Како ЈВСТ види невидљиве међузвездане објекте

Свемирски телескоп Џејмс Веб недавно је запањио свет својим прве слике свемира, укључујући а слика дубоког поља који је показао инфрацрвени универзум дубље него икада раније.

Али не можете само да усмерите телескоп на део простора и снимите фотографију. Подаци које је прикупио Вебб морају бити преведени са инфрацрвеног у видљиво светло и обрађени у слику пре него што се могу поделити са јавношћу.

Обрада ових података у прелепе слике је посао Јоеа ДеПаскуалеа из Науке о свемирском телескопу Института, који је био одговоран за обраду неких од првих слика Џејмса Веба, укључујући иконе дубоко поље. Рекао нам је шта је потребно да би ови невероватни подаци заживели.

Ротирајући точак филтера

Да прикупи податке о многим различитим врстама мета које ће Џејмс Веб посматрати, од црних рупа до егзопланета, њени инструменти морају бити у стању да очитају на различитим таласним дужинама унутар инфрацрвени. Да би то учинили, његови инструменти су наоружани филтер точкови, који су вртешке од различитих материјала од којих сваки дозвољава да прође различите таласне дужине светлости.

Научници бирају које инструменте и које таласне дужине желе да користе за своја посматрања, а точкови филтера се ротирају како би поставили одговарајући елемент испред сензора инструмента. Иако је увођење покретних делова у тако сложен део технологије увек ризик, инжењери су добро увежбани у раду са овом врстом хардвера до сада, јер се слични точкови филтера користе у другим свемирским телескопима као што су Хуббле свемирски телескоп и Цхандра Кс-раи опсерваторија.

„Невероватно је да ове свемирске летелице имају ове покретне делове у себи који настављају да функционишу годинама и спремни су за лет и очвршћени радијацијом“, рекао је ДеПаскуале.

Када Веб посматра циљ, он ће прво изгледати користећи један филтер, затим други, а затим и више ако је потребно. За Вебову прву слику дубоког поља, узели су податке користећи шест филтера, од којих сваки производи црно-белу слику. Сваки филтер је коришћен за двочасовно излагање, додајући укупно 12 сати посматрања.

Када се подаци прикупе, шаљу се тимовима за инструменте на претходну обраду; затим се испоручује ДеПаскуалеу. „Добијате шест појединачних слика, од којих свака одговара филтеру са којим је снимљена“, рекао је он. Његов задатак је да тих шест црно-белих слика претвори у једну од запањујућих слика свемира којима волимо да се дивимо.

Комбиновањем црног и белог да бисте направили боју

ДеПаскуале ће добити различит број слика у зависности од тога колико филтера су истраживачи одабрали, а затим ће их комбиновати у једну слику. Пресликавајући податке из ових филтера на канале боја, он ствара слику у боји. За овај рад ће користити комбинацију софтвера за уређивање графике опште намене као што су Адобе Пхотосхоп и специјални астрономски софтвер као што је ПикИнсигхт, који је првобитно развијен за аматерску астрофотографију.

Филтери се могу мапирати на канале на разне начине, али обично, ДеПаскуале каже да ће мапирати на црвене, зелене и плаве канале, или РГБ, који се обично користе за дигиталне слике.

„Комбиновање ствари у РГБ обично ствара слику најприроднијег изгледа, јер је то због природе наших очију и начина на који перципирају светлост“, рекао је он. „Имамо конусне ћелије у нашим очима које реагују на црвену, зелену и плаву светлост. Дакле, наше очи су већ припремљене да тако тумаче свет.”

На слици дубоког поља, узео је шест филтера — Ф090В, Ф150В, Ф200В, Ф277В, Ф356В и Ф444В, који су названи по таласној дужини на којој посматрају — и комбиновао два филтера најкраће таласне дужине у плаву, два филтера средње таласне дужине у зелену и два филтера најдуже таласне дужине у зелену. Они се затим комбинују коришћењем режима мешања екрана у Адобе Пхотосхопу, који додаје слојеве заједно да би се направила слика у боји.

На другим сликама, попут Вебове слике Царина маглина, који је обрадила ДеПаскуалова колегиница Алиса Паган, сваком од шест различитих филтера је додељена сопствена боја да би се издвојиле све различите карактеристике маглине. Али то није функционисало тако добро за дубоко поље.

„Покушао сам да сваком филтеру дам сопствену јединствену боју“, рекао је ДеПаскуале. „То може да створи лепу слику, али у случају дубоког поља то заиста није добро функционисало. Стварао је неке чудне артефакте у боји и галаксије се нису појављивале како би требало. Зато сам кренуо са овим приступом и он ми је направио слику у боји која изгледа природније.”

Слика бољег изгледа

Због тога посао обраде слике захтева уметнички додир, као и научно разумевање. Посао процесора је да створи слику која тачно представља податке и визуелно је привлачна.

Када се подаци из различитих филтера комбинују, ДеПаскуале ради на прилагођавању нивоа боја слике како би направио нешто атрактивно, али на начин који је заснован на астрономским принципима. Када је у питању Веббова слика дубоког поља, прилагодио је боје на основу коришћења одређене спиралне галаксије као беле референтне тачке и празног дела неба као сиве позадине.

„Када имамо слику дубоког поља или слику са пуно галаксија у позадини, мој приступ генерално је да се спиралне галаксије окренуте лицем према коришћењу као беле референтне тачке за целу слику“, рекао је он објаснио.

„То је зато што ће спиралне галаксије окренуте лицем приказати читаву популацију звезда, од најмлађих до најстаријих звезда, представљајући све боје које су могуће унутар звезда“, рекао је он. „Тако идемо од блиставог плаветнила младих звезда до старих жућкастих звезда и свега између. Дакле, ако то користите као своју белу референтну тачку, то вам даје заиста лепо избалансирану слику у целини.”

Изглед дубоког поља

До сада имамо само две опсерваторије способне да креирају слике дубоког поља: Хуббле и Вебб. Хабл ради у опсегу видљиве светлости, док Веб ради у инфрацрвеном, али оба гледају удаљене галаксије у тамним деловима неба. Занимљиво је упоредити изглед дубоких поља из сваког и видети по чему се разликују.

Слике са Веба ће имати свој јединствени изглед у поређењу са сликама са других телескопа као што је Хуббле. Ово је најуочљивије у начину на који се појављују сјајне звезде, са својим карактеристичним осмокраким дифракцијским шиљцима. Ово је због облик Вебовог огледала и својствен је сликама снимљеним телескопом.

Али генерално, ДеПаскуале каже да му је циљ општа доследност између слика које је прикупио Веб и оних које је прикупио Хабл. На крају крајева, без обзира на то како се подаци прикупљају, објекти који се снимају су слични.

Када су у питању слике дубоког поља, „то је нешто са чиме радим дуги низ година“, рекао је ДеПаскуале. „Тако да имам интуитиван осећај како би то требало да изгледа. И знам да спирална галаксија окренута лицем треба да има одређени изглед, удаљене мрље треба да имају одређену нијансу, а све између тога треба да изгледа природно."

Филозофија инфрацрвеног зрачења

Једна велика разлика између Веба и Хабла је у томе што Веб може да гледа у још удаљеније галаксије него Хабл, а многе од ових галаксија су толико удаљене да њиховој светлости треба веома дуго да стигне до нас. Како се универзум шири током овог времена, ова светлост се помера из таласних дужина видљиве светлости у инфрацрвену у процесу који се назива црвени помак.

Ово отвара загонетку: како би процесори слика требали приказати галаксију која би била невидљива нашим очима због црвеног помака, али који би давао видљиву светлост да је испред нас? Вебово дубоко поље је пуно таквих галаксија са црвеним померањем, а чак је и релативно ближе главно галактичко јато на слици такође црвено померено.

„Неки људи ће имати филозофски аргумент о бојама на овој слици, јер је јато галаксија већ удаљено четири и по милијарде светлосних година. Дакле, технички би требало да буде црвено померено. Ово би требало да буде много црвеније него што изгледа“, рекао је ДеПаскуале.

Али он уместо тога одлучује да представи податке на начин који ублажава црвени помак и користи шири спектар боја да би дао више информација.

„Уместо да цела слика има црвену боју, хајде да направимо спиралну галаксију коју видимо у ова слика је бела референтна тачка, тако да кластер сада постаје бела уместо жута“, он рекао. „А онда, добијате информације о боји од свега осталог иза тога. Тако да се заиста, заиста удаљене галаксије сада приказују као црвене тачке на овој слици, а друге ствари које су ближе мање су црвене."

Прича о Вебу

Овај приступ не само да помаже гледаоцима да виде разноликост галаксија у дубоком пољу, већ и наглашава посебне способности Веба.

„Прича са Вебом је да може да види далеке, удаљене галаксије, док Хабл долази до тачке да их више не види јер су се помериле у инфрацрвено светло“, рекао је он.

Ова способност тражења ових галаксија високог црвеног помака је оно што ће Вебу омогућити да види неке од најранијих галаксија које су настале у веома младом универзуму. Није да је Веб једноставно моћнији од Хабла, већ да гледају различите делове електромагнетног спектра.

Ово је компликовано чињеницом да се Веббова резолуција мења на основу таласне дужине коју гледа. На дужим таласним дужинама, његове слике имају нижу резолуцију. Али овај однос између таласне дужине и резолуције није нужно лоша ствар за рад са сликама дубоког поља.

„То добро функционише за слику дубоког поља јер су на најдужим таласним дужинама галаксије које откривате заиста оне слабе, или оне заиста прашњаве, и можда немају много структуре за почетак“, ДеПаскуале рекао. "Дакле, ако су мало мање решени, то заправо изгледа веома природно на слици."

Научно знање и стваралачка слобода

Рад процесора слика као што је ДеПаскуале често је први начин на који се јавност ангажује у свемирској науци, па је важно да буде и тачна и привлачна. То захтева одређени степен поверења између научника који врше истраживање и обрађивача који тај рад представљају јавности.

Али према његовом искуству, каже он, већина научника је одушевљена када види њихов рад преточен у слике у боји. „У овом тренутку моје каријере, дошао сам до тачке у којој ми је дата креативна слобода да створим прелепу слику, али људи верују да познајем науку довољно добро да могу да направим прелепу слику у боји која такође говори научну причу“, рекао је ДеПаскуале.

Реакција на прве слике Џејмса Веба била је прави пример. Нису само стручњаци за свемир били узбуђени што виде потенцијал овог новог телескопа; чланови јавности из целог света такође су били задивљени када су видели ове фасцинантне нове погледе на космос.

Ово је само почетак онога што ћемо видети од Веба, са још много слика са телескопа које ћемо делити у наредним месецима.

ДеПаскуале каже да је реакција јавности на прве слике све чему се надао. „Било је невероватно видети. Они су буквално свуда. Били су изложени на Тајмс скверу, од свих места. Било је невероватно.”

Препоруке уредника

• Џејмс Веб уочава древну прашину која би могла бити од најранијих супернова
• Зумирајте задивљујућу слику Џејмса Веба да бисте видели галаксију формирану пре 13,4 милијарде година
• Џејмс Веб примећује најудаљенију активну супермасивну црну рупу икада откривену
• Џејмс Веб уочава трагове велике структуре универзума
• Џејмс Веб открива важан молекул у задивљујућој Орионовој магли