不看哈勃望遠鏡傳回的原始圖片有多糙，就不知道科學家修圖有多苦

2023-03-31 13:05:55 1

大約400年前，伽利略第一次將望遠鏡對準瞄準器空。此時，數千年來一直仰望星空的人們終於「睜開眼睛」看到了宇宙。然而，直到30年前，當哈勃望遠鏡衝出大氣層，來到地球時，已經「近視」了400年的人類終於「戴上眼鏡」，清楚地看到了這是一個什麼樣的宇宙...

「睜開眼睛，看看宇宙」

毫無疑問，哈勃望遠鏡是迄今為止人類最成功的宇宙觀測設備。如今，已經運行30年的哈勃太空望遠鏡已經拍攝了超過140萬張精美的宇宙照片。每一張新照片的發布都會讓我們震驚。

(圖片說明:哈勃提升空30周年紀念照片剛剛發布)

自從哈勃太空望遠鏡空以來，人類的觀測能力已經大大提高。從之前僅觀察到的70億光年到現在的134億光年，人類已經看到了最原始的宇宙。由於擺脫了大氣湍流和宇宙射線的吸收，哈勃望遠鏡在觀察能力上比任何地面望遠鏡至少有10倍的優勢。

科學家告訴我們，哈勃太空望遠鏡具有非常高的解析度。打個圖像比喻，如果一個站在北京的人擁有哈勃太空望遠鏡的解析度，他可以清楚地分辨出紐約兩個相距不到3米的螢火蟲。

不僅如此，哈勃望遠鏡的電磁波接收範圍比人眼更廣。除了可見光，它還能觀察紫外線和少量紅外線，大大擴展了人類的視覺。然而，人類藉助哈勃望遠鏡觀察宇宙並不容易。

我們不應該看到的宇宙。

儘管哈勃能夠觀察和拍攝紫外和近紅外波段，但我們肉眼什麼也看不見。這就像大自然有紫外線，但只有蜜蜂、蝴蝶和其他動物能看到它，而人類只能看到一片透明。然而，在哈勃望遠鏡傳回的照片中，這些環帶的宇宙圖像仍然可以生動地展現在我們眼前。

(圖片說明:肉眼能感覺到的可見光只佔電磁波的很小一部分)

可以想像，一定有一些科學家在「操縱」它們。

此外，我們還介紹了哈勃望遠鏡拍攝的照片實際上都是黑白的。然而，我們能看到的總是華麗的彩色照片。

無論是可見範圍之外的宇宙圖片還是那些彩色圖片，它們都是「我們不應該看到的宇宙」是的，這些照片已經被科學家仔細編輯過了。那麼，科學家是如何修復哈勃發回的照片的呢？今天，讓我們詳細討論一下這個過程。

首先，讓我們從哈勃望遠鏡的原理開始。

哈勃望遠鏡的原理

雖然哈勃被稱為望遠鏡，但它不同於傳統的望遠鏡，因為人類不能用眼睛在目鏡上直接觀察宇宙。因此，它觀察到的圖像實際上是以數據的形式傳回地面的。當光子或其他特定粒子進入時，哈勃會以電信號的形式記錄它們撞擊的位置。

換句話說，哈勃的空望遠鏡只告訴我們它的哪些部分接收到了多少強度的光，然後以圖片的形式展示給我們，而不是直接幫助我們用眼睛觀察。這相當於你的手機計算上個月你經常點擊屏幕上的哪個位置，並通過明暗顯示點擊次數，但是當你用哪個軟體點擊這個位置時，你需要自己分析一下。

因此，哈勃望遠鏡傳送到地面的實際上類似於這樣一個「熱值圖像」。因此，這些直接傳輸的圖片都是黑白的。應該在這個時候貼一張照片，但是為了避免劇透，我們應該盡力忍受它。

對於哈勃望遠鏡來說，拍攝過程非常困難，除了黑白或可見光圖像必須轉換成絢麗的宇宙圖像。我們說過它的拍攝原理是通過接收光子並將其送回地面來形成一個「熱圖」。因為它的主要任務是拍攝遙遠的天體，而且這些天體發出的光對地球來說已經非常微弱，所以它需要更長的觀察時間來接收足夠的光子來成像。

問題是，為了不從天上掉下來，哈勃必須以每秒8公裡的速度繞地球運行。對哈勃望遠鏡來說，以這樣的速度調整它的角度以保持宇宙完全相同的位置是一個巨大的挑戰。

幸運的是，科學家們使用了一種叫做微導電傳感器的設備。微流體傳感器可以鎖定一些明亮的天體，並以每秒40次的頻率校正方向，以確保哈勃能夠連續拍攝相同的區域，並在最佳狀態下拍攝最遠的宇宙照片。即使在某些情況下需要在同一位置拍攝數百張照片，哈勃望遠鏡每次都能完美地瞄準那個區域。

然而，拍照並不是工作的結束，這只是開始。

攝影持續一小時，照片編輯持續一周。

這個副標題的時間可能不準確，但修改地圖的麻煩一點也不壞。

除了「噪音」

首先，在哈勃望遠鏡傳回的所有圖片中，科學家們將首先做最必要的操作:消除幹擾。

擺脫這種氛圍有利也有弊，就像一個沒有父母的孩子獨自生活一樣，雖然他感覺自由，但他也感受到了生活的艱辛。因為沒有大氣的阻礙，宇宙中的粒子可以隨意「轟擊」哈勃望遠鏡，導致哈勃望遠鏡拍攝的原始照片都是這樣的——

因此，科學家需要在看到原始圖像之前消除這些「噪音」。整個過程非常複雜，但其中一個步驟對每個人來說都很容易理解，那就是哈勃望遠鏡發回了許多照片。科學家可以通過比較和刪除一張照片中的痕跡來消除大部分宇宙射線幹擾。

多波段照片分類

以下是圖紙修改的正式過程。

在哈勃的空望遠鏡上，科學家們安裝了一個帶有不同濾光器的濾光輪，只允許特定波長範圍內的電磁波在需要時進入，例如來自氫原子、硫離子或電離氧的光。

在每個波段拍攝的照片就是我們所說的黑白「熱圖」。例如，歷史上最經典的照片，創作的支柱，就是這樣拍攝的。剛才的那一個是最原始的有宇宙射線的那個，而這個是有宇宙射線被移除的那個-

這是哈勃望遠鏡在電離氧光譜下拍攝的照片。當我們比較時，亮的地方意味著光譜被接收更多，而暗的地方接收更少。這是宇宙空之間的電離氧分布圖。

然而，很明顯，宇宙中不可能只有一個元素空，還會有其他元素。換句話說，我們能看到的宇宙在不同的波段是完全不同的。

因此，哈勃望遠鏡將通過切換不同的濾光器在同一位置重複拍攝不同的光譜，從而更完整地展示宇宙的樣子。

例如，這是在氫原子光譜下拍攝的創世柱-

這是硫離子-

然後，科學家將疊加哈勃的所有照片，這是一張完整的照片。

然而，問題也出現了:一對黑白照片疊在一起，它們不是仍然是黑白的嗎？

沒錯，但是我們的大腦會急轉彎，否則我們不會撞到樹。雖然哈勃發回的照片是黑白的，但我們可以為每張照片渲染不同的顏色。這仍然是剛才提到的手機的例子:雖然手機只能告訴你你經常點擊哪些位置，為什麼你要自己點擊這些位置？你沒有任何想法嗎？如果手機顯示你經常點擊左上角和左下角，那麼90%的時候要麼是國王的榮耀，要麼是雞的榮耀。