太空圖片壯觀絢麗 背後工作鮮為人知

【2022年10月13日訊】(大紀元專題部記者易凡編譯報導)今年7月,美國太空總署公布了首批由韋伯太空望遠鏡拍攝的美麗深空圖片,圖片所顯現出的宇宙博大、神奇,令人震撼。韋伯太空望遠鏡所使用的是肉眼看不到的紅外光譜探測,那麼這些圖片是如何生成的呢?

美國科技新聞網站The Verge於10月11日發表文章,以最為著名的一張圖片為例,披露了其背後科研人員所做的一些鮮為人知的工作。

這張圖片就是韋伯太空望遠鏡拍攝的「船底座星雲」(Carina Nebula)的圖片,從中可以看到恆星的誕生。其壯觀景象被美國太空總署形象地稱為「宇宙懸崖」(cosmic cliffs)。

船底座星雲距離地球大約7500光年,是太空中巨大的瀰漫星雲之一。它的質量至少是太陽的50倍到100倍。

報導說,在詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)最早公布的一批照片中,船底座星雲的驚人外觀,在很大程度上要歸功於美國太空望遠鏡科學研究所(STSI)的一名科學視覺開發人員帕甘(Alyssa Pagan)。她的工作便是將韋伯望遠鏡所捕捉到的數據轉化為可視、漂亮的圖像。

帕甘稱她這項工作是幾個因素的「結合」——數據、幾十年科研建立的美學原則以及主觀品味。出於許多原因,尤其是望遠鏡與被觀測天體之間巨大距離,這種結合是必要的。為了觀測的更遠,韋伯望遠鏡使用的是人肉眼看不到紅外光譜。因此科研人員必須選擇,如何將這些數據轉換成可視圖像。通過了解這些選擇,觀眾可以解讀出比美麗圖像本身更多的信息。

顏色是帕甘經常遇到的問題。韋伯望遠鏡收集到經多次曝光的窄帶數據,意味著其所探測天體的波長範圍非常小,在紅外光譜內與氫、硫和氧等特定元素的存在相關。帕甘會根據色彩排序的原則對它們進行上色,如波長較短的元素(如氧),就用短波長的藍色,以此類推。然後將這些顏色疊加形成圖像的基礎。

由於氫和硫的波長都與紅色色系有關,氫通常被賦予偏黃的濾光片,以便在最終的畫面呈現出更清晰的細節。這就是「哈勃調色板」的由來,早期的哈勃望遠鏡就是這麼做的。

這些圖像有時被稱為「假」顏色。但是帕甘強調,這些顏色都是真實數據的代表。有了正確的了解,科學家和外行都可以像地圖一樣看懂它們。例如,在船底座星雲的圖像中,下方的紅色部分主要由氫和硫組成,而上方的藍色部分主要由氧組成。

帕甘說,塗上這些基本顏色之後,剩下的才是「品味問題」。她可能會順著光譜或逆著光譜移動整個調色板,使藍色看起來偏紫一點兒,反之亦然。這樣一來,對比度可能會增強。此外,還要清除望遠鏡產生的散射光等。因此不同的處理者可能會得到不同的圖像。「我特別喜歡讓事物變得更加空靈和神奇,」帕甘說,「我的方法有點異想天開——因為這是太空!」

哈勃團隊也是這麼做的。視覺文化學者凱斯勒博士(Dr. Elizabeth Kessler)所著的《描繪宇宙》(Picturing the Cosmos)一書,調查了哈勃團隊的視覺開發人員,如何讓人們更容易理解宇宙的浩瀚。書中講述了如何用圖像喚起崇高的感覺,這是一種對人類無法理解事物的敬畏感,其部分方法就是將圖像與我們已經熟悉的圖像聯繫起來。

值得注意的是,太空中沒有「上」的概念,雖然從地面拍攝的圖像通常是頂部為北方,但是這對太空望遠鏡來說沒有任何意義。凱斯勒指出,圖像可以翻轉過來呈現,把塵埃雲放在下方,但是沒有這樣做,因為它是「宇宙的懸崖」,要反應一些人們熟悉的東西,而不是奇奇怪怪的或者是可能令人反感的東西。

帕甘說:「畫面的方向在一開始就決定了,因為這樣感覺最自然。」「它需要接地。這樣感覺它是一座山。」

帕甘的目的就是讓這些宇宙圖像使普通人更「容易理解」,同時還保持它的神奇感。凱斯勒說,類似的圖像處理工作「真的很有幫助。我們所看到的規模極其巨大,超出了人類的理解範圍。在我們的體驗中,最接近的就是這些高聳在我們頭頂的山脈。」

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡價值約100億美元,由美國航太巨頭諾斯羅普·格魯曼(Northrop Grumman)公司建造。作為美國太空總署、歐洲太空總署和加拿大航太局的合作項目,該望遠鏡於2021年聖誕節發射,並在一個月後到達距離地球近150萬公里的太陽軌道上。

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