Юбилейный снимок «Хаббла» — «Космический Риф», запечатлевший большую красную туманность NGC 2014 и ее синюю соседку поменьше NGC 2020 в Большом Магеллановом Облаке.
Космическому телескопу «Хаббл» — 30 лет. 24 апреля 1990 года шаттл «Дискавери» доставил телескоп на орбиту — с тех пор «Хаббл» смотрит в глубины вселенной и присылает на Землю фотографии увиденного.
Но механическое око телескопа видит не то, что в итоге увидим мы — за захватывающими дух изображениями стоят люди. Над этим работает целая команда ученых из Института исследований космоса при помощи космического телескопа (Space Telescope Science Institute — STScI) в Балтиморе и астрономы-любители по всему миру. Их задача — расшифровать собранные «Хабблом» и спрятанные в его черно-белых, зернистых снимках астрономические данные. И перевести их на визуальный язык, понятный 12-летнему школьнику, увидевшему картинку в учебнике.
Иными словами, цветные изображения галактик и звезд создают люди, а не сам «Хаббл». Но это не просто «раскрашивание» черно-белых снимков в «Фотошопе». За каждым цветом и оттенком в сияниях небесных тел на снимках «Хаббла» стоит наука и строгий свод правил, а еще — игра воображения и множество оригинальных творческих решений. К примеру, как обозначить несущественное различие в уровнях яркости нескольких небесных объектов, чтобы оно было различимо глазом? Или какими цветами описать диапазон ультрафиолетового излучения, невидимый человеку?
От результатов этой работы зависит то, каким человечество увидит Вселенную, в которой живет, и себя в ней.
Ко дню рождения «Хаббла» мы пообщались с руководителем команды STScI, занимающейся обработкой его снимков, чтобы узнать, как создаются изображения, меняющие наш взгляд на мир.
Механическое око
Кликните "Столпы Творения" в Туманности Орел, 2014 год
Снимок после обработки
Снимок, сделанный на канал ультрафиолетового диапазона
«Я — глаз механический. Я, машина, показываю вам мир таким, каким только я его смогу увидеть. Я освобождаю себя с сегодня навсегда от неподвижности человеческой, я в непрерывном движении, я приближаюсь и удаляюсь от предметов… […] …освобожденный от временных и пространственных рамок, я сопоставляю любые точки вселенной, где бы я их ни зафиксировал. Мой путь — к созданию свежего восприятия мира. Вот я и расшифровываю по-новому неизвестный вам мир», — это цитата из манифеста 1923 года российско-советского режиссера из Одессы, одного из основателей документального кино Дзиги Вертова.
В том же 1923 году Герман Оберт, один из отцов ракетостроения, издал книгу «Ракета для межпланетного пространства» — одну из первых научных работ, обосновывающую возможность создания ракеты на жидком топливе. В ней он упомянул о том, что при помощи ракеты на орбиту можно было бы отправить телескоп.
Так же, как кинокамера Дзиги Вертова стала механическим продолжением человеческого глаза, позволяющим ему «подниматься вместе с аэропланами» и «двигаться с мордой бегущей лошади», линзы телескопа «Хаббл» — это оптико-механический глаз, позволивший нам раздвинуть рамки времени и пространства — заглянуть в далекие миры Вселенной и в ее прошлое. Линзы «Хаббла» — машина времени, которая исследует рождение давно угасших звезд.
Кликните Снимок NGC 2174, или Туманности Обезьянья Голова, в созвездии Орион. 2014 год
Снимок после обработки
Снимок, сделанный на Широкоугольную и планетарную камеру 2
«Идеальный шторм»
В НАСА датой «зачатия» «Хаббла» называют 1946 год — тогда вышла первая научная статья принстонского астрофизика Лаймана Спитцера о преимуществах запуска большого телескопа в космос, вне беспокойной земной атмосферы. Первая рабочая группа из астрофизиков и инженеров собралась спустя три десятилетия, в 1977 году, чтобы обсудить создание Большого космического телескопа. Его спустя несколько лет переименуют в честь американского астронома Эдвина Хаббла, доказавшего, что за пределами нашей галактики существуют другие галактики, с растущей скоростью отдаляющиеся от Млечного пути. Это открытие открыло дорогу исследованиям далекого космоса.
Но столь долгие годы между замыслом и воплощением прошли не зря. Как говорит глава новостной службы STScI, астроном Рэй Виллард, работающий над этим проектом более 30 лет, появление на свет «Хаббла» было «идеальным штормом»: телескоп мог увидеть космические объекты с небывалой ранее четкостью, ученые — рассмотреть их в цвете. А интернет дал возможность мгновенно показать эти изображения всему человечеству. В этом, утверждает Виллард, и заключалась «революция Хаббла».
«Первый свет»: слева — снимок с наземной обсерватории Лас-Кампанас в Чили; справа — первый снимок «Хаббла» с орбиты.
20 мая 1990 года, спустя менее чем месяц после запуска на орбиту, «Хаббл» отправил на Землю «первый свет» — свой первый снимок, сделанный при настраивании фокуса телескопа. Эта фотография оказалась на 50% более резкой, чем снимки наземных телескопов (правда, вскоре выяснилось, что у главного зеркала «Хаббла» был дефект, делающий изображения слегка размытыми — но его исправили).
Газовое кольцо вокруг центра взрыва сверхновой звезды 1987А на окраине туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке. Снимок 1990 года.
В августе того же года «Хаббл» сделал одно из своих первых открытий, запечатлев светящееся эллиптическое газовое кольцо диаметром в 1,3 световых года вокруг центра взрыва сверхновой звезды 1987А на окраине туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке. Это было первое из тысяч чудес, которые человечество увидит благодаря телескопу — каждое из последующих все более четкое, все более детальное.
Многие из этих изображений, как, к примеру, снимки «Столпов Творения» или туманности «Конской Головы», станут культовыми, и будут воспроизводиться в миллионах копий на футболках, чашках и чехлах для смартфонов.
«Хаббл» заново открыл Вселенную именно благодаря своим невероятным изображениям и их доступности, — говори Рэй Виллард. — Они выходят за рамки науки, они рассказывают о чудесах Вселенной, не вдаваясь во все мельчайшие факты науки. Некоторым просто нравятся эти изображения из-за того, что это — картинки, из-за их интуитивности, их экспрессивности. К некоторым они обращаются на духовном уровне».
Свет — это цвет
«Люди часто спрашивают [о фотографиях «Хаббла»]: так ли это выглядит на самом деле? — говорит Рэй Виллард. — Но это бессмысленный вопрос. Речь идет об огромном диапазоне яркости и цветах, невидимых человеческому глазу. Даже если подлететь близко к этим объектам, вы не увидите никакого цвета, потому что он будет простираться везде вокруг вас».
Свет далеких космических объектов — исполинских туманностей, сталкивающихся галактик, умирающих звезд — которые видит «Хаббл», слишком интенсивен либо же, наоборот, слишком тускл для слабого человеческого глаза. Поэтому наблюдая в телескоп с Земли или даже в иллюминатор с космического корабля, мы увидим в лучшем случае лишь неясные отпечатки этих катастроф.
Создание «подлинного» цветного изображения из астрономических данных — столь же искусство, сколь и наука, считают в STScI. По словам Вилларда, задача ученых, работающих с данными «Хаббла», — как и задача любого фотографа — «уловить сущность объекта». Суметь соединить научный факт с эстетическим наслаждением. Часто для этого нужно усилить тот или иной цвет, выделить оттенок, подчеркнуть контраст.
Кликните Сталкивающиеся галактики NGC 2936 и NGC 2937 в созвездии Гидра. Снимок 2013 года
Снимок после обработки
Снимок на Широкоугольную камеру 3
Виллард говорит, что он и его команда вдохновлялись технологией техниколора, изобретенной в Голливуде для создания цветных фильмов в 1930-х годах, к примеру, фильма «Волшебник страны Оз».
А еще — работами американского фотографа Энсела Адамса, известного ультрачеткими черно-белыми снимками природы американского Запада. Виллард сравнивает снимки галактик «Хаббла» со снимками Большого каньона Адамса.
«Большой каньон — невероятная геологическая форма. Я не могу сделать ничего такого в «Фотошопе», чтобы Большой каньон выглядел лучше. Он таков, какой он есть. Но я могу использовать фотографию и «Фотошоп», чтобы попытаться выделить все его потрясающие детали, рассказывающие его историю», — объясняет он подход к обработке космических снимков.
Подлинные и ложные цвета
Кликните Галактика NGC 3147 в созвездии Дракон. 2019 год
Снимок после обработки
Снимок, сделанный на канал ультрафиолетового диапазона
Каждый из миллионов исходников «Хаббла» — черно-белый. Собрать из них цветные изображения удается благодаря красным, зеленым и синим фильтрам, через которые пропускаются эти снимки и которые повторяют три вида светочувствительных клеток на нашей сетчатке. Выбор нужного фильтра или их комбинации остается за исследователями, и он может быть довольно простым — или же очень сложным.
Цвет объекта зависит от того, как он излучает или же поглощает свет. Так, планеты поглощают волны света своих звезд одной длины и отражают — другой: синие оттенки Нептуна и Урана связаны с метаном в их атмосфере, поглощающим красный свет.
Туманности могут иметь очень насыщенный и яркий цвет, так как они излучают свет лишь определенной длины волн, сияя светящимися, словно неоновые лампы, тучами газов — водорода, кислорода, азота.
Цвет звезды, напротив, будет довольно ненасыщенным, колеблющимся в пастельных тонах, ведь звезды излучают невероятное количество света во всем видимом диапазоне, стимулируя все светочувствительные клетки на нашей сетчатке. Но это — простые задачи.
А каким цветом обозначить невидимые человеку световые волны инфракрасного или ультрафиолетового излучения, которое видит «Хаббл»? Или показать различие в уровнях яркости так, чтобы оно было заметно и научно обоснованно одновременно?
В таких случаях ученым приходится прибегать к помощи ложных цветов, то есть применять цветовые решения там, где их нет, или же где они не несут никакого смысла — для того, чтобы подчеркнуть незаметный контраст между светом и тенью или различия в разных частях сложного космического объекта.
Человеческому глазу легче различить разницу в оттенках цвета, чем в оттенках серого, объясняет Виллард.
Кликните Объект Хербига-Аро 24 (HH 24), в центре которого — протозвезда. 2015 год
Снимок после обработки
Снимок, сделанный на канал инфракрасного диапазона
Кроме того, динамический диапазон — разница между светом и тенью — самой тусклой туманности — миллион к одному. Динамический диапазон студийного портрета — 3:1, чернила на бумаге могут отобразить, в лучшем случае, 20:1. Чтобы решить эту задачу и выровнять контраст, ученым нужно обработать яркие, средние и темные элементы снимка до того, как приступить к раскрашиванию.
Все эти элементы — свет, цвет и тень — сплетаются вместе в одно полотно через множество слоев в обычном «Фотошопе». Слой за слоем убираются радиационные шумы, обрезаются слишком яркие пиксели, сглаживаются гистограммы. Но даже с «Фотошопом» обработка одного изображения «Хаббла» может занимать несколько недель.
«Мы обращаем огромное внимание на разные камеры, разные фильтры и разные выдержки. Мы прилагаем большие усилия, чтобы создать изображение, которое будет эстетичным и информативным одновременно. Которое расскажет вам о Вселенной что-то новое, о чем вы раньше даже не могли подумать», — описывает работу своей команды Виллард.
Кликните Спиральные галактики NGC 4302 и NGC 4298 в созвездии Волосы Вероники. 2017 год
Снимок после обработки
Снимок на Широкоугольную камеру 3
Что в имени твоем
Интересно, что если обработка снимка может занимать недели, то придумывание названия для космического объекта — порой всего полчаса.
Именно столько времени понадобилось, чтобы придумать название «Тень летучей мыши» — огромной тени, которую отбрасывает звезда HBC 672, вспоминает Виллард.
«Мы — словно дети, которые смотрят на облака в небе: вот это — слон, а это — жираф», — говорит Виллард. И шутит: русские первые сделали снимки обратной стороны Луны и придумали названия объектам на ее поверхности — Море Москвы, кратер Менделеев. «Это было унизительно, нам надо было наверстать упущенное», — смеется он над названием, которое американские исследователи придумали еще одному из снятых «Хабблом» объектов — «Гамбургеру Гомеса».
Между тем, любой желающий может не только посмотреть на изображения Вселенной — он может сам их создать. Лишь сравнительно немногие снимки «Хаббла» проходят профессиональную обработку — большинство так и остаются в формате черно-белых данных в архивах НАСА, ждущих расшифровки. Эти архивы находятся в открытом доступе.
Все фотографии — NASA/STScI.