Jak powstają takie piękne zdjęcia kosmosu? Lepiej, żebyście nie oglądali oryginałów

Skąd bierze się taki kolorowy obraz? Najpierw przede wszystkim musi coś wydarzyć się w kosmosie, by światło innych gwiazd lub oddziaływanie z ośrodkiem międzygwiazdowym, mogło rozświetlić lub pobudzić do świecenia materię w przestrzeni tworzącą taki niezwykły kosmiczny obiekt.

Tym czymś w przypadku powyższego zdjęcia mgławicy w gwiazdozbiorze Żagiel, zwanej też pozostałością Supernowej Żagla, był wybuch supernowej, po którym zamiast masywnej gwiazdy pozostała gwiazda neutronowa, a dokładnie pulsar, który wiruje w tempie 10 obrotów na sekundę. Nie ma go jednak na zdjęciu.

Wybrane fragmenty zdjęcia mgławicy w Żaglu

Jednocześnie zewnętrzne warstwy eksplodującej gwiazdy zostały wyrzucone w przestrzeń. Tworzący je gaz stopniowo się rozprzestrzenia, odziałuje z ośrodkiem międzygwiazdowym, tworząc niesamowitą barwną siatkę utkaną błyszczącymi gwiazdami. Choć wybuch miał miejsce 800 lat świetlnych od nas, w ciągu ponad 11 tysięcy lat mgławica pokryła obszar, którego średnicę dla obserwatora z Ziemi, gdyby mógł obserwować mgławicę w Żaglu gołym okiem, wypełniłoby 9 Księżyców w pełni.

Skoro oko nie daje rady, to trzeba sięgnąć po pomoc instrumentów obserwacyjnych

W tym przypadku był to jeden z najpotężniejszych zestawów jakimi dysponują dziś astronomowie. Czyli szerokokątna kamera OmegaCAM wyposażona w 268 Mpix mozaikę 32 sensorów CCD, podłączona do 2,6 metrowego teleskopu VST (VLT Survey Telescope) w obserwatorium na Cerro Paranal, który wykorzystuje układ optyki aktywnej.

Mozaika sensorów o rozdzielczości 268 Mpix + cztery sensory inżynieryjne, która tworzy kamerę OmegaCAM

Teleskop skierowano w stronę mgławicy w Żaglu, która de facto jest widoczna głównie dla obserwatorów na południowej półkuli Ziemi, i wykonano nim sekwencję zdjęć, z których złożono pojedynczy obraz o rozdzielczości 554 Mpix. Jednak zanim ten obraz nabrał rumieńców, konieczne było pokonanie tradycyjnej dla obserwatorów astronomicznych ścieżki przetwarzania obrazu. Oto ona.

Oryginały profesjonalnych zdjęć kosmosu nie są czymś co budzi zachwyt

Wręcz można powiedzieć, że mogą one zniechęcać do uprawiania tej dziedziny nauki. Na szczęście nawet miłośnicy astronomii potrafią w nieatrakcyjnych, a nawet wręcz nieestetycznych zdjęciach, dostrzec ten finalny efekt.

Oryginalne dane z kamery OmegaCAM

Powyższy obrazek pokazuje oryginalne zdjęcie fragmentu mgławicy, tak jak widziały go sensory OmegaCAM. Jak widzicie nie dość, że pomiędzy sensorami są przerwy techniczne (wąskie paski mają w rzeczywistości szerokość 1,5 mm, szersze 5,7 mm), których nie da się uniknąć, to każdy sensor działa tak jak chce. To nic zaskakującego, bowiem wyprodukowanie 32 układów CCD o rozmiarze około 6 x 3 cm każdy, tak by wszystkie miały te same parametry robocze, jest bardzo trudne. I tak każdy z sensorów inaczej reaguje na padające nań fotony, inaczej szumi w tle, a na dodatek oprogramowanie, które zapisuje te dane i wyświetla, nie uwzględnia różnic w kontraście.

Receptą na ten problem jest tak zwana redukcja obserwacji. Dzięki zestawowi danych kalibracyjnych dla każdego sensora, astronomowie są w stanie dokonać korekty zdjęć, tak by w efekcie wszystkie sensory dawały zdjęcia takie jakby nie było pomiędzy nimi różnic w sposobie funkcjonowania. Poniżej zdjęcie zredukowane, ale wciąż z siatką przerw technicznych pomiędzy sensorami.

Obserwacje z OmegaCAM po redukcji

Od pojedynczego zdjęcia do mozaiki zdjęć. I to w każdym kolorze oddzielnie

By wyeliminować przerwy techniczne, a także zbudować zdjęcie, które obejmuje swoim zasięgiem znacznie większy obszar nieba niż sama kamera OmegaCAM, trzeba wykonać wiele zdjęć przesuniętych w pionie i poziomie. W przypadku mgławicy w Żaglu i jej rozległości jest to konieczne.

Składanie obrazu mgławicy w Żaglu z wielu pojedynczych mozaikowych zdjęć

Na dodatek takie gotowe mozaiki powstają niezależnie dla różnych filtrów barwnych. W przeciwieństwie do zwykłego aparatu cyfrowego z maską filtrów Bayera, który za jednym zamachem wykonuje fotografię i interpoluje barwy dla każdego piksela, tu każde zdjęcie jest monochromatyczne. Gdy powstaną już mozaiki zdjęć dla każdego filtra, w którym prowadzono obserwacje, trzeba wykonać działanie, które będzie miało wpływ na to jak wypadnie finalna fotografia. Należy określić jednolity poziom tła dla całej mozaiki zdjęć, by nie było ono ani za jasne, ani za ciemne.

Ustalamy poziom tła dla całej fotografii. Oddzielnie dla każdego koloru

Ze zdjęcia trzeba usunąć też niepożądane artefakty

Kolejny etap dla każdego ze zdjęć w różnych filtrach, to działanie estetyzujące. Trzeba powiem usunąć artefakty, które popsują odbiór. To mogą być ślady promieni kosmicznych, ale też błędnie działające piksele, czy braki w obrazie, które trzeba zastąpić zinterpolowanymi danymi. Przy 268 Mpix kamerze takie wady niestety mogą się pojawić.

Dla astronomów nawet ważniejsze jest, by pozostałe piksele działały z najlepszymi możliwymi parametrami, niż by walczyć o układ pozbawiony jakichkolwiek wad dla pikseli, ale dużo słabszy pod innymi względami.

Usuwanie artefaktów

Gdy zdjęcia są już „wyczyszczone”, każdemu z nich przypisuje się kolor odpowiadający barwie filtra w jakim wykonywano zdjęcie. W przypadku pokazywanego tu zdjęcia były to cztery barwy, zbliżone do madżenty, niebieskiego, zielonego i czerwonego.

Przypisanie kolorów zdjęciom wykonanym w każdym z czterech filtrów

Łączenie kolorowych obrazów i gotowy efekt

Potem jest już z górki. Zdjęcia należy połączyć, niczym w tradycyjnej drukarni nakładając kolejne kolory farby na papier. I proszę bardzo, mamy piękną kolorową mgławicę w Żaglu na zdjęciu.

Gotowe zdjęcie mgławicy w Żaglu

Jeśli chcecie obejrzeć to zdjęcie w oryginale, to pobierzcie je z archiwum obserwatoriów ESO. Ale uwaga, plik ma rozmiar 1.1 GB i format TIFF. Alternatywą jest zoomowalna wersja fotografii.

Chcecie zobaczyć więcej? Oto inne piękne zdjęcia kosmosu z OmegaCAM

Poniżej kolekcja innych pięknych zdjęć kosmosu uzyskanych dzięki OmegaCam. Na początek mgławica Carina, czyli ta, którą obserwował również teleskop kosmiczny Webb. Jednak w tym przypadku mamy obserwacje w świetle widzialnym i znacznie szersze pole widzenia.

A poniżej zdjęcia galaktyki NGC 253, mgławicy Laguna, mgławicy w Orionie i mgławicy Krewetka.

Jak widać, najbardziej efektownie prezentują się obiekty rozciągłe, które jednocześnie są znacznie trudniejsze do precyzyjnych obserwacji niż pojedyncze gwiazdy.

Źródło: inf. własna, ESO