太空圖片壯觀絢麗 背後工作鮮為人知

今年7月，美國太空總署公布了首批由韋伯太空望遠鏡拍攝的美麗深空圖片，圖片所顯現出的宇宙博大、神奇，令人震撼。韋伯太空望遠鏡所使用的是肉眼看不到的紅外光譜探測，那麼這些圖片是如何生成的呢？

這張圖片就是韋伯太空望遠鏡拍攝的「船底座星雲」（Carina Nebula）的圖片，從中可以看到恆星的誕生。其壯觀景象被美國太空總署形象地稱為「宇宙懸崖」（cosmic cliffs）。

船底座星雲距離地球大約7500光年，是太空中巨大的瀰漫星雲之一。它的質量至少是太陽的50倍到100倍。

報導說，在韋伯太空望遠鏡（JWST）最早公布的一批照片中，船底座星雲的驚人外觀，在很大程度上要歸功於美國太空望遠鏡科學研究所（STSI）的一名科學視覺開發人員帕甘（Alyssa Pagan）。她的工作便是將韋伯望遠鏡所捕捉到的數據轉化為可視、漂亮的圖像。

帕甘稱她這項工作是幾個因素的「結合」——數據、幾十年科研建立的美學原則以及主觀品味。出於許多原因，尤其是望遠鏡與被觀測天體之間巨大距離，這種結合是必要的。為了觀測的更遠，韋伯望遠鏡使用的是人肉眼看不到紅外光譜。因此科研人員必須選擇，如何將這些數據轉換成可視圖像。通過了解這些選擇，觀眾可以解讀出比美麗圖像本身更多的信息。

顏色是帕甘經常遇到的問題。韋伯望遠鏡收集到經多次曝光的窄帶數據，意味著其所探測天體的波長範圍非常小，在紅外光譜內與氫、硫和氧等特定元素的存在相關。帕甘會根據色彩排序的原則對它們進行上色，如波長較短的元素（如氧），就用短波長的藍色，以此類推。然後將這些顏色疊加形成圖像的基礎。

由於氫和硫的波長都與紅色色系有關，氫通常被賦予偏黃的濾光片，以便在最終的畫面呈現出更清晰的細節。這就是「哈勃調色板」的由來，早期的哈勃望遠鏡就是這麼做的。

這些圖像有時被稱為「假」顏色。但是帕甘強調，這些顏色都是真實數據的代表。有了正確的了解，科學家和外行都可以像地圖一樣看懂它們。例如，在船底座星雲的圖像中，下方的紅色部分主要由氫和硫組成，而上方的藍色部分主要由氧組成。

帕甘說，塗上這些基本顏色之後，剩下的才是「品味問題」。她可能會順著光譜或逆著光譜移動整個調色板，使藍色看起來偏紫一點兒，反之亦然。這樣一來，對比度可能會增強。此外，還要清除望遠鏡產生的散射光等。因此不同的處理者可能會得到不同的圖像。「我特別喜歡讓事物變得更加空靈和神奇，」帕甘說，「我的方法有點異想天開——因為這是太空！」

哈伯團隊也是這麼做的。視覺文化學者凱斯勒博士（Dr. Elizabeth Kessler）所著的《描繪宇宙》（Picturing the Cosmos）一書，調查了哈伯團隊的視覺開發人員，如何讓人們更容易理解宇宙的浩瀚。書中講述了如何用圖像喚起崇高的感覺，這是一種對人類無法理解事物的敬畏感，其部分方法就是將圖像與我們已經熟悉的圖像聯繫起來。

值得注意的是，太空中沒有「上」的概念，雖然從地面拍攝的圖像通常是頂部為北方，但是這對太空望遠鏡來說沒有任何意義。凱斯勒指出，圖像可以翻轉過來呈現，把塵埃雲放在下方，但是沒有這樣做，因為它是「宇宙的懸崖」，要反應一些人們熟悉的東西，而不是奇奇怪怪的或者是可能令人反感的東西。

帕甘說：「畫面的方向在一開始就決定了，因為這樣感覺最自然。」「它需要接地。這樣感覺它是一座山。」

帕甘的目的就是讓這些宇宙圖像使普通人更「容易理解」，同時還保持它的神奇感。凱斯勒說，類似的圖像處理工作「真的很有幫助。我們所看到的規模極其巨大，超出了人類的理解範圍。在我們的體驗中，最接近的就是這些高聳在我們頭頂的山脈。」

韋伯太空望遠鏡價值約100億美元，由美國航太巨頭諾斯羅普·格魯曼（Northrop Grumman）公司建造。作為美國太空總署、歐洲太空總署和加拿大航太局的合作項目，該望遠鏡於2021年聖誕節發射，並在一個月後到達距離地球近150萬公里的太陽軌道上。