“P”出來的星空

語凝

創(chuàng)生之柱在被“制作后”所呈現(xiàn)出的圖片。

拼接而成的日冕圖。

運(yùn)用哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝到的深空?qǐng)D。

2022年7月12日，美國國家航空航天局在其官網(wǎng)正式公布了詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的一批宇宙全彩色照片。它們是韋布空間望遠(yuǎn)鏡升空半年多來所發(fā)布的首批照片。這個(gè)哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的“繼任者”首批公布的5組太空?qǐng)D片畫面清晰，細(xì)節(jié)豐富，極其震撼。難怪有人說：這價(jià)值100億美元的空間望遠(yuǎn)鏡錢花得值！此前，韋布空間望遠(yuǎn)鏡的前輩“哈勃”和“斯皮策”都向我們展示過極其美麗的太空照片，不管是像一團(tuán)爆炸火球的大麥哲倫星云，還是像巨大綠色眼睛的螺旋星云；不管是似火般綻放的獵戶座星云，還是玫瑰般盛開的船底座星云，很多人就是因?yàn)檫@一幅幅壯觀絢麗的星空美圖而對(duì)天文學(xué)產(chǎn)生了興趣。

但其實(shí)，這些圖都是電腦做出來的，用現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)語言來說，這些天文照片都是“p”出來的。當(dāng)然，制作這些天文圖片可不是造假，也不是簡(jiǎn)單地用ps軟件套上幾個(gè)濾鏡就完事的。制作這些天文圖片，需要大量的觀測(cè)資料、專業(yè)的天文學(xué)知識(shí)和高超的藝術(shù)造詣。那么，這些美麗的星空?qǐng)D片原本是什么樣子？又是根據(jù)什么制作成我們看到的樣子的呢？

空間望遠(yuǎn)鏡拍攝照片可不像我們用相機(jī)拍攝那樣，對(duì)準(zhǔn)要拍的東西，調(diào)個(gè)焦距按個(gè)快門就可以了。對(duì)于空間望遠(yuǎn)鏡來說，能拍到目標(biāo)就已經(jīng)是一個(gè)很大的難題了。畢竟宇宙太大了，而拍攝的目標(biāo)很多在距離我們幾光年甚至上千光年的地方，而且，拍攝的目標(biāo)很多都是整個(gè)銀河系大小，而空間望遠(yuǎn)鏡又在不斷的運(yùn)動(dòng)中……所以，空間望遠(yuǎn)鏡的拍攝大多是在同一個(gè)區(qū)域拍攝幾百甚至上千張照片，然后對(duì)比拼接才能將想要拍攝的天體“拼湊”出來。這還只是第一步，接下來，就要對(duì)天文圖片進(jìn)行“磨皮”了。說是“磨皮”，其實(shí)是去除照片中的干擾信息和無效信息，用普通相機(jī)拍一下夜空就會(huì)知道，夜晚拍攝感光度調(diào)高之后噪點(diǎn)就會(huì)非常多，讓人很難分辨哪些是星星、哪些是衛(wèi)星、哪些是相機(jī)的噪點(diǎn)，要想得到清晰的夜空照片，就需要在相同角度多拍幾張，然后用修圖軟件將這些照片疊加，從而來判斷哪些是星星、哪些是干擾，去除干擾之后就可以得到相對(duì)純凈的星空照片。

對(duì)于空間望遠(yuǎn)鏡來說，圖片疊加的技術(shù)比我們用普通相機(jī)拍攝要復(fù)雜得多，比如哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝一個(gè)極暗的天體，除了前景里的幾顆銀河系恒星之外，可看到的3000多個(gè)天體幾乎全是遙遠(yuǎn)的星系，直抵百億光年之外。如此遙遠(yuǎn)暗淡的星光，迫使哈勃望遠(yuǎn)鏡用了10天時(shí)間，環(huán)繞地球150周，對(duì)著同一天區(qū)累計(jì)曝光141小時(shí)。最終，選取了342張照片疊加，去除宇宙射線和地球散射光干擾，增強(qiáng)真正的信號(hào)，才能合成一張真正的天文照片。別著急，這時(shí)候如果你看到這張照片，一定不知道照片拍的是什么，因?yàn)檫@時(shí)候你看到的，只是一張布滿模糊光斑的黑白照片。沒錯(cuò)，空間望遠(yuǎn)鏡拍攝到的照片都是黑白的，而我們看到的天文照，都是經(jīng)過后期上色的。

為什么明明拍照技術(shù)那么先進(jìn)了，還要拍攝黑白照片呢？其實(shí)這不怪空間望遠(yuǎn)鏡，要怪人的眼睛“太不爭(zhēng)氣”了。宇宙中電磁波普十分寬廣，其中只有極其狹窄的一波段可以被人的眼睛感知到，這部分被我們稱為可見光。但如果用可見光來觀測(cè)太空，那么我們能看到的不過是宇宙中的“九牛一毛”?？茖W(xué)家得到最初的照片，標(biāo)注著例如x射線波段、紅外波段、微波波段的黑白照片，別說普通人，就連專家看這些照片也只能通過數(shù)據(jù)來想象它的樣子，畢竟科學(xué)家的眼睛也和普通人一樣，所以下一步就是給這些黑白照片上色。

給天文照片上色可是一項(xiàng)集合了真實(shí)性、科學(xué)性和藝術(shù)性的大工程。就拿經(jīng)典的天文攝影作品“創(chuàng)生之柱”來舉例，“創(chuàng)生之柱”位于鷹狀星云中，距離地球大約7000光年。照片中，一根巨大的“柱子”縱向貫穿整個(gè)星空，在“柱子”的上半部，3根像石筍一樣的尖頂從綠色的霧靄中顯露出來，就像童話里的城堡中的塔樓一樣，頂部噴射出藍(lán)色的光帶。明亮的星星透過氣態(tài)的縫隙發(fā)光，這些星星的輪廓就像是一個(gè)個(gè)亮黃色的用來裝飾物體的邊框，格外耀眼。人們很難想象這些“柱子”在現(xiàn)實(shí)中是多么巨大，每根“柱子”的長度都有幾光年，也就是說即使是光，從“柱子”的底部傳到頂部都需要數(shù)年的時(shí)間。而通過數(shù)據(jù)，科學(xué)家推測(cè)這3根“柱子”是星際氫氣和塵埃的混合體，“柱子”的表面和內(nèi)部含有蒸發(fā)氣態(tài)小球，這就意味著這些“柱子”中會(huì)不斷地誕生新的恒星，就像是巨大的恒星“托兒所”，所以它被命名為“創(chuàng)生之柱”。

“創(chuàng)生之柱”被認(rèn)為是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的最成功的照片之一，這幅宏偉又美麗的照片還被廣泛地印在各種不同的生活用品上。不過，如果有一天人們可以進(jìn)行星際旅行，就算飛到了最適合的觀測(cè)地點(diǎn)，人們也無法看到這個(gè)美麗的“創(chuàng)生之柱”，因?yàn)樵谌祟惾庋鄣挠^察下，“創(chuàng)生之柱”只是一片紅色的模糊塵埃。這是因?yàn)椤皠?chuàng)生之柱”只有少部分在可見光范圍，所以單憑肉眼，人們永遠(yuǎn)無法欣賞到它的美麗，而在波段更廣的空間望遠(yuǎn)鏡的鏡頭中，“創(chuàng)生之柱”才能展現(xiàn)原貌。

“創(chuàng)生之柱”的原圖是3個(gè)波段的黑白照片，分別是氧的502nm藍(lán)綠色輝光、氫和氮的657nm紅色輝光和硫的673nm深紅色輝光，將這3張照片疊加在一起，就得到了一張血紅色夾著黑色的照片，這是最接近它在電磁波下的真實(shí)樣子，但這樣的圖片完全沒有意義，因?yàn)檫@個(gè)樣子既不是人們可以看到的樣子，在科學(xué)層面上也沒有任何的信息量。于是，科學(xué)家還需要將這些信息制作成它們最佳呈現(xiàn)的樣子，于是就得到了我們?nèi)缃窨吹降摹皠?chuàng)世之柱”，不僅圖片的色彩更加絢爛，也顯得更加美麗壯觀，還更方便地傳達(dá)了組成元素這種科學(xué)信息。

有人會(huì)覺得，雖然那些遙遠(yuǎn)的星系照片只能靠科學(xué)家的猜想來制作，但我們所在的銀河系可是抬頭就能看到的，人們看到的銀河系照片總是真的吧？其實(shí)，我們看到的所有銀河系照片也都是科學(xué)家猜想出來的。目前銀河系部分的全景照片只有一張，是由斯皮策望遠(yuǎn)鏡花了10年時(shí)間、拍攝了200萬張照片合成出來的，而這張200億像素的照片，如果打印出來，足足有一個(gè)體育場(chǎng)那么大。不過，這張照片也只是由一些模糊的光斑組成的，和我們平時(shí)看到的銀河系照片相差甚遠(yuǎn)，如果不提前說明，可能人們根本就看不出來這是我們所在的銀河系。

為什么拍攝一張銀河系的照片那么難？不是抬頭就能看到嗎？其實(shí)，我們看到的只是銀河系的一個(gè)面，經(jīng)過無數(shù)科學(xué)家數(shù)百年的觀測(cè)和計(jì)算，如今我們知道銀河系是螺旋形的碟狀天體，而我們的太陽系則是在銀河相對(duì)邊緣的一條懸臂上，就像我們?cè)谝粋€(gè)巨大的摩天大樓的房間里，我們只能將頭伸出窗子看到目力所能及的一個(gè)面，至于整個(gè)大樓是什么樣子，我們就完全不知道了。那么，銀河系這座“摩天大樓”有多大呢？如果太陽系是一個(gè)足球，離我們最近的恒星是另一個(gè)足球，那么這兩個(gè)足球的距離足有好幾公里遠(yuǎn)，而銀河系是由2000多億個(gè)足球組成的。如果我們想拍攝整個(gè)銀河系的照片，那么就算能達(dá)到光速，也要幾萬年甚至十幾萬年后才能找到合適的角度。

為了描繪銀河系的全景圖，人們利用衛(wèi)星對(duì)大約11.4億顆恒星進(jìn)行了位置測(cè)量，因?yàn)榈厍虻墓D(zhuǎn)，所以衛(wèi)星拍攝360度的景象?？茖W(xué)家根據(jù)這些恒星的亮度、波段數(shù)據(jù)等信息對(duì)它們的大小進(jìn)行推測(cè)，這樣就建立了有史以來最為精細(xì)的銀河3D模型，當(dāng)然，只是一部分的模型。而根據(jù)這個(gè)模型，科學(xué)家就開始推測(cè)銀河系的其他部分是什么樣子，比如銀河系的結(jié)構(gòu)意味著中間可能會(huì)有一個(gè)質(zhì)量非常大的黑洞，而這個(gè)黑洞的引力則讓銀河系的中心有著更多的恒星或星團(tuán)，于是人們通過星團(tuán)的數(shù)量，來推測(cè)哪里是銀河系的中心，等等。

當(dāng)然，真實(shí)的情況要比這復(fù)雜得多，因?yàn)殂y河系當(dāng)中還有各種各樣的干擾因素，大量擁擠的恒星、塵埃和氣體，這些天體發(fā)出的電磁波被氣體和塵埃部分吸收、散射之后，還會(huì)造成光度減弱的星際消光效果。科學(xué)家要通過各種手段將這些障礙一一排除。最終，才能根據(jù)已知的情況，來推斷整個(gè)銀河系應(yīng)該是什么樣子，最后才生成為我們現(xiàn)在看到照片中的銀河系。真是很不容易??！所以，以后如果看到一張美麗的太空?qǐng)D片，一定要默默地感謝一下無數(shù)科學(xué)家的辛勤付出，因?yàn)樵谛蕾p到這張美麗絢爛的太空?qǐng)D片之前，它一定經(jīng)歷了無數(shù)次的“妝發(fā)造型”。

（責(zé)編：昭陽）