როგორ ხედავს JWST უხილავ ვარსკვლავთშორის ობიექტებს

ჯეიმს უების კოსმოსურმა ტელესკოპმა ახლახან გააოცა მსოფლიო თავისით სივრცის პირველი სურათები, მათ შორის ა ღრმა ველის სურათი რომელმაც აჩვენა ინფრაწითელი სამყარო უფრო ღრმად, ვიდრე ოდესმე.

მაგრამ თქვენ არ შეგიძლიათ უბრალოდ მიუთითოთ ტელესკოპი სივრცის ნაწილზე და გადაიღოთ ფოტო. Webb-ის მიერ შეგროვებული მონაცემები უნდა გადაითარგმნოს ინფრაწითელიდან და ხილულ შუქზე და დამუშავდეს გამოსახულებად, სანამ ის გაზიარებული იქნება საზოგადოებისთვის.

ამ მონაცემების მშვენიერ სურათებად დამუშავება კოსმოსური ტელესკოპის მეცნიერის ჯო დეპასკუალის ამოცანაა. ინსტიტუტი, რომელიც პასუხისმგებელი იყო ჯეიმს უების ზოგიერთი პირველი გამოსახულების დამუშავებაზე, მათ შორის საკულტო ღრმა ველი. მან გვითხრა, რა არის საჭირო ამ წარმოუდგენელი მონაცემების გასაცოცხლებლად.

ფილტრების მბრუნავი ბორბალი

შეაგროვოს მონაცემები სხვადასხვა ტიპის სამიზნეებზე, რომლებსაც ჯეიმს უები დააკვირდება, შავი ხვრელების ჩათვლით ეგზოპლანეტები, მის ინსტრუმენტებს უნდა შეეძლოთ სხვადასხვა ტალღის სიგრძის კითხვის აღება ინფრაწითელი. ამისათვის მისი ინსტრუმენტები შეიარაღებულია ფილტრის ბორბლები, რომლებიც წარმოადგენენ სხვადასხვა მასალის კარუსელებს, რომელთაგან თითოეული იძლევა სინათლის სხვადასხვა ტალღის სიგრძის გავლის საშუალებას.

მეცნიერები ირჩევენ რა ინსტრუმენტებს და რა ტალღის სიგრძეს უნდა გამოიყენონ თავიანთი დაკვირვებისთვის და ფილტრის ბორბლები ბრუნავენ, რათა შესაბამისი ელემენტი მოათავსონ ინსტრუმენტის სენსორების წინ. მიუხედავად იმისა, რომ მოძრავი ნაწილების დანერგვა ტექნოლოგიის ასეთ რთულ ნაჭერში ყოველთვის რისკია, ინჟინრები კარგად ისწავლიან ამ ტიპის მოწყობილობებთან მუშაობაში. ამჟამად აპარატურა, რადგან მსგავსი ფილტრის ბორბლები გამოიყენება სხვა კოსმოსურ ტელესკოპებში, როგორიცაა ჰაბლის კოსმოსური ტელესკოპი და ჩანდრას რენტგენის ობსერვატორია.

„დაუჯერებელია, რომ ამ კოსმოსურ ხომალდს აქვს ეს მოძრავი ნაწილები, რომლებიც აგრძელებენ ფუნქციონირებას წლების განმავლობაში და მზად არიან ფრენისთვის და გამაგრებულნი არიან რადიაციისთვის“, - თქვა დეპასკუალმა.

როდესაც Webb აკვირდება სამიზნეს, ის გამოიყურება ჯერ ერთი ფილტრის გამოყენებით, შემდეგ მეორე და საჭიროების შემთხვევაში მეტი. Webb-ის პირველი ღრმა ველის გამოსახულების მისაღებად, დასჭირდა მონაცემები ექვსი ფილტრის გამოყენებით, რომელთაგან თითოეული ქმნის შავ-თეთრ სურათს. თითოეული ფილტრი გამოიყენებოდა ორსაათიანი ექსპოზიციისთვის, ჯამში 12 საათიანი დაკვირვების დროს.

მონაცემების შეგროვების შემდეგ, ისინი იგზავნება ინსტრუმენტთა გუნდებში წინასწარი დამუშავებისთვის; შემდეგ, ის მიეწოდება დეპასქუალს. ”თქვენ მიიღებთ ექვს ინდივიდუალურ სურათს, თითოეული შეესაბამება იმ ფილტრს, რომლითაც ის არის გადაღებული,” - თქვა მან. მისი ამოცანაა გადააქციოს ეს ექვსი შავ-თეთრი სურათი სივრცის ერთ-ერთ განსაცვიფრებელ სურათად, რომლითაც გვიყვარს აღფრთოვანება.

შავისა და თეთრის შერწყმა ფერის მისაღებად

დეპასქუალე მიიღებს სურათთა სხვადასხვა რაოდენობას იმისდა მიხედვით, თუ რამდენი ფილტრი აირჩიეს მკვლევარებმა, შემდეგ კი გააერთიანებს მათ ერთ სურათად. ამ ფილტრებიდან მონაცემების ფერად არხებზე გადატანით, ის ქმნის ფერად სურათს. ამ სამუშაოსთვის ის გამოიყენებს ზოგადი დანიშნულების გრაფიკული რედაქტირების პროგრამულ კომბინაციას, როგორიცაა Adobe Photoshop და სპეციალიზებული ასტრონომიული პროგრამული უზრუნველყოფა, როგორიცაა PixInsight, რომელიც თავდაპირველად შეიქმნა სამოყვარულო ასტროფოტოგრაფიისთვის.

ფილტრები არხებზე ყველანაირი ხერხით არის დატანილი, მაგრამ, როგორც წესი, დეპასქუალი ამბობს, რომ რუკს მოაქვს წითელ, მწვანე და ლურჯ არხებზე ან RGB-ზე, რომლებიც ჩვეულებრივ გამოიყენება ციფრული სურათებისთვის.

„RGB-ში ნივთების გაერთიანება ჩვეულებრივ ქმნის ყველაზე ბუნებრივ გამოსახულებას, რადგან ეს განპირობებულია ჩვენი თვალების ბუნებით და როგორ აღიქვამენ ისინი სინათლეს“, - თქვა მან. „ჩვენს თვალებში გვაქვს კონუსური უჯრედები, რომლებიც რეაგირებენ წითელ, მწვანე და ლურჯ შუქზე. ასე რომ, ჩვენი თვალები უკვე მზად არიან სამყაროს ასე ინტერპრეტაციისთვის. ”

ღრმა ველის სურათზე მან აიღო ექვსი ფილტრი - F090W, F150W, F200W, F277W, F356W და F444W, რომლებიც დასახელებულია ტალღის სიგრძით, რომელზეც ისინი აკვირდებიან - და გააერთიანა ორი უმოკლესი ტალღის ფილტრი ლურჯად, ორი საშუალო ტალღის სიგრძის ფილტრი მწვანედ და ორი ყველაზე გრძელი ტალღის ფილტრი მწვანედ. შემდეგ ისინი გაერთიანებულია Adobe Photoshop-ში ეკრანის შერწყმის რეჟიმის გამოყენებით, რომელიც ამატებს ფენებს ერთად ფერადი გამოსახულების შესაქმნელად.

სხვა სურათებში, როგორიცაა Webb-ის გამოსახულება კარინას ნისლეული, რომელიც დაამუშავა დეპასკუალის კოლეგამ, ალისა პაგანმა, ექვსი განსხვავებული ფილტრიდან თითოეულს მიენიჭა თავისი ფერი ნისლეულის ყველა განსხვავებული მახასიათებლის გასარჩევად. მაგრამ ეს არც ისე კარგად მუშაობდა ღრმა ველზე.

”მე შევეცადე თითოეულ ფილტრს მიმეღო თავისი უნიკალური ფერი,” - თქვა დეპასკუალმა. ”ამას შეუძლია შექმნას კარგი სურათი, მაგრამ ღრმა ველის შემთხვევაში ეს ნამდვილად არ მუშაობდა კარგად. ის ქმნიდა რაღაც უცნაურ ფერთა არტეფაქტებს და გალაქტიკები ისე არ ჩანდნენ, როგორც უნდა. ასე რომ, მე მივდიოდი ამ მიდგომით და ამან უფრო ბუნებრივი ფერის გამოსახულება მომცა.

უკეთესი გამოსახულება

სწორედ ამიტომ, გამოსახულების დამუშავება მოითხოვს მხატვრულ შეხებას და ასევე მეცნიერულ გაგებას. პროცესორის ამოცანაა შექმნას სურათი, რომელიც ზუსტად წარმოადგენს მონაცემებს და ვიზუალურად მიმზიდველია.

მას შემდეგ, რაც სხვადასხვა ფილტრებიდან მიღებული მონაცემები გაერთიანდება, დეპასქუალე მუშაობს გამოსახულების ფერის დონის კორექტირებაზე, რათა შექმნას რაიმე მიმზიდველი, მაგრამ ისე, რომ დაფუძნებული იყოს ასტრონომიულ პრინციპებზე. როდესაც საქმე ეხებოდა ვების ღრმა ველის სურათს, მან ფერები შეცვალა კონკრეტული სპირალური გალაქტიკის, როგორც თეთრი საცნობარო წერტილის და ცის ცარიელი ნაწილის, როგორც ნაცრისფერი ფონის გამოყენების საფუძველზე.

„როდესაც გვაქვს ღრმა ველის გამოსახულება ან გამოსახულება ბევრი გალაქტიკით ფონზე, ჩემი მიდგომაა ზოგადად არის სპირალური გალაქტიკების გამოყენება, როგორც თეთრი საცნობარო წერტილი მთელი გამოსახულებისთვის, ”- მან განმარტა.

”ეს იმიტომ, რომ პირისპირ სპირალურ გალაქტიკებში ნაჩვენები იქნება ვარსკვლავების მთელი პოპულაცია, ყველაზე ახალგაზრდა ვარსკვლავებიდან უძველეს ვარსკვლავებამდე, რაც წარმოადგენს ყველა ფერს, რაც შესაძლებელია ვარსკვლავებში,” - თქვა მან. ”ასე რომ, ჩვენ გადავდივართ ახალგაზრდა ვარსკვლავების კაშკაშა ბლუზიდან ძველ მოყვითალო ვარსკვლავებამდე და ყველაფერს შორის. ასე რომ, თუ თქვენ იყენებთ მას, როგორც თქვენს თეთრ საცნობარო წერტილს, ეს მოგცემთ ნამდვილად ლამაზად დაბალანსებულ სურათს მთლიანობაში.”

ღრმა ველის სახე

ჯერჯერობით, ჩვენ გვაქვს მხოლოდ ორი ობსერვატორია, რომელსაც შეუძლია შექმნას ღრმა ველის სურათები: ჰაბლი და ვებ. Hubble მოქმედებს ხილული სინათლის დიაპაზონში, ხოლო Webb მუშაობს ინფრაწითელში, მაგრამ ორივე ხედავს შორეულ გალაქტიკებს ცის ბუნდოვან ნაწილებში. საინტერესოა შევადაროთ ღრმა ველების იერსახე თითოეულიდან და ვნახოთ, როგორ განსხვავდებიან ისინი.

Webb-ის სურათებს ექნებათ საკუთარი უნიკალური სახე სხვა ტელესკოპების სურათებთან შედარებით, როგორიცაა Hubble. ეს ყველაზე შესამჩნევია კაშკაშა ვარსკვლავების გამოჩენის გზით, მათი გამორჩეული რვაქიმიანი დიფრაქციული მწვერვალებით. ეს გამოწვეულია იმით ვებს სარკის ფორმა და თანდაყოლილია ტელესკოპით გადაღებული სურათებისთვის.

მაგრამ მთლიანობაში, დეპასქუალე ამბობს, რომ ის მიზნად ისახავს ზოგადი თანმიმდევრულობას უების მიერ შეგროვებულ სურათებსა და ჰაბლის მიერ შეგროვებულ სურათებს შორის. ყოველივე ამის შემდეგ, მიუხედავად იმისა, თუ როგორ ხდება მონაცემების შეგროვება, გამოსახულების ობიექტები მსგავსია.

რაც შეეხება ღრმა ველის სურათებს, ”ეს არის ის, რაზეც მრავალი წლის განმავლობაში ვმუშაობდი”, - თქვა დეპასკუალმა. ”ასე რომ, მე მაქვს ინტუიციური გრძნობა, თუ როგორი უნდა იყოს ის. მე ვიცი, რომ პირისპირ სპირალურ გალაქტიკას უნდა ჰქონდეს გარკვეული იერი, შორეულ ლაქებს უნდა ჰქონდეს გარკვეული ელფერი და ყველაფერი, რაც მათ შორისაა, ბუნებრივად უნდა გამოიყურებოდეს.”

ინფრაწითელი ფილოსოფია

ერთი დიდი განსხვავება Webb-სა და Hubble-ს შორის არის ის, რომ Webb-ს შეუძლია კიდევ უფრო შორეული გალაქტიკების დათვალიერება. ვიდრე ჰაბლზე და ამ გალაქტიკებიდან ბევრი იმდენად შორს არის, რომ მათ შუქს ჩვენამდე მიღწევა ძალიან დიდი დრო სჭირდება. ამ დროის განმავლობაში სამყარო ფართოვდება, ეს სინათლე გადაინაცვლებს ხილული სინათლის ტალღის სიგრძიდან და ინფრაწითელში გადაინაცვლებს პროცესს, რომელსაც ეწოდება წითელი გადანაცვლება.

ეს იწვევს თავსატეხს: როგორ უნდა აჩვენონ გამოსახულების პროცესორებმა გალაქტიკა, რომელიც უხილავი იქნება ჩვენს თვალში წითელი წანაცვლების გამო, მაგრამ რომელიც გამოსცემდა ხილულ შუქს, თუ ის წინ იყო ჩვენ? Webb ღრმა ველი სავსეა ასეთი წითლად გადაადგილებული გალაქტიკებით და გამოსახულებაში შედარებით უფრო ახლოს მთავარი გალაქტიკის გროვაც კი წითელია.

„ზოგიერთ ადამიანს ექნება ფილოსოფიური არგუმენტი ამ გამოსახულების ფერებთან დაკავშირებით, რადგან გალაქტიკათა გროვა უკვე ოთხნახევარი მილიარდი სინათლის წლის მანძილზეა დაშორებული. ასე რომ, ტექნიკურად უნდა იყოს წითლად გადანაწილებული. ეს უნდა იყოს ბევრად უფრო წითელი, ვიდრე ჩანს, ”- თქვა დეპასკუალმა.

მაგრამ ის სანაცვლოდ ირჩევს მონაცემების წარდგენას ისე, რომ შეამსუბუქოს წითელი ცვლა და გამოიყენოს ფერების უფრო ფართო სპექტრი მეტი ინფორმაციის მისაცემად.

იმის ნაცვლად, რომ მთელ გამოსახულებას წითელი ლაქი ჰქონდეს, მოდით შევქმნათ სპირალური გალაქტიკა, რომელშიც ჩვენ ვხედავთ. ეს გამოსახულება თეთრი საცნობარო წერტილია, ისე, რომ მტევანი ახლა ყვითელი ხდება თეთრი,” მან განაცხადა. ”და შემდეგ, თქვენ მიიღებთ ფერთა ინფორმაციას ყველაფრის უკან. ასე რომ, მართლაც, მართლაც შორეული გალაქტიკები ახლა ჩნდება წითელი წერტილების სახით ამ სურათზე და სხვა უფრო ახლოს მყოფი ნივთები ნაკლებად წითელია.

უების ამბავი

ეს მიდგომა არა მხოლოდ ეხმარება მაყურებელს ღრმა ველში დაინახოს გალაქტიკების მრავალფეროვნება, არამედ ხაზს უსვამს Webb-ის განსაკუთრებულ შესაძლებლობებს.

„ვების ამბავი ისაა, რომ მას შეუძლია შორეული, შორეული გალაქტიკების დანახვა, მაშინ როცა ჰაბლი ისეთ წერტილს აღწევს, რომ მათ ვეღარ ხედავს, რადგან ისინი წითლად გადაინაცვლეს ინფრაწითელ შუქზე“, - თქვა მან.

ამ მაღალი წითელცვლის გალაქტიკების ძიების ეს უნარი არის ის, რაც საშუალებას მისცემს ვებს დაინახოს რამდენიმე ადრეული გალაქტიკა, რომელიც ჩამოყალიბდა ძალიან ახალგაზრდა სამყაროში. ეს არ არის ის, რომ უები უბრალოდ უფრო ძლიერია ვიდრე ჰაბლი, არამედ ის, რომ ისინი ათვალიერებენ ელექტრომაგნიტური სპექტრის სხვადასხვა ნაწილს.

ეს გართულებულია იმით, რომ Webb-ის გარჩევადობა იცვლება ტალღის სიგრძის მიხედვით, რომელსაც ის უყურებს. უფრო დიდ ტალღის სიგრძეზე მის სურათებს უფრო დაბალი გარჩევადობა აქვს. მაგრამ ეს ურთიერთობა ტალღის სიგრძესა და გარჩევადობას შორის სულაც არ არის ცუდი ღრმა ველის სურათებთან მუშაობისთვის.

”ის კარგად მუშაობს ღრმა ველის გამოსახულებაზე, რადგან ყველაზე გრძელ ტალღის სიგრძეზე გალაქტიკები, რომლებსაც თქვენ აღმოაჩენთ, არის მართლაც სუსტი, ან მართლაც მტვრიანი, და მათ შეიძლება არ ჰქონდეთ ბევრი სტრუქტურა დასაწყისისთვის,” დეპასკუალი განაცხადა. ”ასე რომ, თუ ისინი ცოტათი ნაკლებად მოგვარებულია, ეს რეალურად ძალიან ბუნებრივად გამოიყურება გამოსახულებაში.”

მეცნიერული ცოდნა და შემოქმედებითი თავისუფლება

გამოსახულების პროცესორების მუშაობა, როგორიცაა DePasquale, ხშირად არის პირველი გზა, რომლითაც საზოგადოების წევრები ჩაერთვებიან კოსმოსურ მეცნიერებაში, ამიტომ მნიშვნელოვანია, რომ ის იყოს ზუსტი და მიმზიდველი. ეს მოითხოვს ნდობის ხარისხს იმ მეცნიერებს შორის, რომლებიც ასრულებენ კვლევას და პროცესორებს შორის, რომლებიც წარადგენენ ამ სამუშაოს საზოგადოებას.

მაგრამ მისი თქმით, მისი გამოცდილებიდან გამომდინარე, მეცნიერთა უმეტესობა კმაყოფილია მათი ნამუშევრების ფერად სურათებად თარგმნით. „ჩემი კარიერის ამ ეტაპზე მივედი იქამდე, რომ შემოქმედებითი თავისუფლება მეძლევა ლამაზი იმიჯის შესაქმნელად, მაგრამ ხალხი ენდობა რომ საკმარისად კარგად ვიცი მეცნიერება, რომ შევძლო ლამაზი ფერადი გამოსახულების შექმნა, რომელიც ასევე მეცნიერულ ისტორიას მოგვითხრობს“, - თქვა დეპასკუალე.

რეაქცია ჯეიმს უების პირველ სურათებზე იყო მაგალითი. არა მხოლოდ კოსმოსური ექსპერტები იყვნენ აღფრთოვანებული ამ ახალი ტელესკოპის პოტენციალის დანახვით; საზოგადოების წევრები მთელი მსოფლიოდან ასევე გაოცებულები იყვნენ კოსმოსის ამ მომხიბლავი ახალი ხედების დანახვით.

ეს მხოლოდ დასაწყისია იმისა, რასაც ვნახავთ Webb-დან, ტელესკოპიდან კიდევ უამრავი სურათი, რომელიც უახლოეს თვეებში იქნება გაზიარებული.

დეპასკუალი ამბობს, რომ საზოგადოების რეაქცია პირველ სურათებზე არის ყველაფერი, რისი იმედიც ჰქონდა. „საოცარი სანახავი იყო. ისინი ფაქტიურად ყველგან არიან. ისინი გამოფენილი იყო Times Square-ზე, ყველა ადგილას. ეს იყო წარმოუდგენელი. ”

რედაქტორების რეკომენდაციები

• ჯეიმს უები ამჩნევს უძველეს მტვერს, რომელიც შეიძლება იყოს ყველაზე ადრეული სუპერნოვადან
• გაადიდეთ ჯეიმს უების განსაცვიფრებელი სურათი, რომ ნახოთ 13,4 მილიარდი წლის წინ წარმოქმნილი გალაქტიკა
• ჯეიმს უები ხედავს ყველაზე შორეულ აქტიურ სუპერმასიურ შავ ხვრელს, რომელიც ოდესმე აღმოჩენილა
• ჯეიმს უები ხედავს სამყაროს ფართომასშტაბიანი სტრუქტურის მინიშნებებს
• ჯეიმს უები აღმოაჩენს მნიშვნელოვან მოლეკულას ორიონის განსაცვიფრებელ ნისლეულში