A Hubble Űrteleszkóp, a James Webb Űrteleszkóp, a Chandra Röntgen Obszervatórium, a Spitzer Űrtávcső és sok más űrben keringő teleszkóp felvételei lenyűgöző módon mutatják be a világűr objektumait: égitestek, gázfelhők, formálódó csillagok és galaxisok által benépesített színes és kaotikus helynek, ahol minden esemény látványosan zajlik és a fényes jelenségek véget nem érő lánca tölti ki a teret. Ha az űrügynökségek által közzétett képek alapján ítéljük meg a világegyetemet, egy kis híján pszichedelikus színkavalkádnak képzelhetjük el az űrt és talán szeretnénk is, hogy az legyen. A képek pedig nem hazudnak, mégha nem is teljesen a valóságot mutatják.

A színes fotók azt ábrázolják, hogy látná az emberi szem ezeket a jelenségeket, ha éppen olyan érzékeny lenne, mint a teleszkópok műszerei,

tehát tulajdonképpen lefordítja az általunk nem érzékelhető sugárzási spektrum jeleit is a látható fény tartományának nyelvére.

Az emberi szem a környezetünkben lévő objektumokról visszaverődő vagy az általuk kibocsátott sugárzást érzékeli a látható fény spektrumában, amelyet a fotoreceptorok alakítanak át idegi jelekké. A szemben található több mint 8 millió csap felelős a színlátásért és ezek három eltérő típusa három különböző hullámhosszú fényre reagál: az RGB (Red-Green-Blue, hosszabb hullámhosszúságú piros-közepes zöld- rövid hullámhosszú kék) színskála három fő színéből tevődik össze végül az összes általunk ismert szín. Az elektromágneses sugárzásnak azonban olyan hosszú és rövid hullámhosszú tartományai is léteznek, amelyeket puszta szemmel nem láthatunk, mivel egyszerűen nem rendelkezik elég érzékeny "műszerekkel" a szemünk ahhoz, hogy képesek legyünk közvetlenül érzékelni az ezeken a hullámhosszokon érkező fényt. A látható fény körülbelül 380 nm–780 nm közti tartományán túli, hosszabb hullámhosszúságú sugárzást az infravörös-, mikrohullámú-, és rádióhullámú sugárzás képviseli, míg a rövidebb hullámhosszokat az ultraibolya-, a röntgen-, és a gammasugárzás.

A teleszkópok kamerái ezek közül a látható fény, az ultraibolya és/vagy az infravörös tartományban is tudnak mérni, valamint léteznek speciálisan a röntgen-, és gammasugárzás észlelésére fejlesztett teleszkópok is - azt, hogy melyiket mekkora érzékenységgel látják, az általuk végzett kutatások célja és azt ezt elősegítő berendezések felépítése határozza meg. A Hubble Űrteleszkóp például képes infravörös megfigyelésekre is, de csak a 0,8 mikrontól 2,5 mikronig tartó spektrumban, ezzel szemben a James Webb fő feladata az infravörös sugárzás érzékelése, ezért a négy mérőműszere összességében 0,6-28 mikron hullámhosszon mér. A teleszkópok két, eltérő típusú technológiával rögzítik a felvételeket: szélessávú vagy keskenysávú filterek használatával.

Szélessávú filterek

A szélessávú filterek általánosabb szakaszokra (hosszabb, közepes, rövid hullámhosszúságú) bontják a spektrumot, vagyis egyszerre meglehetősen sok sugárzást átengednek az adott szakaszon belül. Ahhoz, hogy ezek az eredetileg fekete-fehér felvételek színt kapjanak, az utómunkák során RGB skála szerinti színeket rendelnek hozzájuk: a megfelelő hullámhosszok alapján egy-egy, ugyanazon objektumról készített felvétel vörös, a másik zöld, a harmadik kék színű lesz. Ez egyúttal azt is jelenti, hogy egy csillagot, bolygót vagy más űrbeli jelenséget többször is, eltérő filterekkel, meg kell örökíteni a kamerával.

Így történik a fordítás a teleszkópok infravörös, ultraibolya és egyéb "nyelvéről" az emberi szem által látható "nyelvre".

A Hubble esetében is hasonlóan zajlik a folyamat, mivel, bár a teleszkóp képes a látható tartományban mérni, az eredeti képei fekete-fehérek: a NASA magyarázata szerint többek között azért, mert így, a szürke árnyalataiban jobban érzékelhető az űrbeli objektumok fényének intenzitása és ezáltal a képek pontosabban mutatják az apró eltéréseket is.

Keskenysávú filterek

A keskenysávú filterek, amelyeket az űrtávcsöveken időnként használnak a felvételek rögzítése előtt, sokkal specifikusabb, szűkebb sugárzási tartomány mérésére alkalmasak: ezek a filterek csak egy szűk hullámhossz-sávban engedik át a fényt. Ennek a módszernek az alkalmazására akkor van szükség, mikor kifejezetten egy elemi összetevő után nyomoznak a csillagászok, például az oxigén vagy hidrogén jelenlétét és mennyiségét kutatják egy objektumot belül. A keskenysávú filterek csak az arra az elemre jellemző hullámhosszú sugárzást detektálják, így ezeket a képeket nem igazán lehetséges egy az egyben a látható fény skálájának színeire fordítani, ehelyett a különböző összetevőkről készült felvételeket a hullámhosszúságuk alapján, kromatikus sorrendben, hozzárendelik a piros-zöld-kék spektrum egyes színeihez és végeredményként az elegyüket láthatjuk a színes képeken.

Ebben az esetben viszont nagyobb szerepet kap az esztétika, vagyis a képek részben a művészet kategóriájába esnek,

mivel több olyan elem is létezhet, amelyek egyazon színnek megfelelő hullámhosszon sugároznak, mégis külön színekkel ábrázolják őket. A csillagok detektálása során gyakran mérik három összetevő: a hidrogén, az oxigén és a kén mennyiségét, amelyek közül a kén és a hidrogén emissziós spektruma közel állhat egymáshoz (a hidrogénnek több színképi vonala létezik), de a látványosabb képek előállítása érdekében minden összetevő más színezést kap, így a végeredmény nem egészen a valódi hullámhossz-leosztást mutatja.

A képek színezése aprólékos és hosszadalmas munka, egy-egy komplexebb űrbeli jelenség esetében hetekbe telhet az elkészítése, de mégis szükség van rá és nem csak a látványos felvételek generálása és a nagyközönség lenyűgözése miatt. A kutatók munkájában, az elemzések során, sokat segíthet, ha minden részletet jól látnak a képeken és egyértelműen jelenik meg előttük a különböző összetevők pontos helyzete és mennyisége. A képeket előállító specialisták ezáltal a kutatások sikerét is elősegíthetik.

A szakemberek James Webb Űrteleszkóp felvételeinek színezése során például a következőképpen dolgoznak a JWST oldalának leírása szerint:

• Először kikeresik az adott objektumot a képarchívumból, ahol egy-egy felvétel mellett megtalálható az információ a használt filter típusáról, majd letöltik a megfelelő képeket
• Amikor megnyitják a képfájlt, az lényegében feketének tűnik, mivel a JWST műszerei sokkal érzékenyebbek és több fényt tudnak feldolgozni, mint az emberi szem. A teleszkóp képeinek minden egyes pixele a szürke 65 000 különböző árnyalatát képes mutatni. A képeket ezért ki kell "nyújtani" és tömöríteni, hogy a szakemberek ki tudják emelni a lényeget rajtuk
• A kompozit képeket a hosszúhullámú és rövidebb hullámhosszú felvételek összeillesztésével végzik, de előtte minden képet alaposan átvizsgálnak és eltávolítják az esetlegesen megjelenő hibákat, vagyis eltüntetik a zajt a képekről

• Ezután jöhet a színezés. A James Webb Űrteleszkóp infravörösben lát, ezért az emberi szem által látható tartomány színeit rendelik az egyes filterekkel készült képekhez: vöröset a leghosszabb hullámhosszúságúakhoz, zöldet a középső, kéket a legrövidebb hullámhosszokhoz, kromatikus sorrendben. Amennyiben több mint három különböző filterrel készített felvételből állítják össze a végső képet, akkor a lila, zöldeskék és narancssárga színeket is felhasználják. A teleszkóp két fő kamerája, a MIRI (Mid-Infrared Instrument, ami közép-infravörös tartományban mér) és a NIRCam (Near Infrared Camera, közeli infravörös kamera) számos filterrel dolgozik, előbbi 9, utóbbi 29 filtert tartalmaz. A MIRI kompozit képei három-négy, a NIRCam-éi négy-öt filter felhasználásával készült felvételekből állnak.

A folyamatnak ezzel még nincs vége, a kész képet ezután élesítik és a színeket kiegyensúlyozzák, hogy a részletek megfelelően látszódjanak. A szerkesztés ezen része már kevésbé szabályozott, inkább szubjektív, de a cél, vagyis a kép integritásának megtartása és a tudományos szempontból fontos részek kiemelése meghatározza a munka menetét. A szakértők számára engedélyezett a kép elforgatása ("elvégre az űrben nincs olyan, hogy 'fent'"- írják a JWST oldalán) és a kép vágása is, hogy "filmszerű", látványos hatást érjenek el.

Ez a cikk eredetileg 2023.02.27- én jelent meg a Rakétán.

(Fotó: NASA/CXC, NASA/ESA)

A NASA bemutatta a James Webb űrteleszkóppal készült első tudományos értékű fotókat A James Webb már az első fotókkal rendkívül fontos információkkal látta el a csillagászokat, többek között vízpára jelenlétét is kimutatták egy bolygó légkörében.