JWST अदृश्य अंतरतारकीय वस्तुओं को कैसे देखता है

जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप ने हाल ही में दुनिया को चौंका दिया अंतरिक्ष की पहली तस्वीरें, जिसमें ए भी शामिल है गहरे क्षेत्र की छवि जिसने अवरक्त ब्रह्मांड को पहले से कहीं अधिक गहराई से दिखाया।

लेकिन आप केवल अंतरिक्ष के एक टुकड़े पर दूरबीन रखकर तस्वीर नहीं खींच सकते। वेब द्वारा एकत्र किए गए डेटा को जनता के साथ साझा करने से पहले इन्फ्रारेड और दृश्य प्रकाश में अनुवादित किया जाना चाहिए और एक छवि में संसाधित किया जाना चाहिए।

इस डेटा को सुंदर छवियों में संसाधित करना स्पेस टेलीस्कोप साइंस के जो डेपासक्वेल का काम है संस्थान, जो प्रतिष्ठित डीप सहित जेम्स वेब की कुछ पहली छवियों को संसाधित करने के लिए जिम्मेदार था मैदान। उन्होंने हमें बताया कि इस अविश्वसनीय डेटा को जीवंत बनाने के लिए क्या करना होगा।

फिल्टर का एक घूमता हुआ पहिया

जेम्स वेब ब्लैक होल से लेकर कई अलग-अलग प्रकार के लक्ष्यों पर डेटा इकट्ठा करने के लिए निरीक्षण करेंगे एक्सोप्लैनेट, इसके उपकरणों को विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर रीडिंग लेने में सक्षम होना चाहिए अवरक्त. ऐसा करने के लिए, इसके उपकरण सशस्त्र हैं फ़िल्टर पहिये, जो विभिन्न सामग्रियों के हिंडोले हैं जो प्रत्येक प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य को गुजरने की अनुमति देते हैं।

वैज्ञानिक चुनते हैं कि वे अपने अवलोकन के लिए कौन से उपकरण और किस तरंग दैर्ध्य का उपयोग करना चाहते हैं, और उपकरण के सेंसर के सामने संबंधित तत्व को रखने के लिए फिल्टर व्हील घूमते हैं। हालाँकि प्रौद्योगिकी के ऐसे जटिल टुकड़े में गतिशील भागों को शामिल करना हमेशा एक जोखिम होता है, इंजीनियरों को इस तरह के साथ काम करने का अच्छा अभ्यास होता है हार्डवेयर अब तक, इसी तरह के फिल्टर पहियों का उपयोग हबल स्पेस टेलीस्कोप और चंद्रा एक्स-रे वेधशाला जैसे अन्य अंतरिक्ष-आधारित दूरबीनों में किया जाता है।

डेपास्क्वेल ने कहा, "यह अविश्वसनीय है कि इन अंतरिक्ष यान में ये गतिशील हिस्से हैं जो वर्षों तक काम करते रहते हैं और उड़ान के लिए तैयार और विकिरण-कठोर हैं।"

जब वेब किसी लक्ष्य का निरीक्षण करता है, तो वह पहले एक फ़िल्टर का उपयोग करेगा, फिर दूसरे का, और फिर आवश्यकता पड़ने पर अधिक का उपयोग करेगा। वेब की पहली गहरी फ़ील्ड छवि के लिए, इसने छह फ़िल्टर का उपयोग करके डेटा लिया, जिनमें से प्रत्येक एक श्वेत-श्याम छवि बनाता है। प्रत्येक फ़िल्टर का उपयोग दो घंटे के एक्सपोज़र के लिए किया गया था, जो कुल 12 घंटे के अवलोकन समय को जोड़ता है।

एक बार डेटा एकत्र हो जाने के बाद, इसे प्रीप्रोसेसिंग के लिए उपकरण टीमों को भेजा जाता है; फिर, इसे DePasquale तक पहुंचाया जाता है। उन्होंने कहा, "आपको छह अलग-अलग छवियां मिलती हैं, प्रत्येक उस फ़िल्टर के अनुरूप होती है जिसके साथ इसे लिया गया था।" उनका काम उन छह श्वेत-श्याम छवियों को अंतरिक्ष की उन आश्चर्यजनक छवियों में से एक में बदलना है जिनकी हम प्रशंसा करना पसंद करते हैं।

काले और सफेद को मिलाकर रंग बनाया जाता है

शोधकर्ताओं ने कितने फ़िल्टर चुने हैं, इसके आधार पर DePasquale को अलग-अलग संख्या में छवियां प्राप्त होंगी, फिर वह उन्हें एक छवि में संयोजित करेगा। इन फ़िल्टर से डेटा को रंगीन चैनलों पर मैप करके, वह एक रंगीन छवि बनाता है। इस काम के लिए, वह Adobe Photoshop और जैसे सामान्य-उद्देश्य वाले ग्राफ़िक्स संपादन सॉफ़्टवेयर के संयोजन का उपयोग करेगा PixInsight जैसे विशेष खगोलीय सॉफ़्टवेयर, जिसे मूल रूप से शौकिया खगोल फ़ोटोग्राफ़ी के लिए विकसित किया गया था।

फ़िल्टर को सभी प्रकार से चैनलों पर मैप किया जा सकता है, लेकिन आमतौर पर, डेपास्क्वेल का कहना है कि वह लाल, हरे और नीले चैनल या आरजीबी पर मैप करेगा, जो आमतौर पर डिजिटल छवियों के लिए उपयोग किया जाता है।

उन्होंने कहा, "आरजीबी में चीजों का संयोजन आम तौर पर सबसे प्राकृतिक दिखने वाली छवि बनाता है, क्योंकि यह हमारी आंखों की प्रकृति और वे प्रकाश को कैसे समझते हैं, इसके कारण होता है।" “हमारी आँखों में शंकु कोशिकाएँ होती हैं जो लाल, हरी और नीली रोशनी के प्रति प्रतिक्रियाशील होती हैं। इसलिए हमारी आंखें दुनिया की इस तरह से व्याख्या करने के लिए पहले से ही तैयार हैं।"

गहरे क्षेत्र की छवि में, उन्होंने छह फिल्टर - F090W, F150W, F200W, F277W, F356W, और F444W लिए, जिन्हें तरंग दैर्ध्य के नाम पर रखा गया है जिस पर वे निरीक्षण करते हैं - और दो सबसे छोटे तरंग दैर्ध्य फिल्टर को नीले रंग में, दो मध्यम तरंग दैर्ध्य फिल्टर को हरे रंग में, और दो सबसे लंबे तरंग दैर्ध्य फिल्टर को हरे रंग में संयोजित किया। फिर इन्हें Adobe Photoshop में स्क्रीन ब्लेंडिंग मोड का उपयोग करके संयोजित किया जाता है, जो रंगीन छवि बनाने के लिए परतों को एक साथ जोड़ता है।

अन्य छवियों में, वेब छवि की तरह कैरिना नीहारिका, जिसे डेपास्क्वेल के सहयोगी एलिसा पैगन द्वारा संसाधित किया गया था, नेबुला की सभी विभिन्न विशेषताओं को चुनने के लिए छह अलग-अलग फिल्टरों में से प्रत्येक को अपना रंग सौंपा गया था। लेकिन गहरे क्षेत्र के लिए यह उतना अच्छा काम नहीं कर सका।

डेपास्क्वेल ने कहा, "मैंने प्रत्येक फ़िल्टर को उसका अपना अनूठा रंग देने का प्रयास किया।" “यह एक अच्छी छवि बना सकता है लेकिन गहरे क्षेत्र के मामले में यह वास्तव में अच्छा काम नहीं कर रहा था। यह कुछ अजीब रंग की कलाकृतियाँ बना रहा था और आकाशगंगाएँ उस तरह दिखाई नहीं दे रही थीं जैसी उन्हें दिखाई देनी चाहिए। इसलिए मैं इस दृष्टिकोण के साथ गया, और इसने मेरे लिए अधिक प्राकृतिक दिखने वाली रंगीन छवि बनाई।

एक बेहतर दिखने वाली छवि

यही कारण है कि छवि प्रसंस्करण कार्य के लिए कलात्मक स्पर्श के साथ-साथ वैज्ञानिक समझ की भी आवश्यकता होती है। प्रोसेसर का काम एक ऐसी छवि बनाना है जो डेटा का सटीक रूप से प्रतिनिधित्व करती हो और देखने में आकर्षक हो।

एक बार विभिन्न फ़िल्टर से डेटा संयुक्त हो जाने के बाद, DePasquale कुछ आकर्षक बनाने के लिए छवि के रंग स्तर को समायोजित करने पर काम करता है, लेकिन एक तरह से जो खगोलीय सिद्धांतों पर आधारित होता है। जब वेब डीप फील्ड छवि की बात आई, तो उन्होंने सफेद संदर्भ बिंदु के रूप में एक विशेष सर्पिल आकाशगंगा और ग्रे पृष्ठभूमि के रूप में आकाश के एक खाली पैच का उपयोग करने के आधार पर रंगों को समायोजित किया।

“जब हमारे पास एक गहरे क्षेत्र की छवि या पृष्ठभूमि में बहुत सारी आकाशगंगाओं वाली छवि होती है, तो मेरा दृष्टिकोण आम तौर पर संपूर्ण छवि के लिए सफेद संदर्भ बिंदु के रूप में आमने-सामने सर्पिल आकाशगंगाओं का उपयोग करना है," उन्होंने कहा व्याख्या की।

"ऐसा इसलिए है क्योंकि आमने-सामने सर्पिल आकाशगंगाएँ सितारों की पूरी आबादी को प्रदर्शित करेंगी, सबसे युवा सितारों से लेकर सबसे पुराने सितारों तक, जो सितारों के भीतर संभव सभी रंगों का प्रतिनिधित्व करेंगी," उन्होंने कहा। “तो हम युवा सितारों के चमकीले नीले रंग से पुराने पीले सितारों और उनके बीच की हर चीज़ की ओर जाते हैं। इसलिए यदि आप इसे अपने सफेद संदर्भ बिंदु के रूप में उपयोग करते हैं तो यह आपको समग्र रूप से एक बहुत अच्छी तरह से संतुलित छवि देता है।

गहरे मैदान का नजारा

अब तक, हमारे पास गहरे क्षेत्र की छवियां बनाने में सक्षम केवल दो वेधशालाएं हैं: हबल और वेब। हबल दृश्य प्रकाश रेंज में काम करता है, जबकि वेब इन्फ्रारेड में काम करता है, लेकिन दोनों आकाश के धुंधले हिस्सों में दूर की आकाशगंगाओं के दृश्य ले रहे हैं। प्रत्येक से गहरे क्षेत्रों के स्वरूप की तुलना करना और यह देखना दिलचस्प है कि वे कैसे भिन्न हैं।

हबल जैसी अन्य दूरबीनों की छवियों की तुलना में वेब की छवियों का अपना अनूठा रूप होगा। यह सबसे अधिक ध्यान देने योग्य है जिस तरह से चमकीले तारे अपने विशिष्ट आठ-नुकीले विवर्तन स्पाइक्स के साथ दिखाई देते हैं। इसका कारण यह है वेब के दर्पण का आकार और दूरबीन से खींची गई छवियों में अंतर्निहित है।

लेकिन कुल मिलाकर, डेपास्क्वेल का कहना है कि उनका लक्ष्य वेब द्वारा एकत्र की गई छवियों और हबल द्वारा एकत्र की गई छवियों के बीच एक सामान्य स्थिरता बनाना है। आख़िरकार, चाहे डेटा कैसे भी एकत्र किया गया हो, चित्रित की जाने वाली वस्तुएँ समान हैं।

जब गहरे क्षेत्र की छवियों की बात आती है, तो "यह एक ऐसी चीज़ है जिसके साथ मैं कई वर्षों से काम कर रहा हूँ," डेपास्क्वेल ने कहा। “तो मुझे एक तरह की सहज समझ है कि इसे कैसा दिखना चाहिए। और मुझे पता है कि आमने-सामने की सर्पिल आकाशगंगा का एक निश्चित रूप होना चाहिए, दूर के धब्बों का एक निश्चित रंग होना चाहिए, और बीच में सब कुछ प्राकृतिक दिखना चाहिए।

इन्फ्रारेड का एक दर्शन

वेब और हबल के बीच एक बड़ा अंतर यह है कि वेब और भी अधिक दूर की आकाशगंगाओं को देखने में सक्षम है हबल की तुलना में, और इनमें से कई आकाशगंगाएँ इतनी दूर हैं कि उनका प्रकाश हम तक पहुँचने में बहुत लंबा समय लेता है। चूँकि इस दौरान ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, यह प्रकाश दृश्य प्रकाश तरंग दैर्ध्य से बाहर निकलकर अवरक्त में रेडशिफ्ट नामक प्रक्रिया में स्थानांतरित हो जाता है।

इससे एक पहेली सामने आती है: छवि प्रोसेसर को एक आकाशगंगा को कैसे प्रदर्शित करना चाहिए जो अदृश्य होगी रेडशिफ्ट के कारण हमारी आँखों में, लेकिन अगर यह सामने होता तो दृश्यमान रोशनी देता हम? वेब डीप फ़ील्ड ऐसी लाल स्थानांतरित आकाशगंगाओं से भरा है, और यहां तक ​​कि छवि में अपेक्षाकृत निकट मुख्य आकाशगंगा समूह भी लाल स्थानांतरित हो गया है।

“कुछ लोगों के पास इस छवि में रंगों के बारे में दार्शनिक तर्क होगा, क्योंकि आकाशगंगा समूह पहले से ही साढ़े चार अरब प्रकाश वर्ष दूर है। इसलिए इसे तकनीकी रूप से पुनः परिवर्तित किया जाना चाहिए। यह जितना दिखता है उससे कहीं अधिक लाल होना चाहिए,'' डीपास्क्वेल ने कहा।

लेकिन इसके बजाय वह डेटा को ऐसे तरीके से प्रस्तुत करना चुनता है जो रेडशिफ्ट को कम करता है और अधिक जानकारी देने के लिए रंगों की एक विस्तृत श्रृंखला का उपयोग करता है।

“पूरी छवि पर लाल रंग डालने के बजाय, आइए हम जिस सर्पिल आकाशगंगा को देखते हैं उसे बनाएं यह छवि सफेद संदर्भ बिंदु है, जिससे क्लस्टर अब पीले के बजाय सफेद हो जाता है," उन्होंने कहा कहा। “और फिर, आपको इसके पीछे की हर चीज़ से रंग की जानकारी मिलती है। तो वास्तव में, वास्तव में दूर की आकाशगंगाएँ अब इस छवि में लाल बिंदुओं के रूप में दिखाई देती हैं, और अन्य चीजें जो करीब हैं वे कम लाल हैं।

वेब की कहानी

यह दृष्टिकोण न केवल दर्शकों को गहरे क्षेत्र में आकाशगंगाओं की विविधता को देखने में मदद करता है बल्कि वेब की विशेष क्षमताओं को भी उजागर करता है।

"वेब के साथ कहानी यह है कि यह दूर, सुदूर आकाशगंगाओं को देख सकता है, जबकि हबल एक बिंदु पर पहुंच जाता है, यह अब उन्हें नहीं देख सकता है क्योंकि वे अवरक्त प्रकाश में फिर से स्थानांतरित हो गए हैं," उन्होंने कहा।

इन उच्च रेडशिफ्ट आकाशगंगाओं को देखने की यह क्षमता वेब को कुछ शुरुआती आकाशगंगाओं को देखने में सक्षम बनाएगी जो बहुत ही युवा ब्रह्मांड में बनी थीं। ऐसा नहीं है कि वेब हबल से अधिक शक्तिशाली है, बल्कि वे विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के विभिन्न हिस्सों को देख रहे हैं।

यह इस तथ्य से जटिल है कि वेब का रिज़ॉल्यूशन उस तरंग दैर्ध्य के आधार पर बदलता है जिसे वह देखता है। लंबी तरंग दैर्ध्य पर, इसकी छवियों का रिज़ॉल्यूशन कम होता है। लेकिन गहरे क्षेत्र की छवियों के साथ काम करने के लिए तरंग दैर्ध्य और रिज़ॉल्यूशन के बीच का यह संबंध जरूरी नहीं कि एक बुरी चीज है।

"यह गहरे क्षेत्र की छवि के लिए अच्छा काम करता है क्योंकि सबसे लंबी तरंग दैर्ध्य पर आप जिन आकाशगंगाओं का पता लगा रहे हैं वास्तव में फीके वाले, या वास्तव में धूल वाले, और उनके पास शुरू करने के लिए बहुत अधिक संरचना नहीं हो सकती है," डीपास्क्वेल कहा। "तो अगर वे थोड़े कम सुलझे हुए हैं, तो यह वास्तव में छवि में बहुत स्वाभाविक दिखता है।"

वैज्ञानिक ज्ञान और रचनात्मक स्वतंत्रता

DePasquale जैसे इमेज प्रोसेसर का काम अक्सर जनता के सदस्यों के लिए अंतरिक्ष विज्ञान से जुड़ने का पहला तरीका होता है, इसलिए यह महत्वपूर्ण है कि यह सटीक और आकर्षक दोनों हो। इसके लिए अनुसंधान करने वाले वैज्ञानिकों और उस कार्य को जनता के सामने प्रस्तुत करने वाले प्रोसेसरों के बीच एक हद तक विश्वास की आवश्यकता होती है।

लेकिन अपने अनुभव में, वे कहते हैं, अधिकांश वैज्ञानिक अपने काम को रंगीन छवियों में अनुवादित देखकर प्रसन्न होते हैं। "अपने करियर में इस बिंदु पर, मैं उस बिंदु पर पहुंच गया हूं जहां मुझे एक सुंदर छवि बनाने के लिए रचनात्मक स्वतंत्रता दी गई है, लेकिन लोग भरोसा करते हैं मैं विज्ञान को इतनी अच्छी तरह से जानता हूं कि एक सुंदर रंगीन छवि बनाने में सक्षम हूं जो एक वैज्ञानिक कहानी भी बताती है, ”कहा DePasquale.

जेम्स वेब की पहली छवियों पर प्रतिक्रिया एक उदाहरण थी। इस नई दूरबीन की क्षमता को देखकर न केवल अंतरिक्ष विशेषज्ञ उत्साहित हैं; ब्रह्मांड के इन आकर्षक नए दृश्यों को देखकर दुनिया भर की जनता भी आश्चर्यचकित हो गई है।

यह वेब से हम जो देखेंगे उसकी शुरुआत है, आने वाले महीनों में टेलीस्कोप से और भी तस्वीरें साझा की जाएंगी।

डेपास्क्वेल का कहना है कि पहली छवियों पर जनता की प्रतिक्रिया वह सब कुछ है जिसकी उन्हें उम्मीद थी। “यह देखना आश्चर्यजनक रहा। वे वस्तुतः हर जगह हैं. उन्हें सभी स्थानों के टाइम्स स्क्वायर में प्रदर्शित किया गया था। यह अविश्वसनीय रहा।”

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