Телескоп Джеймса Уэбба видит свет, невидимый глазу, и ученые решают, как его раскрасить

Когда дело доходит до внешнего вида, Вселенная — сложное место. Видимый свет занимает лишь небольшую часть электромагнитного спектра. Чтобы полностью изучить Вселенную, ученые должны заглянуть за пределы видимого света, используя специализированные инструменты, включая радиотелескопы и рентгеновские телескопы. Космический телескоп Джеймса Уэбба улавливает инфракрасное излучение, проникающее сквозь пылевые завесы, блокирующие видимый свет.

Исследователи и разработчики, которым поручено обрабатывать эти данные, сталкиваются с уникальной проблемой: какой цвет света не может увидеть человек? Чтобы ответить на этот вопрос и воплотить в жизнь эти космические сцены, требуется великолепное сочетание искусства и науки.

Процесс расшифровки данных неоптических телескопов часто называют псевдоокрашиванием, но слово «псевдо» оказывает ему медвежью услугу. Эта технология использовалась на протяжении десятилетий для получения цветных изображений из необработанных данных, в том числе в некоторых из самых известных изображений Хаббла, которые сочетают в себе оптические возможности телескопа с его ультрафиолетовыми и инфракрасными данными. Как и любая другая камера, эта обработка создает изображения из бессмысленной строки нулей и единиц.

«Репрезентативный цвет — это более точный термин», — говорит Джо ДеПаскуале из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд, где управляется телескоп Джеймса Уэбба и его изображения. Будучи одним из немногих разработчиков космических изображений в Научном институте космического телескопа, Де Паскуале стремится развеять любой общественный скептицизм, вызванный термином «ложный цвет».

«Это тщательное сочетание искусства и науки, больше склоняющееся к науке», — объясняет он. «Мы работаем с учеными, чтобы выносить эстетические суждения и выделять ключевые научные особенности, не изменяя данные. Основная цель — показать, что наблюдает телескоп. лучший из возможных способов».

Нет ничего плохого в ложном цвете

Процесс репрезентативной окраски включает в себя назначение цветов на основе отношений, смоделированных на восприятии человеком видимого света. Поскольку телескоп Джеймса Уэбба обнаруживает свет в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах, этот диапазон длин волн необходимо преобразовать — или сопоставить, как его называют процессоры изображений, — в видимое цветовое пространство.

«Цветовое картографирование довольно хорошо известно», — говорит Алисса Пэган, еще один разработчик космических изображений в Институте космических наук. Сброс обычно происходит в том же порядке, что и видимая часть спектра: «более короткие волны становятся более синими, а более длинные волны — краснее», — объясняет она. «Но здесь есть большая гибкость. Мы можем сделать промежуточные длины волн чуть более голубыми или зелеными, чтобы получить более полное представление цветов».

Различные фильтры JWST — 29 в среднем инфракрасном диапазоне и 10 в ближнем инфракрасном — раскрывают различные аспекты структуры объекта. Туманность может содержать нити пыли, перемешанные с облаками горячего газа, каждое из которых излучает разные длины волн. Внесены изменения, чтобы подчеркнуть эти особенности.

«Вы делаете все возможное, чтобы либо удалить, либо улучшить изображение», — говорит Пэган. «Хотя ученые могут использовать шесть фильтров для получения изображения, вы не обязательно хотите использовать их все. Это может нейтрализовать перекрывающиеся функции. например, смешать слишком много краски и получить коричневый цвет». «Нужно быть осторожным, но вы хотите получить максимально широкий спектр цветов».

Он охватывает спектр

Помимо космического телескопа Джеймса Уэбба, астрономы используют широкий спектр обсерваторий, чтобы увидеть остальную часть электромагнитного спектра. Начиная с низкоэнергетических радиоволн, затем микроволн, затем инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских лучей и, наконец, гамма-лучей, эти телескопы обнаруживают невообразимое, включая космический микроволновый фон, оставшийся после Большого взрыва, и массивные черные дыры. внутренние структуры туманностей и взрывающиеся сверхновые. (Одна из главных обсерваторий этого флота, рентгеновская обсерватория «Чандра», недавно была выведена из эксплуатации комитетом НАСА, и замены ей не предвиделось – к большому разочарованию и протестам ученых.)

я

Хотя к интерпретации данных, полученных от этого разнообразного диапазона телескопов, применяются одни и те же основные правила, объединить их данные по всему электромагнитному спектру сложно. Но результаты, известные как многоволновые изображения, могут быть удивительными и показательными.

Пэган сравнивает этот процесс с попыткой совместить обычную фотографию человеческой руки с рентгеновским снимком костей внутри нее. «Эти два изображения не очень хорошо совпадают, но вы можете присвоить один цвет рентгеновскому снимку, а другой — вашей коже, чтобы увидеть, что происходит на самом деле», — говорит он. «Это похоже на рисование графика с пятью разными цветами. чтобы показать различную цифровую информацию».

Восприятие аудитории

Весной 2022 года, в преддверии презентации первых научных изображений, полученных телескопом Джеймса Уэбба, Научный институт телескопа Джеймса Уэбба выделил себе короткий период времени, чтобы выбрать и представить некоторые из наиболее интересных захваченных целей. телескопом к этой точке. «Команда встречалась каждый день в течение шести недель», — говорит Де Паскуале. «У нас были ученые, писатели, графические дизайнеры, а затем Алисса и я».

Полученные изображения мгновенно стали культовыми. Пэган работал над космическими скалами — прозвищем команды вздымающейся стены газа и пыли, окружающей звездное скопление NGC 3324, недалеко от туманности Киля. Де Паскуале, среди прочего, обратился к туманности Паук (30 Дорад), огромному звездному питомнику в Большом Магеллановом Облаке.

Де Паскуале говорит, что он не воспринимает миссию цвета или его влияние как нечто само собой разумеющееся. «Интерпретация того, что мы получаем от телескопа, и создание изображений, которые формируют восприятие Вселенной публикой, является чрезвычайно сложной задачей».

Если вы хотите самостоятельно попробовать аналоговую раскраску, Научный институт космического телескопа предоставит данные и программное обеспечение телескопа Джеймса Уэбба по адресу: Веб-сайт миссииДля получения дополнительной информации прочтите историю Уоррена Келлера в нашем сентябрьском выпуске о том, как обрабатывать фотографии JWST.