Így készülnek a Hubble-fotók - a színek és a tudomány
2009.03.05. 08:49
Megvan még a Hubble-felvétel a Teremtés Oszlopairól, a zöldes-barnás színeivel? Az a helyzet, hogy emberi szemmel messze nem látnák ilyen színkavalkádot. Ha tízcentis pupillákat növesztenénk, valami ilyesmi lenne a látvány:
Rob Gendler felvételén a teljes M16 látható, a középső régió van a Hubble képén. A teljes köd vörös fényben dereng, mivel legnagyobb részt hidrogénből áll, ami vörös fényben (656 nm-en) sugároz a legerősebben. A szemünkhöz képest azonban sokkal fejlettebb detektorok és mérési módszerek állnak rendelkezésre, ezért sokkal többre is képesek ezek a mérések a puszta látvány visszaadásánál.
Hogy készül egy színes kép (hagyományosan)?
Nohát ez nem olyan egyértelmű, mint azt sokan gondolják. Mind a film, mind a digitális érzékelők a látható fénynek csak az intenzitására érzékenyek. A színes filmben három fényérzékeny réteg és köztük három szűrőréteg helyezkedik el, ezekből áll össze a végeredmény. Digitális kameráknál az ilyen vertikális szűrő-elrendezés még csak most kezd megjelenni. Az elterjedt technika az ún. Bayer-szűrő, ahol négy pixelből kettőn zöld, egyen-egyen kék és piros színszűrő helyezkedik el. A végeredmény a négyesek interpolálásával jön létre. A csillagászatban viszont nem ezt használják.
Színsávok, szűrők
A XX. század elején egyre nagyobb gondot okozott a csillagászoknak, hogy egymás méréseit közös nevezőre hozzák. A különböző gyártmányú távcsövek és fotólemezek más-más spektrális érzékenységet eredményeztek, azaz ugyanazon csillagokat eltérő fényességűnek mérték. Az egységesítéshez 1953-ban bevezették a Johnson-féle UBV fotometriai színsávokat, egy sztenderdizált szűrősorozatot, nagyjából 100 nm-es sávokkal. Már csak néhány referenciacsillagot kellett meghatározni, és kész is volt a teljes világra kiterjedő, egységes fotometriai rendszer: mindenki megmérte a referenciákat, összehasonlította az eredményt az irodalmi értékkel, és kiszámolta a transzformációs képleteket. Igaz, olyan visszásságokra csak később derült fény, hogy az U (ultraibolya) felső szélét a légköri áteresztés határozza meg a szűrő helyett, de addigra az egész világon elterjedt a használata. Később kitegészítették a Johnson rendszert UBVRI-vé (ultraibolya, kék, vizuális = sárga, vörös és infravörös), illetve más széles és közepes sávszélességű rendszereket is meghatároztak, pontosabb fizikai alapokon (pl. Strömgren, SDSS-féle ugriz).
Van egy másik oldal is: minden atom meghatározott hullámhosszakon sugároz, ezért célszerű olyan keskenysávú (akár tized-nanométeres) szűrőket készíteni, ami csak ezen a hullámhosszon engedi át a fényt. Így lehet például a fenti képen kiemelni a sokszoros túlsúlyban lávő hidrogén mellett más elemek sugárzását is. És természetesen spektrumvonalakból (közel) annyi van, mint égen a csillag. Valamint a csillagászatban a legtöbb objektum nem nagyon változik egyik percről a másikra, ezért van idő minden szűrővel egyenként, egymás után készíteni felvételeket.
A hidrogén Balmer-sorozata, illetve annak a látható tartományba eső színképvonalai, a vörös a H-alfa
A WFPC2 detektorhoz széles, közepes és keskenysávú szűrőkből egész pontosan 48 különböző található, szóval van választási lehetőség bőven. Természetesen számtalanszor háromnál több szűrővel is dolgoznak. Milyen elvek szerint készülnek hát a sajtóban, interneten megtalálható RGB-színes képek?
Természetes színek
Ez, gondolom nem meglepő. Természetesen a csillagászokat is érdekli, hogyan néz ki egy távoli galaxis a hagyományos fogalmak szerint. Ezek a képek a látható tartomány különböző színeiben készülnek, például BVI színekben (blue, visual, red). Most egy éléről látszó spirálgalaxist mutatok (mondjuk ezek pont ACS képek, de ha már összevágtam, jó lesz).
Reprezentatív színek
A Hubble a láthatón kívül infravörös és ultraibolya hullámhosszakon is végez méréseket. Ezeket nem érzékeljük valódi színekként, ezért a kutatók dönthetik el, melyik képhez melyik színt rendelik. Általában törekednek a minél kellemesebb összhatásra és a részletek kiemelésére. Ehhez a megvalósításhoz egy igen szemléletes példát találtam. A Szaturnuszról a WFPC2 az ultraibolyától az infravörösig hét sávban készített felvételt 2003-ban, és ezekből összeadtak három színes képet is, különböző jellegzetességeket kiemelve, az UV, a látható illetve az IR részekre koncentrálva.
Erősített, kiemelt színek
Végül menjünk vissza egy pillanatra a kiinduláshoz, az Teremtés Oszlopai képhez. A három szűrőből kettő, a hidrogén és az egyszeresen ionizált kén egymáshoz közeli, vörös hullámhosszon sugároz, azaz a valós színeket összeadva csak egybeolvasztanánk azok jellegzetességeit. Ahhoz, hogy a két sugárzás forrását el lehessen különíteni, más-más színt kell hozzájuk rendelni. Azaz ilyenkor a valósághű árnyalatokat feláldozzák a objektum felépítésének megismeréséért. Az alábbi képen egy szupernóva-maradványt mutatok be a Nagy Magellán Felhőből, mindhárom kép a vörös különböző árnyalataiban készült (H-alfa, O III és SII, azaz hidrogén, kétszeresen ionizált oxigén és egyszeresen ionizált kén vonalaiban).
Előzmény: Így készülnek a Hubble-fotók - a nyers képtől a magazinokig
Ajánlott bejegyzések:
A bejegyzés trackback címe:
Kommentek:
A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.
kulcsarb 2009.03.05. 15:48:23
Ezt nem értem, a Nap is főleg hidrogénből áll (meg héliumból), aztán mégse piros.
tomato 2009.03.05. 19:23:47
Azért van, mert a légkörön keresztül látod a napot, ahol párszor még törik a fény...stb.
lacalaca · http://cydonia.blog.hu 2009.03.05. 22:00:58
Amit bemutattam az ún. emissziós színkép, ami gerjesztett atomok sugárzása meghatározott hullámhosszakon (a hidrogén elektronjának energiaszintjei közti különbségeknek megfelelően). Ilyen színkép például csillagok által megvilágított ritka gázban jönnek létre, mint az M16.
A Napnak ellenben ún. abszorpciós színképe van. A Nap belseje plazma, azaz gyakorlatilag protonok, elektronok ill. alfa-részecskék (He-atommag) keveréke, amiknek nincs meghatározott energiaátmenete, ezért a fotonok energiaeloszlása folytonos (Planck-görbe szerint), ezt hívjuk kontinuumnak. A Nap légkörében aztán már hűvösebb van (~6000 K), és megjelennek atomok (pl. p+e = H). A lentről felénk jövő sugárzásból ezek elnyelnek meghatározott hullámhosszakat, és később véletlenszerű irányba kisugározzák. Emiatt a hozzánk érkező fényben sötétebb, elnyelési sávok jelennek meg a kontinummban. Ez az abszorbciós színkép.
en.wikipedia.org/wiki/Emission_spectrum
en.wikipedia.org/wiki/Spectroscopy
en.wikipedia.org/wiki/Spectral_line
Amanitin2 (törölt) 2009.03.06. 08:37:35
Igen, mert a szem nem erre való.
Amire való, ott a fasorban sem vagyunk még a bizbasz kameráinkkal. Pláne ha azt is hozzávesszük, hogy az idegrendszer háttérzaja (nem a detektor sara) nagyságrendnyi érzékenységromlást okoz.
Ez egy kicsit olyan, mintha azt mondanád, hogy a halaknál sokkal fejlettebb repülő eszközeink vannak.
kulcsarb 2009.03.06. 11:56:19
"Azért van, mert a légkörön keresztül látod a napot, ahol párszor még törik a fény...stb"
a holdról nézve sem piros a nap, úgyhogy ez nem nyert, lacalacánál lesz az igazság...
kulcsarb 2009.03.06. 12:03:52
tehát:
"A Nap világít, és nem is igazán hidrogénből van.
Az M16 piros része meg nem világít, csak "visszaveri" a (nem piros) csillagok fényéből a pirosat.
Ha a Nap belseje nem világítana ennyire, és a legköre sokkal vastagabb lenne, akkor azt is pirosnak látnánk és úgy hívnánk, hogy vörös óriás."
jó sok állítást írtam, gondolom van benne több hiba is...
lacalaca · http://cydonia.blog.hu 2009.03.06. 23:48:25
A Nap is hidrogénből van (kb. 74 % H, 25 % He, >1% egyéb), csak a hidrogén ilyen egyszerű atom, hogy mindössze egy protonból és egy elektronból áll. Ha ionizálod, akkor szétválik egy H-atommagra (=proton) és egy elektronra. A Nap belseje ilyen erősen ionizált anyagból, plazmából van. Ebben nem keletkeznek színképvonalak, a fotonok mindenféle hullámhosszakon terjedhetnek (az eloszlásukat a Planck-görbe határozza meg). Van tehát egy folytonos spektrumunk (mint a szivárvány), amit a Nap, mint igen forró gázgömb (plazmagömb) produkál.
A folytonos sugárzást kibocsájtó fényforrásunk elé hidegebb, ritkább gázt helyezve (mint a Nap légköre) keletkeznek az abszorpciós, azaz elnyelési vonalak. Ebben ahidegebb, ritkább közegben már tartósan jelen vannak atomok (pl. p+e hidrogénatomként). Az áthaladó sugárzás három dolgot tehet, hullámhosszától függően:
1. ha elég nagy energiájú, ionizálja az atomot, azaz leszakítja az elektront (ami majd később visszakerül), ez hidrogén esetén bőven az UV-ba esik, 91 nm-nél rövidebb hullámhossz kell hozzá.
2. ha ennél kisebb energiájú, de az elektron számára nem "szimpatikus" mértékű, akkor nem lesz velük semmi.
3. ha a foton energiája megegyezik két energiaszint különbségével, akkor elnyelődik. Egy 656.3 nm-es foton például a 2.-ról a 3. energiaszintre emeli az elektront. Az elektron egy idő után elunja ezt, és visszaugrik, kisugározva egy új 656.3 nm-es fotont.
DE. A Nap felszínéről az első foton felénk indult, mielőtt elnyelődött. Az új foton véletlenszerűen indul el, balra, jobbra, vissza a Napba, akármi. Ezért ezen a hullámhosszon jóval kevesebb fog eljutni végül hozzánk, magyarul sötétebbnek látjuk a Napot, mint máshol.
A végeredmény ilyen, a 656 nm-es vonal az egyik sötét sáv a vörös részen: en.wikipedia.org/wiki/File:High_Resolution_Solar_Spectrum.jpg
Ami a csillagködöket illeti: amit fent látsz az egy ún. emissziós köd. Ez igen ritka, főként hidrogénből álló gázfelhő, amit a környező csillagok fénye gerjeszt. Csakhogy a köd sokkal nagyobb kiterjedésű, mint a csillagok, ezért nincs mindenhol mögötte a fényes, folytonos spektrumot adó forrás (csillagok). Itt gyakorlatilag azt a fényt látod, ami a csillagokból ered, gerjeszti a köd részecskéit, majd végül a mi irányunkba sugározza ki az utolsó atom, amivel kapcsolatba került.
Tehát az M16 ugyanabban a vörös fényben sugároz (a 656.3 nm-es H-alfa vonal), amiben a Nap halványabbnak látszik(!) a környező hullámhosszakhoz képest a H-atomok abszorpciója miatt.
Így néz ki a Nap H-alfában (a hozzánk elérő H-alfa sugárzás a Nap kromoszférájából ered, ez van a képen is) : ds9.ssl.berkeley.edu/solarweek/MONDAY/chromo.html
Remélem így már kicsit tisztább a kép. Kár hogy nincs kéznél a Barcza-féle Csillaglégkörök fizikája könyvem, de talán mindent jól szedtem össze.
Luos 2009.03.18. 17:31:47
Vagy itt csak annyit tesz hogy látható?
"Ezek a képek a látható tartomány különböző színeiben készülnek, például BVI színekben (blue, visual, red)."