تصاویر تلسکوپ فضایی جیمز وب چگونه ساخته می شوند؟


تلسکوپ فضایی جیمز وب، که اکنون عملیاتی شده است، سرانجام اولین تصاویر خود را ارسال کرد، از جمله نمای میدان عمیق از هزاران کهکشان که مانند جواهرات در فاصله میلیاردها سال نوری از مدار خود در فاصله 1.5 میلیون کیلومتری زمین می درخشند. اما این تصاویر، هر چند شگفت‌انگیز، چیزی بیش از مجموعه‌ای از پیکسل‌های سیاه بدون عبور از غربال ساختمان استفان مولر، یک سازه آجری خاکی در میان درختان پردیس جانز هاپکینز در بالتیمور، مریلند، نخواهد بود.

نشانه‌های بصری دائمی کمی وجود دارد که به عابران یادآوری کند که این ساختمان خانه موسسه علوم تلسکوپ فضایی (STScI) است، اگرچه یک بنر آبی و طلایی بالای ورودی اصلی آویزان است که روی آن نوشته شده است: «برو! وب، بیا!» که ظاهراً وجود ندارد [چنین ساختمانی] داستانی را بیان می کند. مؤسسه علمی تلسکوپ فضایی (STScI) به درخواست ناسا و دانشمندان در سال 1990 عملیات تلسکوپ فضایی هابل را آغاز کرد و مأموریت این موسسه اکنون به تلسکوپ فضایی جیمز وب گسترش یافته است. کنترل‌کننده‌های موسسه علمی تلسکوپ فضایی به هدایت تلسکوپ فضایی جدید از طریق فرآیند استقرار و راه‌اندازی کمک کردند و در اوایل ژوئن شروع به دریافت اولین تصاویر از تلسکوپ بزرگ طلایی کردند.

و البته، این تصاویر به صورت جادویی و خودکار به صورت رنگ های روشن و روشنایی معمولی ظاهر نمی شوند، بلکه داده های خام ثبت شده توسط شبکه باید توسط متخصصان موسسه علمی تلسکوپ فضایی که در پشت آن کار می کنند پردازش، مرتب و رنگ آمیزی شوند. صحنه‌ها، برای ساختن تمام تصاویر تلسکوپ فضایی جیمز وب که در طول سال‌های فعالیت علمی تلسکوپ فضایی برای انتشار در رسانه‌ها در دسترس است و این کار از بسیاری جهات به همان اندازه که یک فرآیند هنری است، یک فرآیند هنری است.

شفاف سازی و رمزگشایی تصاویر
در 24 ژوئن، تقریباً دو هفته قبل از انتشار اولین تصاویر وب برای عموم، جوزف دی پاسکوالی و آلیسا پیگن در دفتر مشترک خود نشستند، در محاصره صفحه‌های کامپیوتری بزرگ، و نشان دادند که چگونه اولین تصاویر وب را ایجاد کردند که به زمین برخورد کرد. ارسال شد، در حال رسیدگی هستند. آقای دی پاسکوالی موس خود را بر روی تصویر در وب عمیق، مجموعه ای از جواهرات درخشان، در واقع هزاران کهکشان دور، حرکت داد و تصویر را به چیزی که پیدا کرد برگرداند: یک صفحه سیاه تیره.

او گفت: «پیکسل‌ها اغلب تاریک هستند، زیرا آسمان عمدتاً تاریک است و وقتی به آن نگاه می‌کنید، فقط روشن‌ترین مناطق را می‌بینید. کار آقای دی پاسکوالی و آقای پیگان استفاده از مجموعه ای از نرم افزارها برای افزایش روشنایی تصویر است تا افراد بتوانند تاریک ترین جزئیات را بدون محو شدن قسمت های روشن در داخل و خارج ببینند. «همه این اطلاعات در اینجا پنهان است زیرا واقعاً بسیار کمیاب است.

با چند کلیک بیشتر روی صفحه کلید، دی پاسکوالی روشنایی را در فرآیندی به نام “زوم کردن” داده ها افزایش می دهد و یک نسخه خاکستری از میدان عمیق تلسکوپ وب را نشان می دهد. اضافه کردن رنگ در مرحله بعدی قرار خواهد گرفت، اما باید منتظر ماند تا آقای دی پاسکوالی با مشکل دیگری مواجه شود. مشکلی که به دلیل کوچک کردن تصویر برای روشن کردن تصویر به اندازه کافی برای دیدن ایجاد می شود.

آقای دی پاسکوالی می گوید: «تصاویر ستارگان درخشان در تلسکوپ جیمز وب معمولاً تا حدی بیش از حد اشباع می شوند که آشکارساز اطلاعات قابل اعتمادی را به شما نمی دهد. هنگامی که تصاویر پردازش می شوند، به یک سوراخ تاریک در مرکز یک ستاره درخشان تبدیل می شوند.

این اثر را می توان در پیش نمایش منتشر شده توسط جیمز وب در 6 ژوئیه در میدان ستاره نارنجی که توسط ابزار اشاره تلسکوپ فضایی تصویربرداری شده است، مشاهده کرد. در مرکز ستارگان درخشان با شعاع‌های تیز، دایره‌های سیاهی وجود دارد که شبیه سوراخ‌هایی هستند که در نگاتیو فیلم سوزانده شده‌اند.

دی پاسکوالی گفت: «با نزدیک‌تر شدن به تاریخ انتشار تصویر وب، بیشتر و بیشتر مضطرب و نگران شدیم. اما او در نهایت با یک برنامه کامپیوتری که آن سیاهچاله ها را با مقادیر پیکسل های همسایه پر می کرد، قرار گرفت. او افزود که این چیزی شبیه به یک راه حل جدید است که برای داده های وب مورد نیاز است، زیرا برای تلسکوپ فضایی جیمز وب، بر خلاف گردش کار آشنا برای ایجاد تصاویر از داده های هابل، مشکل استفاده از این فرآیند در حال حاضر به نوعی در حال ریختن است. به حجم های عظیم.” این از عکس هاست و سختی آن به این دلیل است که همه چیز جدید است.

 

اولین عکس های جیمز وب
تصویر میدان عمیق وب اولین تصویر از پنج تصویری بود که توسط موسسه علمی تلسکوپ فضایی و ناسا انتخاب شد تا نتایج ملموس بیش از 20 سال و 10 میلیارد دلار هزینه شده برای طراحی، توسعه، ساخت، آزمایش، پرتاب، استقرار، پیکربندی و عملیات را منعکس کند. پیچیده ترین تلسکوپ تاکنون ساخته شده برای نشان دادن جو بایدن، رئیس جمهور ایالات متحده، در 11 ژوئیه از این تصویر میدان عمیق در کاخ سفید پرده برداری کرد، در حالی که چهار تصویر دیگر صبح روز بعد از طریق وب سایت ناسا منتشر شد. مجموعه کامل تصاویر شامل میدان عمیق، طیف یا الگوی نور فیلتر شده در جو سیاره فراخورشیدی Wasp 96 b و تصاویری از سحابی کارینا، سحابی حلقه جنوبی و پنتاکل استفان، مجموعه ای از پنج کهکشان بود. که در یک رقص گرانشی فشرده به هم نزدیک هستند.

اما از 24 ژوئن، اینکه عموم مردم ابتدا چه تصاویری را خواهند دید و دقیقاً چه شکلی خواهند بود، هنوز موضوع بحث است.

کلاوس پونتوپیدان، اخترشناس وابسته در موسسه علمی تلسکوپ فضایی، گفت: «منشور و اساس ما این است که به دنیا نشان دهیم که رصدخانه آماده انجام علم است، جشن و تجلیل از اینکه جیمز وب آماده انجام علم است. او یکی از چندین نفری بود که در یک اتاق کنفرانس کوچک در 24 ژوئن در مورد تصاویری که قرار بود برای عموم منتشر شود صحبت کرد.

دکتر پونتوپیدان افزود: «تقریباً هیچ کس دیگری در این ساختمان یا حتی در ناسا این را ندیده است. “این فقط این اتاق است.”

این گروه کوچک چندین صبح در طول ماه گرد هم می آمدند تا در مورد تصاویر نهایی که آقای دی پاسکوالی و خانم کبوتر پردازش کرده بودند و روی یک مانیتور بزرگ نمایش داده بودند بحث کنند. در 24 ژوئن، بحث بر سر این بود که کدام نسخه از تصویر سحابی کارینا منتشر شود، تصویری که توسط ابزار مادون قرمز نزدیک Webb (NIRcam) یا ابزار فروسرخ میانی آن (MIRI) گرفته شده است.

در حالی که تصویر از ابزار مادون قرمز نزدیک ابرهایی از غبار نارنجی و طلایی را برجسته می کرد، ابزار مادون قرمز میانی از میان غبار نگاه کرد تا ستاره های بیشتری را نشان دهد، اما ابرهای گازی در سایه های خاکستری آبی با “آسمان” قرمز ظاهر می شوند. یک مناقشه زیباشناختی

یکی از نظرات رایج در اتاق این بود: “برای من، آبی-خاکستری آنقدرها که در تصویر ابزار مادون قرمز وسط به نظر می رسد جذاب نیست.”

اما گزینه سومی نیز توسط دی پاسکوالی و پیگن ارائه شد – ترکیبی از تصویربرداری ابزار مادون قرمز نزدیک (NIRcam) و ابزار مادون قرمز میانی (MIRI). ترکیبی از پرسپکتیوها که کنتراست رنگ تصویر مادون قرمز وسط ابزار را حفظ می کند و در عین حال جزئیات و رنگ خیره کننده تصویر نزدیک به مادون قرمز دستگاه را پوشش می دهد.

پین گفت: “این بهترین راه حل میانی است که مزایای هر دو راه حل را با هم ترکیب می کند.”

تیم در نهایت بر روی تصویر ترکیبی کارینا (تخت) که تماشاگران در 12 جولای دیدند، به توافق رسیدند.

 




هماهنگی رنگ
اما ایجاد تصویر سحابی کارینا درخشان‌ترین بخش این فرآیند است و ایجاد تصاویر قابل مشاهده از داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب به خودی خود یک فرآیند خلاقانه است، به خصوص در مورد پردازش رنگ.

برگردیم به این واقعیت که اکثر تصاویر خام تلسکوپ جیمز وب اساساً صفحات سفید برای چشم انسان هستند. اشیاء دور که توسط جیمز وب عکس گرفته شده است، در بسیاری از موارد فوق العاده تاریک هستند و برای ثبت در سلول های مخروطی ادراک رنگ چشم انسان بسیار تیره هستند. این اغلب حتی در مورد مشاهدات نجومی کمتر عجیب و غریب نیز صادق است.

دی پاسکوالی گفت: “وقتی از طریق تلسکوپ به سیاره ای مانند مشتری یا زحل نگاه می کنید، تقریبا سیاه و سفید به نظر می رسد زیرا نور آنقدر ضعیف است که در واقع فقط سلول های استوانه ای در چشم شما را فعال می کند نه مخروط ها.” آنها نمی گیرند

در مورد تلسکوپ فضایی جیمز وب، این واقعیت را اضافه کنید که این تلسکوپ فقط طول موج های بسیار طولانی نور را در طیف مادون قرمز، مهم نیست که چقدر درخشان است، می بیند که چشم انسان اصلا نمی تواند آن ها را ببیند. بنابراین، برای اینکه تصاویر در وب قابل مشاهده باشند، Payne و DiPasquali مجبور بودند فرکانس های نوری را که برای چشم انسان قابل مشاهده نیستند به قسمت قابل مشاهده طیف منتقل کنند.

وی گفت: تلسکوپ ها با فیلترهایی برای جداسازی رنگ های مختلف طراحی شده و سپس آن رنگ ها را به آنها اختصاص می دهیم. “کوتاه ترین طول موج های نور به رنگ های آبی نسبت داده می شود، سپس با افزایش طول موج از آبی به سبز به قرمز می رویم.”

خانم پینون گفت، این سیستمی است که به خوبی روی تلسکوپ فضایی مادون قرمز نزدیک هابل کار می کند و به نظر می رسد تا کنون برای ابزار مادون قرمز نزدیک جیمز وب (NIRcam) به خوبی کار کرده است.

او گفت: «اما وقتی با MIRI وارد مادون قرمز میانی می‌شویم، آنچه به دست می‌آوریم بسیار متفاوت است، که یک چالش است. برای جلوگیری از دریافت ترکیبی بیش از حد رنگی مانند تصویر مادون قرمز وسط سحابی کارینا، آنها باید کمی خلاقیت را در نقشه برداری رنگ به کار می بردند، “بنابراین می تواند قرمز، نارنجی و آبی باشد” به جای قرمز، سبز. و یک پسر

خانم پیگان خاطرنشان کرد که این روند ممکن است برای دانشمندانی که از تلسکوپ جیمز وب برای مطالعه جنبه خاصی از یک جسم دور استفاده می کنند کاملاً متفاوت باشد. بسته به پدیده مورد علاقه، مانند ابرهای گازی آلی، محقق ممکن است بخواهد به جای تلاش برای ترجمه طول موج های نامرئی نور به طیف مرئی به گونه ای که برای بینایی منطقی باشد، بر رنگ خاصی تأکید کند. محققان همچنین می توانند هنگام انتشار نتایج تحقیقات خود در مورد تلسکوپ فضایی جیمز وب از خدمات دفتر خود (یعنی موسسه علمی تلسکوپ فضایی) استفاده کنند.

دی پاسکوالی گفت: «یک صفحه وب وجود دارد که در آن دانشمندان می توانند پیشنهادات خود را برای یک کنفرانس مطبوعاتی ارائه کنند. آنها می توانند از آن خیابان بروند، با دفتر خبری اینجا تماس بگیرند و سپس ببینیم که آیا واقعاً ارزش مطبوعاتی دارد یا خیر. در این صورت، داده ها برای پردازش برای ما ارسال می شود.”

پردازش تصویر می تواند زمان بر باشد، به خصوص با تلسکوپ فضایی جیمز وب – تصویر سحابی کارینا 16 ساعت طول کشید تا ساخته شود – و خانم پین و آقای دی پاسکوالی در روزهای منتهی به انتشار اولین وب آخر هفته ها کار می کردند. تصاویر. اما کار به قدری جذاب بود که اگر هیچ فوریت یا فشار زمانی برای انتشار عمومی وجود نداشت، تصاویر جدید را پردازش می کردند.

دی پاسکوالی گفت: «اولین مجموعه داده‌ها صبح شنبه وارد شد و من باید برای یک مهمانی خانوادگی به فیلادلفیا می‌رفتم. تصور کنید من در یک مهمانی هستم و می گویم فقط می خواهم روی این تصویر کار کنم.

منبع: ایندیپندنت

دیدگاهتان را بنویسید