Как «Хаббл» видит Вселенную. Реальность или фотошоп?

Фотографии просторов Вселенной завораживают взгляд. Но насколько они реальны? Рассмотрим на примере легендарного исследователя космоса — орбитального телескопа «Хаббл». Как он видит Вселенную, и как его данные превращаются в фантастические визуальные эффекты.

История телескопа «Хаббл»

С момента появления первых телескопов астрономы ночи напролет проводили в попытках исследовать космические просторы. Они полировали линзы и зеркала, совершенствовали их форму. Изобретали телескопы все больших размеров.

Но что бы они ни предпринимали, между ними и неизведанными просторами космоса всегда оставалась преграда, мешающая заглянуть в глубины Вселенной. Земля окутана оболочкой из газа и пыли, которая искажает видимый свет, заставляя звезды мерцать и скрывая мелкие объекты.

Вселенная
Источник: Midjourney

Даже современная адаптивная оптика наземных обсерваторий позволяет только минимизировать влияние атмосферы, но не устранить его полностью. В 1946 году ученые всерьез задумались над преимуществами телескопа в космосе, который проводил бы исследования над земной атмосферой, избегая ее искажающего влияния.

После запуска первого советского искусственного спутника в 1957 году, NASA вывело на орбиту две астрономические обсерватории. А тем временем началось планирование следующего шага — большого орбитального телескопа.

И только к 1985 году космический телескоп «Хаббл» (англ. Hubble) собрали и подготовили к запуску. Но трагедия с челноком «Челленджер» в 1986 году изменила все планы и разработку космических шаттлов приостановили.

Проект «Хаббл» использовал это время для проведения доработок и усовершенствования оборудования. В апреле 1990 года космический челнок «Дискавери» стартовал с мыса Канаверал с телескопом на борту. На следующий день «Хаббл» вывели на орбиту.

Вид «Хаббла»
Вид «Хаббла» с борта космического корабля «Атлантис» STS-125Источник: Wikimedia

Изначально предполагалось, что телескоп проведет на орбите 15 лет. Но он намного превзошел эти рамки. Почти 34 года «Хаббл» наблюдает за глубинами Вселенной. За это время было собрано более 700 терабайт данных, проведено более 1,5 млн наблюдений и на их основе создано 20 тыс. научных публикаций.

Как «Хаббл» фотографирует Вселенную

Орбитальный телескоп «Хаббл» ежедневно облетает вокруг Земли около 15 раз. Его основное зеркало диаметром 2,4 метра собирает потоки света в диапазонах длин волн, недоступных для наземных обсерваторий.

На борту установлены два типа камер. Совместная работа Advanced Camera for Surveys (ACS) и Wide Field Camera 3 (WFC3) обеспечивает видение в инфракрасном спектре, на видимых длинах волн вплоть до ультрафиолетового.

Наблюдение в ультрафиолетовом спектре помогает «Хабблу» видеть мелкие объекты и светящиеся точки, например, звезды. А инфракрасный диапазон позволяет проникнуть вглубь просторов Вселенной для изучения удаленных объектов, образовавшихся миллиарды лет назад.

Эта легендарная фотография, запечатлевшая на данный момент самую глубокую историю Вселенной, создавалась на протяжении 16-летних наблюдений «Хаббл». На ней можно увидеть 265 тысяч галактик, образовавшихся за период от 13,3 миллиарда до 500 миллионов лет назад. Одна эта фотография состоит из 7500 отдельных снимков с телескопа.

Фотография Вселенной, сделанная «Хаббл»
Фотография Вселенной, сделанная «Хаббл» в 1995 годуИсточник: Hubblesite

Изначально телескоп «Хаббл» делает монохромные снимки, точно такие же, как старые черно-белые фотографии. Изображение представляет собой сетку пикселей, каждый из которых имеет определенную интенсивность цвета от 0 до 32768. Это означает, что изображение с телескопа состоит из более чем 30 тысяч оттенков серого.

А эта фотография звездного скопления NGC 346 сделана усовершенствованной камерой «Хаббл». Оно находится в самой активной области звездообразования соседней с нашей галактики Малое Магелланово облако. Сильное излучение звезд заставляет светиться окружающий газ. Даже без применения цветовых эффектов мы видим детально проработанный снимок.

Фотография звездного скопления
Фотография звездного скопления NGC 346Источник: Hubblesite

Но если «Хаббл» передает на Землю черно-белые снимки, то как тогда мы видим эти потрясающие цветные фотографии космических просторов?

Как обрабатывают фотографии с телескопа

Основные цвета, из которых создается картинка, — красный, зеленый и синий. Если их смешать в нужных пропорциях, можно получить любой другой оттенок. Как мы писали выше, в каждый пиксель в изображении зашифрована интенсивность цвета от 0 до 32768. Соответственно, пиксель со значением 0:0:0 будет черным, а 32768:32768:32768 указывает на белый цвет.

«Хаббл» использует специальные фильтры, каждый из них пропускает определенный цвет. Снимки небесного объекта делаются с помощью разных фильтров, по одному за раз. А уже на земле ученые комбинируют отдельные картинки для получения одного полноцветного изображения. Снимки с помощью длинноволнового фильтра представлены в композиции красным цветом, со средними длинами волн — зеленым, с самыми короткими — синим.

Затем со всех снимков удаляют нежелательные эффекты. Космос постоянно в движении, снимать такой изменчивый объект непросто. В кадр могут попадать полосы света от пролетающих астероидов или спутников, вспышки космических лучей. Все это проявляется на фотографиях в виде точек или полос. «Мертвые пиксели», появившиеся в результате старения сенсоров тоже добавляют ненужные дефекты.

Существуют фотографии, представляющие собой историю Вселенной. На них изображены объекты, образовавшиеся миллионы и миллиарды лет назад. Такие фото получаются в результате многодневных и даже многолетних наблюдений, и состоят из тысяч отдельных снимков. Такую мозаику приходится упорядочивать и убирать пробелы, чтобы получить целостное изображение.

В процессе обработки ученым приходится решать еще один немаловажный вопрос: как ориентировать объекты на снимках. Для лучшего восприятия приходится поворачивать изображение. Ведь в космосе нет понятия «верх» и «низ».

Одна из культовых фотографий, сделанная телескопом «Хаббл» в 1995 году. Изображение туманности Орла, названная «Столпы Творения».

Фотография туманности Орла
Фотография туманности ОрлаИсточник: Steam

После выравнивания файлы импортируют в программу обработки графики, например, Photoshop. Здесь картинки модифицируются с помощью разных инструментов. Регулируется контрастность всего снимка или отдельных элементов, осветляются или затемняются определенные области. В итоге изображение получается таким, как мы его видим и восхищаемся.