Астрофотографии с нами уже почти два века. Когда физик Франсуа Араго представил Парижской академии наук изобретение дагеротипа, созданного художником и химиком Луи Дагером в 1837 году, он сразу предложил использовать этот прототип фотографии для исследования космоса. Предположительно, Дагер сам сделал первые снимки Луны, но они были утеряны из-за пожара в студии. Первое изображение космического объекта, которое хорошо сохранилось до наших дней - фотография Луны Джона Уильяма Дрейпера, сделанная в 1840 году.
Однако, в отличие от снимков известных людей, астрофото стали популярными только среди немногочисленных фанатов, вплоть до появления снимков космических обсерваторий. Под конец 2023 года популярный журнал Time опубликовал 11 лучших фото телескопа Джеймса Уэбба. А специалисты NASA продемонстрировали сравнение видимых и невидимых вариантов фото, сделанных телескопом Хаббл. Но на сколько цвета этих снимков "настоящие"?
Что значит "настоящий цвет"?
Мы хотим представить как выглядел бы далекий космос, если бы мы моги его наблюдать невооруженным глазом. И уже в этом простом условии содержится ряд условностей. Во-первых: угловые размеры и яркость. Некоторые объекты достаточно большие чтобы мы и так наблюдали их на небе, но слишком тусклые. Если мы подлетим поближе, то не увидим их целиком. Другие объекты очень малы и приближение к ним позволит их рассмотреть. Однако, они могут быть, наоборот, слишком яркими, тогда придется ставить в иллюминаторы корабля фильтры, искажающие оригинальную картину. Например, свое Солнце, мы рассмотреть можем только два раза, либо через защитные фильтры. Во-вторых, чтобы приблизиться к космическим достопримечательностям потребуется достичь хотя бы субсветовой скорости. Это исказит цвета эффектом Доплера: галактики по курсу будут испытывать синее смещение, а против курса - красное. Как что будет выглядеть и можно ли вообще смотреть по сторонам в случае сверхсветового движения - вопрос открытый. Если нам действительно удастся обогнать свет, то мы увидим друге галактики в далеком будущем, относительно текущей картины, а свою родную - Млечный Путь в глубоком прошлом. Все эти детали мы упомянули, а теперь забудьте все что прочитали, ведь доработать снимки с их учетом мы не сможем.
Настоящий цвет Урана и Нептуна
Перед визуальным путешествием в далекий космос можно окинуть взором Солнечную систему. Например, в оптическом диапазоне и "цветах Хаббла" Уран - светло-голубой шар, в инфракрасном диапазоне и искусственных цветах наземной обсерватории KECK видна структура атмосферы и хорошо видны кольца. А данные рентгеновского диапазона космической обсерватории Чандра демонстрируют полярные сияния. Очевидно, что "ненастоящие" цвета настоящие: они делают физические процессы недоступные человеческому зрению более наглядными.
А вот фотография Вояджера 2 на которой Нептун гораздо темнее по тону чем Уран смогла ввести в заблуждение составителей астрономических атласов на многие годы. Физики из Оксфорда смогли восстановить более естественный цвет Нептуна на фото Вояджера 2 и он получился примерно таким же как и у Урана, что не удивительно, учитывая схожий сосав атмосферы ледяных гигантов.
Другое исследование NASA показывает, что разница в цветах далеких от нас планет, все таки есть, хоть и меньше чем казалось ранее. В принципе, и на земле разные камеры и даже одна в разных условиях дают разное представление о цвете, что уж говорить о затруднительной космической съемке.
Столпы Творения
Одна из самых популярных фотографий космических обсерваторий и старого и нового поколения - "столпы творения" - активная область звездообразование в туманности "Орел" в 7 000 световых лет от Земли. Один только космический телескоп Хаббл демонстрирует три совершенно разных цветовых палитры.
А космический телескоп имени Джеймса Уэбба добавляет еще два снимка с совершенно другими цветами. Впрочем, JWST - инфракрасный телескоп и "настоящих" цветов от него ждать не стоит, цель его и заключается в изучении невидимых человеческому глазу данных.
Так какой же снимок может передать "настоящие" цвета космоса, без искажений, сделанных для повышения информативности снимков?
Ответ на этот вопрос заключается в том, что на оригинальных снимках в видимом спектре цветов нет. Кроме окраски итоговое изображение скомпилировано из десятков снимков различных камер Хаббла. Это делает восстановление "оригинальных" цветов невозможным, их просто нет в привычном для земной фотографии понимании. Цвета на изображениях подчеркивают излучение химических элементов.
Впрочем, там где зрителей вдохновляет и запутывает профессиональная астрономия, может помочь любительская. Если увеличить яркость туманности Орел без любых других искажений, она будет светло-розового цвета из-за обилия водорода в составе туманности.
Галактика Андромеда
Ближайшая к нам галактика Андромеды по размерам и спиральной структуре очень похожа на нашу галактику - Млечный путь. Андромеда находится от нас на расстоянии примерно 2 500 000 световых лет и занимает приличную часть ночного неба, что позволило бы ее рассматривать невооруженным глазом, была бы она поярче. А вот узкое поле зрения Хаббла смогло ее рассмотреть только частично и при наложении снимков заметна и разница в. "цветах Хаббла" и цветах фото наземных телескопов.
Для примера приведем ниже любительскую астрофографию, сделанную при помощи обычной фотокамеры. Получается, желтоватый оттенок Хаббла в данном случае довольно близко отражает то что может увидеть человеческий глаз на ночном небе в нужном месте в нужный час.
Резюме
В космический фотографии есть многое от строгой науки: у всего есть объяснение, структура любого объекта на снимке - объективна абсолютно для всех наблюдателей, независимо от их познаний в физике. Это не выдумки ученых, а факты, имеющие законную силу на основании объективных доказательств, прошедших проверку качества. Но есть и кое-то от искусства - цвета снимков могут быть субъективны, отличаться у разных камер, методов сбора данных, методов покраски изображений и даже зависеть от автоматических настроек космических аппаратов. Поэтому, вопрос "какого цвета космос?" всегда будет актуальным и познавательным.
Дополнительные материалы
- Больше о снимках космического телескопа Хаббл можно узнать изучив открытый архив наследия Хаббла
- Если хотите больше узнать о зарождении фотографии можно прочитать книги "Франсуа Арго - французский гуманист 19-ого века и пионер астрофизики" и "Фотография 1839-1937"
Автор статьи — физик Георгий Тимс для проекта «Физика для гуманитариев». При копировании, пожалуйста, указывайте авторство. Социальные сети проекта: Телеграмм канал, Ютуб канал