorowe obrazy. „W tym momencie mojej kariery doszedłem do punktu, w którym mam twórczą swobodę tworzenia pięknego obrazu, ale ludzie ufają, że znam naukę na tyle dobrze, aby móc stworzyć piękny kolorowy obraz, który również mówi mi historyjka naukowa” – powiedział DiPasquale.
Przykładem była reakcja na pierwsze zdjęcia Jamesa Webba. Nie tylko eksperci kosmiczni są podekscytowani widząc potencjał tego nowego teleskopu; Członkowie publiczności z całego świata również byli zdumieni, widząc te wspaniałe nowe widoki wszechświata.
To dopiero początek tego, co zobaczymy z Webba, z mnóstwem zdjęć z teleskopu, które będziemy udostępniać w nadchodzących miesiącach.
DePasquale mówi, że reakcja publiczności na pierwsze zdjęcia była wszystkim, na co liczył. „To było niesamowite zobaczyć. Są dosłownie wszędzie. Zostały pokazane na Times Square, ze wszystkich miejsc. To było niewiarygodne.”
Rekomendacje redaktorów
„Całkowity miłośnik kawy. Miłośnik podróży. Muzyczny ninja. Bekonowy kujon. Beeraholik.”
More Stories
Jak zobaczyć rój meteorów Eta Aquarid w Australii
„Wybredne” pasożyty zmieniają metabolizm żywiciela, selektywnie jedząc swój własny bufet tłuszczowy
Inteligentniejszy od małp? Naukowcy kwestionują twierdzenia T. Rexa o inteligencji