韦伯望远镜只能探测不可见红外光，那壮观照片是怎么生成的

10月11日消息，詹姆斯·韦伯太空望远镜所探测到的只是肉眼不可见的窄带数据。为了让观众看到能产生共鸣的可视化图像，研究人员会使用调色板赋予不同元素各种颜色，经过杂色清除、剪裁翻转等一系列处理，最终生成漂亮的天体图像。
在韦伯太空望远镜最早公布的一批照片中，船底座星云的惊人外观在很大程度上要归功于阿丽莎·帕甘（Alyssa Pagan）。作为太空望远镜科学研究所(Space Telescope science Institute)的一名科学视觉开发人员，帕甘的工作是将韦伯望远镜捕捉到的数据转化为漂亮的可视图像。
帕甘称这项工作是数据、经过几十年科学研究建立起来的美学原则和主观品味之间的“结合”。望远镜与被观测物体之间相隔甚远。为了观测宇宙中的遥远天体，韦伯望远镜使用的是肉眼不可见的红外光谱。像帕甘这样的研究人员必须选择如何将这些数据转换成可视图像。
例如，颜色是帕甘经常遇到的问题。韦伯望远镜收集到经过多次曝光的窄带数据，这意味着所探测天体的红外光谱波长范围非常小，与氢、硫和氧等特定元素的存在相关。帕甘会根据一种叫做彩色排序的原则进行上色，比如其中波长较短的氧用的就是波长较短的蓝色。然后不同颜色叠加形成整幅图像的基础。
然而，由于氢和硫的波长都与红色相关，氢的颜色通常偏黄一些，为的是让最终画面呈现更清晰的细节。这就是“哈勃调色板”的由来。
这些图像有时被称为伪色。但是帕甘强调，这些颜色都是真实数据的代表。例如，在韦伯望远镜拍摄的船底座星云图像中，下方的红色部分主要由氢和硫组成，而上方的蓝色部分主要由氧组成。

图片来源：NASA
帕甘说，只有在涂上这些基本色之后，对天体图像的处理才会变成“品味问题”。她可能会把整个调色板沿光谱向上或向下移动，使蓝色显得偏紫一些，反之亦然。这样一来，不同元素的对比度可能会增强。此外，还要清除望远镜产生的散射光等等。但不同的处理方式就会得到完全不同的图像。帕甘说：“我特别喜欢让事物变得更加飘渺和神奇。”“我的方法有点异想天开——因为这是太空！”
帕甘们之所以这么做，部分原因也是为唤起人们对太空图像的共鸣。视觉文化学者伊丽莎白·凯斯勒（Elizabeth Kessler）在《描绘宇宙》一书中调查了哈勃团队视觉开发人员如何让人们更容易理解宇宙的浩瀚图景，用图像唤起人们对未知的敬畏感。
这种做法在韦伯望远镜项目中得到了延续。哈勃望远镜所拍摄的船底座星云图像名为《丘陵和山谷》。韦伯望远镜拍摄的新图像称为《宇宙中的悬崖》。
不过，以这种方式呈现船底座星云也是从美学角度考虑。凯斯勒特意强调了剪裁和朝向的重要性。“星云内许多区域都可以看到恒星的诞生。但他们选择了这个区域，并用云边形成地平线的方式组合起来，”她说。
要知道，太空中没有“向上”的概念，虽然从地面拍摄的图像通常有上北下南的说法，但对太空中的轨道望远镜来说，“北”没有任何意义。凯斯勒指出，船底座星云的图像方向可能是翻转过来的，为的是把尘埃云变成观众所熟悉的东西。
帕甘说：“画面的朝向在一开始就决定了，因为这样感觉最自然。”“它需要接地气。这样就感觉是一座山。”

帕甘的工作目的就是让这些宇宙图像对普通观众来说更“易于理解”，同时保持吸引力。凯斯勒说，图像处理“真的很有帮助。我们所看到的巨大规模超出了人类的理解。在我们的体验中，最接近我们的就是这些高耸在我们头顶的山脉。”
这种方法在地面天体摄影中也很受欢迎。根据科普工作者迪伦·奥唐奈（Dylan O’Donnell）的说法，部分原因是使用窄带方法有助于避免光污染问题。奥唐奈说，地面相机会被建筑物和街道的光线淹没。但是，通过保留非常小的波段，“这可以让位于城市中心的人们拍摄到与哈勃图像相似的图像。”当然，处理图像时可以使用各种各样的调色板来对窄带数据进行解释。例如，另一种流行方法是以加拿大法国夏威夷望远镜命名的“CFHT调色板”。
哈勃调色板和CFHT调色板的区别主要来自于色度排序的复杂性。哈勃根据不同波长，让氢呈现出红偏黄的颜色，而CFHT调色板却将硫推到了光谱上端，产生了突出不同细节的绿紫色星云。“这不会改变科学，”CFHT天文学家海瑟·弗卢埃林（Heather Flewelling）说，“只是让某些特征更明显。”
不同探测波长和调色板都有许多种组合，所有这些都会产生不同的数据显示方式以及完全不同的审美体验。
选择什么样的调色板是个人喜好问题。尽管奥唐奈说大多数人更喜欢尽可能地保持自然，但他自己的工作也强调了使用伪色来展现细节的好处。他曾拍摄了两张鹰状星云照片，一张使用真色，另一张使用哈勃调色板进行处理。通过比较，后者更能展现出星云结构和深度。在哈勃调色板的蓝色背景下，黄白色的尘埃显得非常突出细致，而在真色版图像中，各种深浅不一的粉色显得更平淡，也更难分辨细节特征。
但奥唐奈说，由于太多人使用哈勃调色板，导致这种色调的图像看起来“有点滥”。

图片来源：NASA
韦伯望远镜团队也在用人们意想不到的颜色制作图像。最近公布的几张木星照片之一中的木星看起来是蓝色的。虽然哈勃拍摄的木星图像同时呈现蓝色和红色，但在最新发布的照片中，由于阳光的反射作用，著名大红斑看起来都是白色的。帕甘说，图像处理中用的调色板很可能是为了突出木星极光。
对凯斯勒来说，这表明韦伯的图像处理可能不会继续过于接近哈勃。她说：“我很好奇这会产生什么结果。”“如果有更多的人朝这个方向走的话。”
韦伯图像的方向将是数据和人共同做出的决定，是几个世纪的视觉文化和光在太空中旅行几十亿年的结合。（辰辰）