nasa公布星雲（看到的雲是黑白色）

2023-07-28 19:41:57

船底座星雲，哈勃太空望遠鏡拍攝的這張照片展現了其中恆星誕生的驚人細節｜NASA

大家都見過NASA發布的絢麗的星雲照，它們往往有著豐富的細節和多彩的顏色，每次一發布就會成為熱門桌面圖片。但實際上，即便藉助大口徑望遠鏡，我們用肉眼也看不到這些絢麗的星雲星系，只能看到灰不溜秋的一小團。

左圖為模擬的人眼看到的獵戶座大星雲｜作者拍攝右圖為哈勃太空望遠鏡拍攝的獵戶座大星雲｜NASA

那麼問題來了，NASA騙人了嗎？這些夢幻的照片是NASA「P」的嗎？那些深深鑲嵌在宇宙中的天體，到底是什麼顏色？

哈勃拍攝的M104草帽星系｜NASA

真的假的？

1.深空天體到底有沒有顏色？

有。

天文領域對「顏色」有很多種不同的定義，本文所使用的「顏色」指的就是日常生活中所用的紅、綠、藍等概念。

大部分深空照片的拍攝對象都是三類天體：星雲、星系和星團。星雲就是宇宙裡的一些氣體和塵埃；星團就是許多恆星的聚集體；星系則是恆星、星雲、星團和暗物質等等等等的集合體。所有這些深空天體都是有顏色的。

像太陽這樣的恆星是宇宙天體光線的主要來源之一。數不勝數的恆星會因溫度不同從而表現出由黃到藍的顏色，通常情況下，恆星的表面溫度越高，恆星的顏色就越偏藍，反之就越偏黃。

而大部分星團和星系發出的光都是由包含其中的恆星的光組成的，是這些恆星的顏色之和。

有些星雲中的氫原子被激發發出紅光，這些星雲的主要顏色就會呈現出紅色。另一些星雲會因為散射附近恆星的光從而顯現出藍色，就像我們的天空散射太陽光也顯現成藍色一樣。

哈勃拍攝的貓眼星雲｜NASA

2.為什麼我看不見？

宇宙中的天體確實是絢麗多彩的。不過大部分天體是我們用肉眼看不到的，哪怕我們把眼睛瞪得像銅鈴。

人眼之所以看不到深空天體的顏色，並不是因為它們沒有顏色，只是因為這些深空天體太過遙遠，且對我們來說太暗了。人眼負責感受色彩的視錐細胞，並不能有效識別暗弱物體的顏色。假如我們能將這些深空天體變亮幾千幾萬倍，那麼我們通過人眼也能看到他們的色彩了。仔細回想一下，你半夜摸黑起夜的時候，能不能看清你們家家具的顏色呢？

大概用這個山魈意思意思吧｜在家辦公的編輯在廁所裡拍的果殼商店量子積木

3.那那些照片是？

至於那些絢麗多彩的深空天體照片，有很大一部分確實是真實的色彩，但也有一些是合成的、與人眼視覺不符的偽色。所謂「真實的色彩」，我們這裡將它簡單定義為「在光線充足的情況下，人眼看到的色彩」。儘管不同的照片可能在飽和度和色相上面有一些加工，但大致是符合人眼的視覺習慣的。

深空攝影照片的色彩主要有三種生成方式。我們可以利用單色濾鏡拍攝紅綠藍通道合成彩色照片，也可以利用彩色相機直接拍攝彩色照片。這兩種方法生成的顏色都是真實的顏色。第三種方式就是拍攝其他波段的信號來生成偽色，而偽色就不再是「真實的色彩」了。

當然天文攝影師在進行照片的後期處理時也勢必會對圖像的對比度，飽和度等等進行適當的調整，不過這些操作在日常的風光攝影中也相當常見，一張風光原片和後期處理過的片子往往會帶給人們不同的感受。

左圖為原圖，右圖為經過一定後期處理的圖片，這張照片拍攝了一種很常見的天象：日暈｜編輯拍攝

給宇宙上色的3種方法

1.3個濾鏡拍3張照片，然後合成

先發一張我用這個方法拍的M20三葉星雲的照片鎮樓。後文多次用到這個星雲的照片來舉例，請記住它的樣子。

M20三葉星雲，三葉星雲位於人馬座，梅西耶編號是M20。它由發射星雲和反射星雲組合而成，因形狀像三片樹葉而

一般來說，專業天文臺使用的相機都是單色黑白相機，它們拍攝的深空天體照片是通過三個通道色彩合成的方式來體現天體顏色的。通過在單色相機前面加上特定的濾鏡，我們可以只讓特定顏色的光通過，只拍攝天體的紅光、綠光和藍光，得到紅（R）綠（G）藍（B）三個通道的3張照片，再用這3張單色照片合成1張彩色圖片。最後通過適當的白平衡步驟，一張彩色的深空天體照片就處理完成了。

從左到右依次是上面那張圖三葉星雲的紅、綠和藍色通道。

2.1個像素拍1種顏色，然後靠猜

第二種方法比第一種方法更簡單粗暴，就是直接用普通的彩色相機拍攝。

有些人對上一種RGB通道合成的方式存在質疑，認為這種合成的色彩並不能代表天體真實的色彩。但事實上我們普通的彩色單眼相機、手機乃至人眼都是通過這種多通道合成的方式來生成彩色圖像的。

只不過我們的相機和手機並不需要像上文介紹的那樣，更換不同濾鏡拍攝三張照片。那是因為這些相機已經在每一個像素表面都覆蓋了一片濾鏡，讓每一個像素只接收R、G、B其中一種顏色的光，這種濾鏡叫做「拜爾濾鏡」。這樣每個像素都擁有了其中一個通道的信息，而這個像素其他兩個通道的信息可以通過周圍像素的數據用插值的方法猜出來。

拜爾濾鏡示意圖，不同感光元件的拜爾濾鏡排列方式和透過曲線都不一樣，佳能相機通常是如圖所示的RGGB（紅綠

舉一個最簡單的例子，我們用單眼相機去拍攝一朵紅色的花，在花的部分只有表面覆蓋紅色濾鏡的像素能夠感受到光線，而它周圍表面覆蓋綠色和藍色濾鏡的像素都沒什麼信息，因此聰明的相機就可以猜出這一片區域的顏色都是紅色。

從左到右分別是月季花的真實色彩、紅色通道和綠色通道。｜原圖來自圖蟲創意，由編輯通道提取

不過畢竟是猜出來的，通過拜爾濾鏡算出的顏色是遠不如分別拍攝RGB三個通道後合成的顏色的。尤其是當一顆星星在照片中只佔一兩個像素大小的時候，猜色的準確度就大大降低了。

下面再次有請三葉星雲閃亮登場。下面三張圖分別是我用第一種方法和第二種方法拍攝的三葉星雲。你仔細品，顏色其實並沒有太大的差別，都是真實的色彩。

左圖：利用天文臺相機RGB通道拍攝；右圖：普通彩色相機接上望遠鏡拍攝｜作者拍攝

以上兩種方法其實本質上沒有很大區別，都是通過只允許透過特定光的濾鏡拍攝。這種濾鏡叫做「寬帶濾鏡」，指的是能夠透過一定範圍波長的光線的濾鏡，通過範圍一般在幾百納米。

3.這回這個是假的

我們能夠通過紅綠藍通道合成來體現天體真實的顏色。不過針對前文對「真實的顏色」的定義，有些深空天體的照片顏色並不是天體真實的顏色，而是偽色。

比如哈勃望遠鏡拍攝的這張著名的《創生之柱》，用的就是偽色。它拍攝的是M16鷹狀星雲。將硫原子發出的[SII]發射線（671納米）當作紅色，氫原子發出的Hα發射線（656納米）當作綠色，氧原子發出的[OIII]發射線（500納米）當作藍色——雖然它們用肉眼看起來其實是紅、紅、綠——來合成照片，就得到了一張全新的照片。

M16鷹狀星雲《創生之柱》｜NASA

偽色雖並不能反映天體真實的顏色，但是能在一定程度上反映天體不同物質的分布，遠遠比真實的色彩更清晰。

左圖為玫瑰星雲真實的顏色，右圖為利用窄帶濾鏡拍攝的哈勃色玫瑰星雲。｜作者拍攝

除了電磁波可見光波段的圖像以外，這種偽色方法還廣泛用於電磁波的其他波段，比如X射線、紅外和射電波段。這張編號為NGC5128的星爆星系就結合了可見光、X射線以及射電波段數據。圖中的噴流部分並不是可見光，而是X射線和射電波段的信號。像這樣只能透過特定波長的信號的濾鏡叫做「窄帶濾鏡」，一般將帶寬限制在10納米以內。