Valószínűleg az olvasó is elgondolkodott már a Hubble fotóin ámulva: az Univerzum valóban ilyen színpompás világ lenne?
Az éjszakai égbolt sötétjében tényleg a szivárvány színeiben játszó égitestek bújnának meg?
Vagy csak szenzációhajhász csillagászok szemfényvesztésének estünk áldozatul?
Bizony egy csillagász GYIK-toplistáján igen előkelő helyen szerepelne az „És ezek a jelenségek a valóságban is ilyen színűek?” kérdés.
Az április 24-én születésnapot ünnepló 30 éves Hubble kapcsán az internetet elözönlötték az űrtávcsőről szóló cikkek (mi is írtunk róla, több ízben itt és itt ), ha még többet szeretnél meg tudni a témáról, látogass el a Csillagvizsgáló Blogra is, ahol sok más érdekességet is megtudhatsz!
Szinte lehetetlen volt elkerülni a teleszkóp szemet kápráztató felvételeit, ezért úgy gondoltuk, itt az ideje lerántani a leplet a Hubble képeiről, és megválaszolni a nyugtalanító kérdést: mi a helyzet a színekkel?
A Hubble, a „szürkék hegedűse”
Meglepő lehet számunkra, hogy a Hubble fantasztikus felvételei valójában fekete-fehérben kezdik pályafutásukat. Bizony, a képek elkészítésekor még szó sincs színekről!
A teleszkóp fedélzeti kamerái a képeket az elektromágneses spektrum egy-egy hullámhossz tartományában készítik el.
Hogy mit jelent ez a gyakorlatban?
A magyarázat valójában nem is olyan bonyolult. A Hubble a világot különböző szűrőkön keresztül figyeli meg. A szűrők a távcsőre érkező fénynek csak egy bizonyos, jól meghatározott részét engedik át, például a kék vagy a vörös szín hullámhosszain.
A Hubble-t azonban nem korlátozzák az emberi szem határai. Képes a számunkra láthatatlan tartományok megfigyelésére is, mint az ultraibolya vagy az infravörös. Speciális szűrőinek köszönhetően bepillantást nyerhet az Univerzumra ezeken a számunkra rejtett hullámhosszakon is.
És milyen hasznos, hogy képes rá!
A kozmosz ugyanis más és más arcát mutatja felénk kékben, zöldben, vagy épp infravörösben.
A Hubble szürke fotói tehát nem is olyan „szürkék” – hanem pillanatfelvételek az Univerzumunkról a spektrum különböző ablakain keresztül. De mégis hogyan nyerik el a végső színes formájukat?
Pont úgy, ahogy számítógépeink, vagy televíziónk kijelzői – három szín kombinációjából. A vörös (R), a zöld (G) és a kék (B) adják az RGB-rendszer három alapszínét, melyből az összes többi kikeverhető.
Ezeket a színeket rendelik hozzá a képfeldolgozás során az egy-egy szűrőn keresztül készített felvételhez. A végső kép három (sok esetben több) felvétel kombinálásával készül, melyek közül mindegyik egy-egy színt képvisel.
Az ESO 510-G13 galaxisról készült fotón látható színek tehát három, kezdetben szürke fotó összevonásával jöttek létre, melyekhez egyenként a kék, zöld és vörös színt rendelték hozzá.
Természetes színek
Ahhoz, hogy a Hubble képes legyen visszaadni az égitesteket úgy, ahogyan az ember látná, a teleszkóp kameráit széles sávú szűrőkkel látták el. Ez azt jelenti, hogy a szűrő a fényt egy viszonylag széles tartományban engedi át. (A vörös szín például a kb. 625-740 nm-es tartományt jelenti, nem csak egy adott keskeny hullámhosszat.)
A Hubble így viszonylag jól imitálni tudja az emberi szemet, pontosabban a szemünkben működő, színérzékelésért felelős csapokat. A szemünkben háromféle színérzékelő receptor létezik, amelyek a spektrum különböző tartományaira érzékenyek.
Az általunk érzékelt színek a csapok által észlelt háromféle felvétel kombinálásával jönnek létre. Ismerős?
Bizony, a Hubble képalkotásának folyamata sem véletlen! A széles sávú szűrők tartományainak megfelelő megválasztásával utánozható szemünk receptorainak hatása – vagyis olyan kép alkotható, amilyet saját szemünkkel látnánk az adott égi jelenségről!
Az ezekkel a szűrőkkel készített fekete-fehér képekhez az RGB alapszíneit hozzárendelve olyan szemkápráztató képek kaphatók, mint a Sombrero-galaxisról (M 104) készült felvétel.
A képen látható sötét sáv a galaxis korongjában lévő pornak köszönhető, ami kitakarja a mögötte húzódó csillagokat. Mivel a por a kék fényt jobban szórja, így ez a sáv sokkal fényesebb volt a vörös szűrővel készült felvételen. Ezért látjuk a végső képen a porsávot sötétebb, vörösesbarna színben.
Az igazsághoz tarmészetesen hozzátartozik, hogy a Hubble kék, zöld és vörös színszűrőinek áteresztése nem egyezik meg pontosan az emberi szem színérzékelését legjobban leképező szűrőtartományokkal.
Így ha a Hubblenél tízszer nagyobb űrtávcsőbe saját szemünkkel is belepillanthatnánk (a tökéletes optikai tisztaságú szkafanderünkön át), kis mértékben más színárnyalatokat látnánk, mint a felvételeken.
De megnyugodhatunk, hiszen ezt a gondolatkísérletet nem fogja senki egyhamar ellenőrizni…
Láthatatlan hullámhosszak – reprezentatív színek
Várjunk egy percet, ez azt jelenti, hogy a Hubble-fotók mindig azt mutatják számunkra, amit mi is látnánk?
Nem egészen.
Ahogyan már szó esett róla, a Hubble nem csak a látható fény tartományában képes megfigyeléseket végezni, hanem ultraibolya és infravörös hullámhosszakon is.
De mégis milyen „színe” van az olyan fénynek, amit a szemünk nem lát?
Hogyan ábrázolhatnánk az infravörös tartományban készített képeket?
Szerencsére nem szükséges ezt a gondolatmenetet pusztán filozófiai síkon folytatni, mivel a csillagászok kézzel fogható megoldást találtak a problémára.
Miért is ne használhatnánk az optikai tartományban megszokott színeket?
Mindössze annyi a dolgunk, hogy a kék, zöld és vörös színeket nem saját hullámhosszaikhoz rendeljük hozzá, hanem az infravörös szűrők tartományaihoz. Az így létrejövő felvételek színeinek tehát semmi köze a szemünk által észlelt valósághoz, ellenben bepillantást nyújtanak egy láthatatlan világba.
A színek tehát fontos információkat hordoznak, csak éppen azok nem állnak semmilyen összefüggésben az ember számára látható hullámhosszakkal. Ezzel a módszerrel a csillagászok képesek voltak például a Szaturnusz különböző felhőrétegeinek feltérképezésére.
A hamis színek abban is segítséget nyújtanak, hogy egy-egy jelenség esetén megvizsgálhassuk, könnyebben átláthassuk a finomabb szerkezeti különbségeket is.
Színfokozás – „összekuszálódott” színek
Ha már úgy éreznénk, végre sikerült megértenünk a Hubble színeit övező összes rejtélyt, ki kell, hogy ábránduljunk: hiszen mind közül a legérdekesebb még hátravan!
A Hubble teleszkóp kamerái ugyanis keskenysávú szűrőkkel is rendelkeznek, amik a fényt csak egy nagyon szűk tartományban engedik át.
Ezek azonban nem akármilyen hullámhosszakat takarnak!
Első ránézésre nehéz lenne megmondani, mi olyan érdekes például a 656,38 nanométeres hullámhosszon, pedig ez a hullámhossz az Univerzum leggyakoribb eleméhez, a hidrogénhez nagyon is erősen köthető.
A különböző kémiai elemek rendelkeznek ugyanis egyfajta „ujjlenyomattal”. A forró hidrogéngáz például a fent említett hullámhosszon fog sugározni, míg fordított esetben a sűrű, hideg hidrogéngáz éppen ilyen sugárzást tud elnyelni. Az Univerzumot ezen a keskeny ablakon át szemlélve a forró hidrogén gázfelhőkről készíthetünk térképet.
A Hubble képeinek készítése során a csillagászok természetesen felhasználták ismereteiket, és a keskenysávú szűrők tartományát épp a különböző elemek „ujjlenyomatainak” feleltették meg. A hidrogén imént részletezett vonala például a vörös szín tartományában található.
Gondolhatnánk: hiszen ez kiváló, a vöröset az ember is látja, tehát ismét a természetes színeket kapjuk!
Nos, valójában nem teljesen ez a helyzet.
A Teremtés oszlopairól készült képhez például a kétszeresen ionizált oxigén (O III), a hidrogén, valamint az ionizált kén (SII) vonalainak hullámhosszán készült felvételeket feleltették meg az RGB alapszínekkel, majd kombinálták ezeket a végső kompozitképhez.
Igen ám, csakhogy az OIII vonala zöldeskékben, míg a hidrogén és az ionizált kén vonalai vörösben találhatók. Mivel az emberi szem számára nehéz volna vörös és vörös között különbséget tenni, a csillagászok az oxigén vonalához a kék, a hidrogénéhez a zöld, a kén esetében pedig a vörös színt rendelték.
A különböző színek így „összekuszálódtak” annak érdekében, hogy olyan részletek is megfigyelhetővé váljanak, amelyek egyébként elvesznének. A fenti képen ennek köszönhetően könnyedén észre vehetjük az oszlopokat övező, kékes-zölden világító hidrogén és oxigén felhőket.
Habár a színeket önkényesen rendeljük hozzá a vonalakhoz, ez nem jelenti azt, hogy nem közelíthetnék meg a valamennyire a valódi színeket, mint például a Gyűrűs-ködről (M 57) készült felvétel esetében.
Elvárások és a valóság
Képzeljük el, hogy újonnan szerzett ismereteinket letesztelve éjszaka kitelepülünk a rétre, és megcélozzuk a Macskaszem-ködöt (NGC 6543) a Sárkény csillagképben. Hiszen varázslat és photoshop ide vagy oda: a Hubble képei között találunk olyanokat, amik egy égi objektum közel természetes színeit tükrözik.
Tehát a Macskaszem-ködnek is valamilyen színben pompáznia kell! Kistávcsövünk okulárjába pillantva azonban csalódottan tapasztaljuk, hogy az elénk táruló kép minden, csak nem színes; a köd halvány, színtelen foltocskaként lebeg a látómezőben.
Hol lehet a hiba a rendszerben?
Nos, az a rossz hírem van, hogy a hiba nem a kis távcsövünkben, hanem a szemünkben keresendő.
Emlékszünk még azokra a bizonyos csapokra, amik szemünk színérzékeléséért felelősek?
Ezek a receptorok tökéletesen működnek és végzik a dolgukat – nappal. Éjszaka viszont másféle receptorok lépnek működésbe a szemünkben, amiket úgy hívnak, pálcikák. Ezek biztosítják, hogy (sötétadaptálódás után) sötétben vagy halvány világítás mellett is láthassunk.
Van viszont egy nagy hátrányuk - valószínűleg már ki is kitaláltuk mi az. Bizony, a pálcikák nem vesznek részt a színlátásban, így hiába is próbálnánk velük megpillantani a Hubble által elénk tárt pompázó világot.
Segíthetjük azonban szemünk színérzékelését, ha több fényt engedünk bele, és így próbáljuk elérni, hogy az éjszakai színmentes fényérzékelésről álljon át a nappali színes érzékelésre. Az amatőrcsillagászok jól tudják, hogy egy 30 cm tükörátmérőjű nagy távcsőben már finoman kezdenek előjönni a Sárkány csillagképben található Macskaszem-köd (NGC 6543) színei.
Bár halványan, de mégis egyértelműen elkezdjük megpillantani a köd kissé indigósan-középkék színét. Akinek megadatott, hogy a Svábhegyi Csillagvizsgáló 60 cm-es tükörátmérőjű távcsőóriásával megpillanthassa ezt a ködöt, az csak megerősíteni tudja: ekkora fénygyűjtőképességű távcsővel a köd látványos kékes színben pompázik!
De mi a helyzet az olyan sokszínű ködökkel, mint az Orion csillagkép karhüvelyénél meglapuló Orion-köd (M42/M43)? Nem kell hozzá űrtávcső sem! Már amatőrcsillagász kollégáink is otthoni távcsöveikkel szebbnél szebb, színpompás fotókat készítenek az Orion-ködről.
A képeken a köd látványos vöröses színekben ragyog.
De mit látunk a távcsőbe pillantva?
Egy 10-15 cm-es kistávcsőben még semmit: A rajzhoz hasonlóan fekete-fehér, színektől mentes a köd látványa. A vörös színre ugyanis sötétadaptált szemünk jóval kevésbé érzékeny, mint a kékre, vagy a zöldre. Ha egy 30 cm-es nagytávcsővel megvizsgáljuk, a köd középső, legfényesebb része kezd kékeszöld, türkizes árnyalatot felvenni. A külső, íves régiók pedig nagyon halványan finom barna derengést mutatnak.
Ezek a fotókon is látványos, vörösesbarna ködszálak pont a hidrogén alfa vonalának vörös színe miatt derengenek barnásan a távcsőben. A Svábhegyi Csillagvizsgáló 60 cm-es távcsövébe pillantva a köd központi része pedig már kifejezetten fényesen, szinte kihígult türkizes színben pompázik.
Színérzékelésünk miatt a középső, fényes türkizes régiót könnyebben meglátjuk, mint a nagyon halvány barnásan derengő külső szálakat. Így a köd színeiben saját szemünkkel nézve a türkizes árnyalat uralkodik.
Ezzel szemben a fotókon a legfényesebb régió annyira beég, hogy a kékeszöld színe nem is látszik, mert fehérre telítődik. A halvány külső vörös ködszálak viszont pompásan kirajzolódnak.
Így adódik az az összkép, hogy míg az Orion-köd nagytávcsőben inkább kékes-zöldes színű, fotókon viszont mindig vörös. A köd színei természetesen nem változnak, csak a szem és a CCD kamera érzékenysége és látványhatása más.
A valóság és a média
Nos, színkutató nyomozásunk során arra jutunk, hogy az égi objektumok színeinek megpillantásához minél nagyobb távcsőóriásra van szükségünk, és az így érzékelt színvilág is mögötte marad a látványos asztrofotók világának.
Mi tehát a valóság?
A valóság az, hogy az égitestek, ködök, gömbhalmazok, galaxisok valóban színesek. A ködök valóságos színei talán nem annyira intenzívek, mint amit a látványos felvételeken megszoktunk, és nem is biztos, hogy pont ugyanolyan színűek.
De milyen lenne, ha közelebb mehetnénk, akár bele is repülhetnénk az Orion ködbe?
Hiszen ilyen animációk, sőt planetáriumi és 3D filmek is vannak manapság!
A moziban a köd színkápráztató fonatai és buborékai között repülünk képzeletbeli űrhajónkkal…
A valóság sajnos kevésbé lenne látványos, mint látványéhes korunk szenzációt keltő animációi. A köd felé közeledve, bár az egyre nagyobb és fényesebb lenne, a látványa is ennek megfelelően fakulna és válna elmosódottá. Míg a földről az égen úszó fátyolfelhőt élesen és kontrasztosan látjuk, repülővel belerepülve a fátyolfelhő elveszti éles kontúrjait, diffúzzá, megfoghatatlanná válik.
Az Orion-ködbe repülve is így járhatnánk: A köd színei diffúz fénylésként körülvennének minket, de a nagy távolságból nézett éles fodrok és szálak nem mutatkoznának ennyire megfogható és harapható ködrészletekként.
Ne bánjuk hát, hogy tisztes távolságra van az Orion köd, hiszen esztétikai szépsége így is a maga teljességében kitárulkozhat!
És azon se csodálkozzunk, hogy látvány és szenzációéhes világunkban a csillagászati felvételekből is a maximális esztétikát, vagy látványosságot igyekeznek kihozni.
Ez ugyanúgy igaz az amatőrcsillagászok asztrofotóira, ahogy a NASA/ESA által publikált Hubble fotókra. A csillagászat szépségét a mai ingerküszöb szerint kell bemutatni, és az utólagos digitális színmódosítások, skálázások és kontrasztosítások erre pompás lehetőséget adnak.
Nincs más hátra, mint előre: gyönyörködjünk a Hubble fotóiban csakúgy, mint az égitestek távcsöves látványában!
Szakadjunk el néha a képernyőtől, és otthon egy kistávcsővel, vagy egy bemutató csillagvizsgáló nagyobb műszerével, saját szemünkkel is pillantsuk meg az égitesteket!
A két világ nem verseng, de pótolhatatlanul kiegészíti egymást a művelt ember világképében.
Szerző: Boldog Ádám, Fiatal kutató
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet