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太空|美丽的太空图片怎么来的？

宇宙太空恒星滤光片

这些居然是假的？
这是三根形状类似于从洞穴底部伸出的石笋的“柱子” 。 它们高耸于广袤的宇宙间 ， 以至于你无法想象它们有多么巨大——即使是光线 ， 也需要数年时间 ， 才能从这些烟柱顶端传到底部 。 它们的三个尖顶从绿色的雾霭中显露出来 ， 就像童话里的城堡中的塔楼一样 ， 顶部喷射出蓝色的光带 。 明亮的星星透过气态的缝隙发光 ， 这些星星的轮廓就像是一个个亮黄色的用来装饰物体的边框 ， 格外耀眼 。
【太空|美丽的太空图片怎么来的？】这三根“柱子”其实是星际氢气和尘埃的混合体 ， 它们是新恒星的孵化器——在柱子内部及其表面上 ， 天文学家发现了由较密的气体结成的小球——蒸发气态小球（简称为EGG） ， 其中一些EGG内部正在形成恒星 。 所以 ， 这三根柱子被科学家命名为“创生之柱” ， 它们就像是巨大的恒星托儿所 ， 创造并培养出一颗颗的新恒星 。
太空|美丽的太空图片怎么来的？
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“创生之柱”位于鹰状星云中（星云是稀薄的气体或尘埃构成的天体之一 ， 包含了除行星和彗星外的几乎所有延展型天体） ， 鹰状星云距离地球约7000光年 。 但距离人类如此遥远的星云 ， 我们是如何如此清晰的了解到它的外表特征的呢？其实 ， 以上有关“创生之柱”的所有描述 ， 均来自一张由哈勃望远镜拍摄的照片 。 该照片拍摄于1995年4月1日 ， 它被评定为哈勃太空望远镜所拍摄照片的前十名的之一 。 目前 ， “创生之柱”照片是如此的受人追捧 ， 它被广泛的印在各种不同的生活用品上 ， 不管是在体恤衫还是在咖啡杯中 ， 你常常能看到它 。
“创生之柱”是如此的美丽 ， 令人向往 。 有人问 ， 如果我登上太空船 ， 朝着它所在的方向航行足够长的时间 ， 并到达适宜的观测地点 ， 我能亲眼看到它的美丽吗？非常遗憾 ， 答案是否定的 。 人类肉眼的观察下 ， “创生之柱”其实是一片红色的模糊的画面 。 这么说 ， “创生之柱”图片根本就不是“创生之柱”本来的样子 ， 哈勃望远镜欺骗了我们？直观上确实是这样的 ， “创生之柱”照片是根据“创生之柱”中不同元素发出的光制成的 ， 这些元素在合成图像中显示为不同的颜色：蓝色表示氧气 ， 红色表示硫 ， 绿色表示氮和氢 。 这些颜色只是能让我们更清晰的了解“创生之柱”的构成成分和形状 ， 肉眼其实看不到真实的光 ， 因为它们的波长已经超出人类所能看到波长范围——人的眼睛只能看到380～740纳米的波长的光 。
不仅如此 ， 目前我们见过的许多极具代表性的太空图像都不是真实的 ， 都是经过处理过的 。 其实 ， 对于大部分太空图片来说 ， 其主要价值不是为了观赏 ， 而是为了回答科学问题和进行宇宙研究 。 人类可以利用那些看不到的光 ， 制作出一张十分形象的图片 ， 让我们看到了我们本来看不到的东西 。 这其实是一个巨大的科技提升 ， 说起来还是一件十分不容易的事 。
从肉眼到哈勃望远镜
几千年来 ， 天文学一度只研究我们能看到的东西 。 天文学家首先用肉眼 ， 然后借助原始望远镜观测卫星、行星和恒星 ， 并将它们分类 。 我们之所以能看到这些离我们非常遥远的物体 ， 是因为它们主动或者被动的 ， 发出了我们能看到的光 ， 使我们能够在黑暗的夜空中辨认出这些细小的亮点 。 1800年和1801年 ， 红外线和紫外线分别被发现 。 这两种不可见光的发现 ， 使得人们开始意识到太空中的黑暗其实不是真正意义上的黑暗 。 其实它充满了光 ， 只是以我们看不见的形式存在 。
现在我们已经知道了 ， 宇宙中的天体发出的光的波长范围很广 ， 横跨整个电磁光谱（人眼可接收到的电磁波 ， 称为可见光 ， 可见光是电磁波的小部分）——黑洞燃烧发出伽马射线 ， 伽马射线的波长是十亿分之一毫米长 ， 而恒星发出微波辐射 ， 其波长却能达到一米 。 我们说眼睛是世界的窗口 ， 然而现在我们体会到 ， 我们一直以来窥视世界的窗口是如此的狭小 。 各种各样隐藏在我们面前的电磁波 ， 能够告诉我们遥远的太空发生过的各种事件 ， 这些事件也许正在发生 ， 也许早已经结束 。 叙说着这些事件的电磁波就像一笔埋在我们脚下的土地下面的一笔财富 ， 一直以来 ， 我们却丝毫没有察觉 ， 更提不上去开发 。
19世纪后 ， 人类已经能使看不见的电磁波变得可见 ， 各个国家也陆续建设了许多能探测来自太空中的电磁波的十分巨大的望远镜 。 但大气中各种粒子会与天体发出的辐射产生相互作用（主要是吸收和反射） ， 使得大部分波段范围内的天体辐射无法到达地面——大气层成为了人类观测太空的一大障碍 。 天文学中最具变革性的仪器、人类第一个投入地球轨道上的宇宙望远镜——哈勃望远镜的出现 ， 弥补了地面观测的不足 。 哈勃望远镜于1990年4月发射 ， 其轨道距离地球540千米 ， 由4个主要的照相机构成 ， 它们分别在紫外线、可见光和近红外波段拍摄图像 ， 哈勃望远镜的覆盖率大得惊人——它赋予了人类能够在以前无法想象的 ， 在数十亿光年的距离之外窥视天体的诸多细节的能力 。
哈勃望远镜如何处理图片？
1666年 ， 著名的英国物理学家、经典物理学的奠基人牛顿将白色的日光透过三棱镜 ， 发现了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫共七种单色光 ， 说明太阳光其实是混合体 。 大自然中的物体 ， 都是处于相同的日光照射下 ， 为什么它们会呈现不一样的颜色呢？这其实就与这七种单色光有着直接的关系——透明物体的颜色由它透过的单色光决定的,不透明物体的颜色是由它反射的单色光决定 。 意思就是 ， 在日光照射下 ， 物体未吸收哪一种光 ， 它就呈现那个颜色 。 有些物体呈现黑色 ， 是因为它们吸收了所有的光 。
人们还发明了滤光片 ， 顾名思义 ， 滤光片起到了过滤掉某些颜色的光的作用 ， 目的是留下我们所想要的光 。 例如 ， 当我们要拍摄一片绿叶的时候 ， 为了避免天空的蓝光所干扰 ， 就往我们的摄像头前面加一个透绿光的滤光片 ， 就是排出十分清晰的绿叶的图片 。
但是 ， 以上的所有讨论 ， 都是在可见光的范围内定义的 ， 如果是不可见光 ， 我们怎么知道它们是什么 。 换句话说 ， 不可见光是什么颜色的？
很显然 ， 不可见光是没有颜色的 。 颜色是由我们的感官定义 ， 我们都感觉不到的东西 ， 我们怎么能够知道它们是什么颜色呢？所以 ， 你就能容易地理解一个事实：哈勃望远镜拍摄的宇宙的原始图片 ， 其实是黑白的！对于哈勃望远镜所接受到的所有的光来说 ， 可见光只是占了一小部分的比例 ， 而且其实哈勃望远镜的相机是无法直接识别入射光的颜色的 。 所有的光 ， 它都“一视同仁” ， 并将这些光的信息保存在黑白的原始图片中 。
不过 ， 虽然哈勃望远镜无法识别各种光 ， 但是它配备了许多种不同的滤光片 ， 这些滤光片能够帮助科学家们挑选出它所需要的光 。 有时候 ， 如果天文学家们有确定的研究对象 ， 并且需要排除其他光的干扰 ， 那么他们可以在拍摄图像之前 ， 选择将一些特定滤光片放置在哈勃望远镜的前面 。 例如 ， 正值壮年的恒星会发出独特的蓝光 ， 如果天文学家想寻找这类恒星 ， 就得需要放置一个特殊的滤光片来捕捉它们独特的蓝光 。 而氢气云则会发出的特定波长的红光 ， 如果想观测氢气云 ， 就需要放置另一种红光滤光片 。 当然了 ， 即使没有特殊的研究目的 ， 科学家也可以使用滤光片来探究所拍摄的光的成色 。
太空|美丽的太空图片怎么来的？
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对于同一物体 ， 科学家们可以在望远镜前加各种滤镜分别进行拍摄 ， 这样可以获得多种不同颜色、不同信息的图像 。 最后将这些含有不同的颜色的图像根据色光的合成原理 ， 且经过人性化处理 ， 最终才得到为全彩色清晰的合成图像 。
为了让图片更具科学性和观赏性 ， 有些处理甚至是不符合事实的 ， 例如当有些可见光的波长距离太近 ， 我们的眼睛无法分辨他们的区别 ， 则科学家们往往用其他的差别较大的可见光代替 ， 这就意味着科学家们为了显示差异 ， 已经改变了真实的颜色 。
将科学和感觉结合起来
不过 ， 以上仍然是对可见光进行的处理 。 对于那些不可见光 ， 怎么在彩色图片上进行标注呢？事实上 ， 你见到的漂亮的太空图片 ， 其中的一些颜色代表的正是肉眼看不到的不可见光 。 那对这些不可见光进行着色的依据是什么呢？
颜色 ， 和我们的感觉息息相关 。 绿色 ， 给人以生机勃勃的感觉 ， 能舒缓我们的内心 ， 能使处于消极状态的我们变得积极；黄色则容易让我们想到干燥、荒凉；红色却能使我们感受到温度和热 ， 其他的颜色也能给人不同的感觉 。 所以 ， 科学家们处理图片的时候 ， 是十分讲究颜色和感觉相对应的 。 例如 ， 当需要绘制一张可以直观感受到某一星球温度的图片时 ， 即使那个星球本来不呈现红色 ， 但是科学家们还将温度很高的地方 ， 用红色来进行着色 。
除了感觉标准 ， 第二个便是从可见光总结出来的科学标准 。 对于可见光的七个单色光来说 ， 它们按照波长大小的排序为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫 ， 所以我们看到的光中 ， 最长波长的为红光 ， 最短波长的光为紫光 。 而由于波长越长 ， 能量越小 ， 意味着七个单色光的能量顺序为紫、蓝、青、绿、黄、橙、红 ， 所以我们看到的光中 ， 能量最大的为紫光 ， 能量最小的为红光 。 给不可见光的着色 ， 我们往往也是参照以上标准 ， 波长越长 ， 所赋予的颜色越靠近红色 ， 能量越大 ， 所赋予的颜色越靠近紫色 。 例如在一张含有恒星形成区域和尘埃区域的太空图片中 ， 恒星形成的区域能量较高 ， 往往显示为蓝色 ， 而尘埃区域则往往被标为红色 。
总之 ， 我们看到的各种各样的美丽的太空图片 ， 是科技进步的结果 ， 更是结合了天文学家的聪明才智的结果 。 正是这些图片 ， 给了我们对宇宙的感性认识 。


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