Habls, CCD un citi zvēri
Publicēts: 21.02.2008
Pēdējos gados astrofotogrāfija ir kļuvusi ne tikai par zinātnieku nodarbi, bet arī par ļoti plaši izplatītu amatieru aizraušanos. Orbītā ap Zemi riņķo vairākas kosmiskās observatorijas, kuras tuvākus un tālākus visuma objektus attēlo dažādos spektros. Bieži vien viens un tas pats objekts tiek attēlots dažādās krāsās, kas parasti nav ne tuvas tam, ko redzētu cilvēka acs.
Palūkosimies uz šīm divām Stīva Tatla fotogrāfijām, kurās redzams emisijas miglājs IC 2177 jeb Kaijas miglājs. Tas ir fragments no liela aktivētas gāzes mākoņa, kurā notiek masīva zvaigžņu veidošanās. Lielākās zvaigznes veidojas ātri un izstaro daudz ultravioletā starojuma, kas jonizē apkārtējo gāzi.
Viens un tas pats objekts, bet krāsu atšķirība ir pamanāma uzreiz. Atbilde meklējama attēla informācijas ieguves veidā un tālākā apstrādē.
Visumā gaisma tiek ražota dažādos procesos. Miglājos visbiežāk to rada elektronu mijiedarbība ar protoniem. Bet ar to gaismas rašanās neaprobežojas, jo visumā bez ūdeņraža pastāv vēl citas vielas. Katra viela rada savu krāsu. Cilvēka acī savukārt ir gaismjutīgās šūnas, kas uztver dažāda garuma gaismas viļņus. Attēlu veidošanas sistēmas darbojas līdzīgi. Jau gandrīz aizmirstajās filmiņās ir 3 emulsiju slāņi, kas jutīgi pret trim dažādiem spektra diapazoniem.
Astrofotogrāfijā visbiežāk izmanto tā saucamās CCD kameras, kas nav jutīgas pret krāsām. Bet kā tad iegūst krāsainu attēlu ar CCD kameru?
Viena no populārākajām metodēm ir trīs filtru izmantošana. Piemēram, tiek uzņemti trīs attēli, katrs ar savu filtru - sarkanu, zaļu un zilu. Pēc tam visi šie trīs attēli tiek sakombinēti vienā. Problēma, protams, rodas tajā kā dators attēlo šīs krāsas, jo kā mēs zinām, gaisma nesastāv tikai no trīs krāsām. Krāsas, kuras ir ar nobīdi no filtra centrālā spektra, tiks satumšinātas vienlīdzīgi, jo nedz dators, nedz CCD kamera nezina vai attēls ir vājāks tādēļ, ka gaisma nav tik spēcīga, vai tādēļ, ka tā vienkārši neatbilst filtra spektram. Tomēr jāsaka, ka šis attēlošanas veids ir visai precīzs un pierasts.
Digitālajās kamerās iegūt attēlu izmantojot trīs filtrus ir sarežģītāk, tādēļ tajās tiek lietota prizma, kas ienākošo gaismu uzreiz sašķeļ trīs krāsās. Tālāk šos starus apstrādā trīs atsevišķi CCD procesori. Šis nav lēts fotografēšanas veids, jo optikai ir jābūt precīzi kalibrētai un ir nepieciešami trīs CCD procesori. Papildus nosacījums ir tas, ka objektiem jābūt pietiekami gaišiem, jo kopējā informācija tiek dalīta trīs daļās. Šī nav bieži izmantota metode.
Trešā CCD metode ir mikroskopisku krāsas filtru izvietošana uz viena CCD procesora. Šāds procesors ir dārgāks par parastu, kuram jāizmanto ārējie filtri, bet tomēr lētāks nekā trīs atsevišķi procesori. Caur katru no filtriem cauri iziet 1/3 daļa no kopējās gaismas. Speciālā programmā šie attēli tiek savienoti vienā krāsainā fotogrāfijā. Šīs metodes vislielākais trūkums ir attēla kopējo pikseļu mazais skaits.
Tā kā astronomiskie objekti, jo sevišķi tie, kas atrodas visuma dzīlēs, nemainās tik strauji, tad astrofotogrāfs var mierīgi atļauties fotografēt, izmantojot trīs dažādus filtrus un pie viena nezaudējot arī izšķirtspēju, kas astronomiskajos attēlos ir ļoti svarīga. Papildus šāda dažādu filtru izmantošana ļauj attēlus apstrādāt, izceļot nepieciešamās detaļas. Protams, šādi attēli vairs nav īsti patiesi.
Astronomi gan nesatraucas, ka attēlu krāsa neatbilst tam, kādu to varētu redzēt ar cilvēka aci. Svarīgāka par autentiskumu šķiet informācija, ko var iegūt filtrējot attēla informāciju. Piemēram, fotografējot miglāju noteiktā viļņu garumā, kuru rada jonizēts ūdeņradis, jūs varat redzēt, kurā vietā miglājā ir šī gāze. Pārslēdzoties uz citu viļņu garumu, tiks iegūts jau pavisam savādāks attēls un arī informācija. Lielākoties tas ir arī tas, ko mēs redzam Habla iegūtajos attēlos, kur attēlotais nav ne tuvu atbilstošs tam, ko var redzēt ar cilvēka aci.
Habla teleskopa attēlu iegūšanā tiek izmantota tā saucamā Habla palete, kas ir izmantota Tatla fotogrāfijā pa kreisi. Attēlu radīšanā tiek izmantoti trīs šaura spektra filtri - S II, Ha un O III.
S II ir jonizētā sēra līnija, kura uztver 672,4 nm garus viļņus. Tā ir tumši sarkana krāsa, kas Habla paletē attēlojas kā sarkana.
Ha spektrālā līnija arī ir sarkana. Tā atbilst 656.3 nm viļņu garumam. Habla paletē optiski sarkanā krāsa tiek mainīta uz zaļu. Tā kā CCD neuztver krāsas, bet gan to intensitāti, tad kamera nezina kādu krāsu tā fotografē. Dators ir visai bezpersonisks un bez ierunām attēlos piešķir šim viļņu garumam zaļo krāsu.
O III ir divkārt jonizētā skābekļa spektrālā līnija. Divkārt jonizētais skābeklis ir tāda skābekļa molekula, kurai noņemti divi elektroni. Šai līnijai atbilst 495.9 un 500.7 nm viļņu garumi, kas optiski izskatītos zaļi. Bet... Habla paletē šie viļņu garumi atbilst zilajai krāsai.
Šādi kombinējot attēlus un piemērojot tiem Habla paleti, jūs iegūsiet attēlu, kāds redzams raksta augšdaļā pa kreisi, kas, kā mēs tagad zinām ir "viltotās krāsās". No diviem sarkanajiem toņiem sanāk sarkanās un zaļās krāsas, bet zaļais tiek pārkrāsots par zilo. Nenoliegsim, attēls vienalga izskatās skaisti un iespaidīgi.
Tomēr daudziem astronomiem nepatīk Habla palete, jo tā būtiski atšķiras no agrāk izamntotās, kur Ha bija sarkanie toņi un O III zaļie. Vecākā gada gājuma zinātnieki lielāko daļu attēlu ir redzējuši tikai vecajā interpretācijā, tādēļ Habla paletes radītie attēli tiem liekas dīvaini.
Habla palete nav vienīgā, kuru izmantot attēlu apstrādei. Otra, ne mazāk populāra ir CFHT sistēma, kurā Ha ir sarkanā krāsā un O III zaļā. Otrajā Tatla attēlā ir izmantota CFHT palete. Interesanti ir tas, ka S II spektrs, kas optiski ir sarkanā krāsā, CFHT sistēmā tiek pārveidots par zilu krāsu.
Kāpēc astronomiskajās fotgrāfijās netiek izmantots pilns spektrs? Pavisam vienkārši. Šaura spektra viļņu garumu izmantošana nodrošina to, ka attēlā nenokļūst gaismas piesārņojums gan no mākslīgiem avotiem (pilsētu gaismas u.tml.), gan dabīgiem (Mēness gaisma). Attēls ir tīrāks un precīzāks. Šie viļņu garumi atbilst to elementu spektram, kas parasti ir sastopami visuma objektos. Kapēc netiek izmantots šaura spektra zilās krāsas filtrs? Izrādās, ka visumā praktiski nav elementu, kas izstaro zilo gaismu. Dzīvsudrabam ir raksturīgas spektrālās līnijas tumši zilajā spektra daļā, bet šis elements visumā ir sastopams ārkārtīgi maz.
Lai arī iegūtie attēli nav autentiski, tie sniedz daudz vērtīgas informācijas. Un galu galā, tie ir skaisti.
Astroprof
Komentāri
