centuria1972

Category:

“Хабблу” 30 лет. Как создаются его снимки, меняющие наш взгляд на мир


Космическому телескопу "Хаббл" — 30 лет. 24 апреля 1990 года шаттл  "Дискавери" доставил телескоп на орбиту — с тех пор "Хаббл" смотрит в  глубины вселенной и присылает на Землю фотографии увиденного.


Но механическое око телескопа видит не то, что в итоге увидим мы — за  захватывающими дух изображениями стоят люди. Над этим работает целая  команда ученых из Института исследований космоса при помощи космического  телескопа (Space Telescope Science Institute — STScI) в Балтиморе и  астрономы-любители по всему миру. Их задача — расшифровать собранные  "Хабблом" и спрятанные в его черно-белых, зернистых снимках  астрономические данные. И перевести их на визуальный язык, понятный  12-летнему школьнику, увидевшему картинку в учебнике.

Иными  словами, цветные изображения галактик и звезд создают люди, а не сам  "Хаббл". Но это не просто "раскрашивание" черно-белых снимков в  "Фотошопе". За каждым цветом и оттенком в сияниях небесных тел на  снимках "Хаббла" стоит наука и строгий свод правил, а еще — игра  воображения и множество оригинальных творческих решений. К примеру, как  обозначить несущественное различие в уровнях яркости нескольких небесных  объектов, чтобы оно было различимо глазом? Или какими цветами описать  диапазон ультрафиолетового излучения, невидимый человеку?

От результатов этой работы зависит то, каким человечество увидит Вселенную, в которой живет, и себя в ней.

Ко  дню рождения "Хаббла" мы пообщались с руководителем команды STScI,  занимающейся обработкой его снимков, чтобы узнать, как создаются  изображения, меняющие наш взгляд на мир.

Механическое око

"Я — глаз механический. Я, машина, показываю вам мир таким, каким  только я его смогу увидеть. Я освобождаю себя с сегодня навсегда от  неподвижности человеческой, я в непрерывном движении, я приближаюсь и  удаляюсь от предметов… […] …освобожденный от временных и  пространственных рамок, я сопоставляю любые точки вселенной, где бы я их  ни зафиксировал. Мой путь — к созданию свежего восприятия мира. Вот я и  расшифровываю по-новому неизвестный вам мир", — это цитата из манифеста  1923 года российско-советского режиссера из Одессы, одного из  основателей документального кино Дзиги Вертова.

В том же 1923 году  Герман Оберт, один из отцов ракетостроения, издал книгу "Ракета для  межпланетного пространства" — одну из первых научных работ,  обосновывающую возможность создания ракеты на жидком топливе. В ней он  упомянул о том, что при помощи ракеты на орбиту можно было бы отправить  телескоп.

Так же, как кинокамера Дзиги Вертова стала механическим  продолжением человеческого глаза, позволяющим ему "подниматься вместе с  аэропланами" и "двигаться с мордой бегущей лошади", линзы телескопа  "Хаббл" — это оптико-механический глаз, позволивший нам раздвинуть рамки  времени и пространства — заглянуть в далекие миры Вселенной и в ее  прошлое. Линзы "Хаббла" — машина времени, которая исследует рождение  давно угасших звезд.

"Идеальный шторм"

В НАСА датой  "зачатия" "Хаббла" называют 1946 год — тогда вышла первая научная статья  принстонского астрофизика Лаймана Спитцера о преимуществах запуска  большого телескопа в космос, вне беспокойной земной атмосферы. Первая  рабочая группа из астрофизиков и инженеров собралась спустя три  десятилетия, в 1977 году, чтобы обсудить создание Большого космического  телескопа. Его спустя несколько лет переименуют в честь американского  астронома Эдвина Хаббла, доказавшего, что за пределами нашей галактики  существуют другие галактики, с растущей скоростью отдаляющиеся от  Млечного пути. Это открытие открыло дорогу исследованиям далекого  космоса.

Но столь долгие годы между замыслом и воплощением прошли  не зря. Как говорит глава новостной службы STScI, астроном Рэй Виллард,  работающий над этим проектом более 30 лет, появление на свет "Хаббла"  было "идеальным штормом": телескоп мог увидеть космические объекты с  небывалой ранее четкостью, ученые — рассмотреть их в цвете. А интернет  дал возможность мгновенно показать эти изображения всему человечеству. В  этом, утверждает Виллард, и заключалась "революция Хаббла".

20 мая 1990 года, спустя менее чем месяц после запуска на орбиту,  "Хаббл" отправил на Землю "первый свет" — свой первый снимок, сделанный  при настраивании фокуса телескопа. Эта фотография оказалась на 50% более  резкой, чем снимки наземных телескопов (правда, вскоре выяснилось, что у  главного зеркала "Хаббла" был дефект, делающий изображения слегка  размытыми — но его исправили).


В августе того же года "Хаббл" сделал одно из своих первых открытий,  запечатлев светящееся эллиптическое газовое кольцо диаметром в 1,3  световых года вокруг центра взрыва сверхновой звезды 1987А на окраине  туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке. Это было первое из  тысяч чудес, которые человечество увидит благодаря телескопу — каждое из  последующих все более четкое, все более детальное. 

Многие из  этих изображений, как, к примеру, снимки "Столпов Творения" или  туманности "Конской Головы", станут культовыми, и будут воспроизводиться  в миллионах копий на футболках, чашках и чехлах для смартфонов.

"Хаббл"  заново открыл Вселенную именно благодаря своим невероятным изображениям  и их доступности, — говори Рэй Виллард. — Они выходят за рамки науки,  они рассказывают о чудесах Вселенной, не вдаваясь во все мельчайшие  факты науки. Некоторым просто нравятся эти изображения из-за того, что  это — картинки, из-за их интуитивности, их экспрессивности. К некоторым  они обращаются на духовном уровне".

Свет — это цвет

"Люди  часто спрашивают [о фотографиях "Хаббла"]: так ли это выглядит на самом  деле? — говорит Рэй Виллард. — Но это бессмысленный вопрос. Речь идет  об огромном диапазоне яркости и цветах, невидимых человеческому глазу.  Даже если подлететь близко к этим объектам, вы не увидите никакого  цвета, потому что он будет простираться везде вокруг вас".

Свет  далеких космических объектов — исполинских туманностей, сталкивающихся  галактик, умирающих звезд — которые видит "Хаббл", слишком интенсивен  либо же, наоборот, слишком тускл для слабого человеческого глаза.  Поэтому наблюдая в телескоп с Земли или даже в иллюминатор с  космического корабля, мы увидим в лучшем случае лишь неясные отпечатки  этих катастроф.

Создание "подлинного" цветного изображения из  астрономических данных — столь же искусство, сколь и наука, считают в  STScI. По словам Вилларда, задача ученых, работающих с данными "Хаббла",  — как и задача любого фотографа — "уловить сущность объекта". Суметь  соединить научный факт с эстетическим наслаждением. Часто для этого  нужно усилить тот или иной цвет, выделить оттенок, подчеркнуть контраст.


Виллард говорит, что он и его команда вдохновлялись технологией  техниколора, изобретенной в Голливуде для создания цветных фильмов в  1930-х годах, к примеру, фильма "Волшебник страны Оз". 

А еще — работами американского фотографа Энсела Адамса,  известного ультрачеткими черно-белыми снимками природы американского  Запада. Виллард сравнивает снимки галактик "Хаббла" со снимками Большого  каньона Адамса. 

"Большой каньон — невероятная геологическая  форма. Я не могу сделать ничего такого в "Фотошопе", чтобы Большой  каньон выглядел лучше. Он таков, какой он есть. Но я могу использовать  фотографию и "Фотошоп", чтобы попытаться выделить все его потрясающие  детали, рассказывающие его историю", — объясняет он подход к обработке  космических снимков.

Подлинные и ложные цвета


Каждый из миллионов исходников "Хаббла" — черно-белый. Собрать из них  цветные изображения удается благодаря красным, зеленым и синим  фильтрам, через которые пропускаются эти снимки и которые повторяют три  вида светочувствительных клеток на нашей сетчатке. Выбор нужного фильтра  или их комбинации остается за исследователями, и он может быть довольно  простым — или же очень сложным.

Цвет объекта зависит от того, как  он излучает или же поглощает свет. Так, планеты поглощают волны света  своих звезд одной длины и отражают — другой: синие оттенки Нептуна и  Урана связаны с метаном в их атмосфере, поглощающим красный свет. 

Туманности  могут иметь очень насыщенный и яркий цвет, так как они излучают свет  лишь определенной длины волн, сияя светящимися, словно неоновые лампы,  тучами газов — водорода, кислорода, азота. 

Цвет звезды, напротив,  будет довольно ненасыщенным, колеблющимся в пастельных тонах, ведь  звезды излучают невероятное количество света во всем видимом диапазоне,  стимулируя все светочувствительные клетки на нашей сетчатке. Но это —  простые задачи.

А каким цветом обозначить невидимые человеку  световые волны инфракрасного или ультрафиолетового излучения, которое  видит "Хаббл"? Или показать различие в уровнях яркости так, чтобы оно  было заметно и научно обоснованно одновременно? 

В таких случаях  ученым приходится прибегать к помощи ложных цветов, то есть применять  цветовые решения там, где их нет, или же где они не несут никакого  смысла — для того, чтобы подчеркнуть незаметный контраст между светом и  тенью или различия в разных частях сложного космического объекта.

Человеческому глазу легче различить разницу в оттенках цвета, чем в оттенках серого, объясняет Виллард.


Кроме того, динамический диапазон — разница между светом и тенью —  самой тусклой туманности — миллион к одному. Динамический диапазон  студийного портрета — 3:1, чернила на бумаге могут отобразить, в лучшем  случае, 20:1. Чтобы решить эту задачу и выровнять контраст, ученым нужно  обработать яркие, средние и темные элементы снимка до того, как  приступить к раскрашиванию.

Все эти элементы — свет, цвет и тень —  сплетаются вместе в одно полотно через множество слоев в обычном  "Фотошопе". Слой за слоем убираются радиационные шумы, обрезаются  слишком яркие пиксели, сглаживаются гистограммы. Но даже с "Фотошопом"  обработка одного изображения "Хаббла" может занимать несколько недель.

"Мы  обращаем огромное внимание на разные камеры, разные фильтры и разные  выдержки. Мы прилагаем большие усилия, чтобы создать изображение,  которое будет эстетичным и информативным одновременно. Которое расскажет  вам о Вселенной что-то новое, о чем вы раньше даже не могли подумать", —  описывает работу своей команды Виллард.


Что в имени твоем

Интересно,  что если обработка снимка может занимать недели, то придумывание  названия для космического объекта — порой всего полчаса.

Именно столько времени понадобилось, чтобы придумать название "Тень летучей мыши" — огромной тени, которую отбрасывает звезда HBC 672, вспоминает Виллард. 

"Мы  — словно дети, которые смотрят на облака в небе: вот это — слон, а это —  жираф", — говорит Виллард. И шутит: русские первые сделали снимки  обратной стороны Луны и придумали названия объектам на ее поверхности —  Море Москвы, кратер Менделеев. "Это было унизительно, нам надо было  наверстать упущенное", — смеется он над названием, которое американские  исследователи придумали еще одному из снятых "Хабблом" объектов —  "Гамбургеру Гомеса".

Между тем, любой желающий может не только  посмотреть на изображения Вселенной — он может сам их создать. Лишь  сравнительно немногие снимки "Хаббла" проходят профессиональную  обработку — большинство так и остаются в формате черно-белых данных в  архивах НАСА, ждущих расшифровки. Эти архивы находятся в открытом доступе.

Все фотографии — NASA/STScI.

Buy for 10 tokens
Buy promo for minimal price.

Error

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded 

When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.