“P”出来的星空

语凝

创生之柱在被“制作后”所呈现出的图片。

拼接而成的日冕图。

运用哈勃望远镜拍摄到的深空图。

2022年7月12日，美国国家航空航天局在其官网正式公布了詹姆斯·韦布空间望远镜拍摄的一批宇宙全彩色照片。它们是韦布空间望远镜升空半年多来所发布的首批照片。这个哈勃空间望远镜的“继任者”首批公布的5组太空图片画面清晰，细节丰富，极其震撼。难怪有人说：这价值100亿美元的空间望远镜钱花得值！此前，韦布空间望远镜的前辈“哈勃”和“斯皮策”都向我们展示过极其美丽的太空照片，不管是像一团爆炸火球的大麦哲伦星云，还是像巨大绿色眼睛的螺旋星云；不管是似火般绽放的猎户座星云，还是玫瑰般盛开的船底座星云，很多人就是因为这一幅幅壮观绚丽的星空美图而对天文学产生了兴趣。

但其实，这些图都是电脑做出来的，用现在的网络语言来说，这些天文照片都是“p”出来的。当然，制作这些天文图片可不是造假，也不是简单地用ps软件套上几个滤镜就完事的。制作这些天文图片，需要大量的观测资料、专业的天文学知识和高超的艺术造诣。那么，这些美丽的星空图片原本是什么样子？又是根据什么制作成我们看到的样子的呢？

空间望远镜拍摄照片可不像我们用相机拍摄那样，对准要拍的东西，调个焦距按个快门就可以了。对于空间望远镜来说，能拍到目标就已经是一个很大的难题了。毕竟宇宙太大了，而拍摄的目标很多在距离我们几光年甚至上千光年的地方，而且，拍摄的目标很多都是整个银河系大小，而空间望远镜又在不断的运动中……所以，空间望远镜的拍摄大多是在同一个区域拍摄几百甚至上千张照片，然后对比拼接才能将想要拍摄的天体“拼凑”出来。这还只是第一步，接下来，就要对天文图片进行“磨皮”了。说是“磨皮”，其实是去除照片中的干扰信息和无效信息，用普通相机拍一下夜空就会知道，夜晚拍摄感光度调高之后噪点就会非常多，让人很难分辨哪些是星星、哪些是卫星、哪些是相机的噪点，要想得到清晰的夜空照片，就需要在相同角度多拍几张，然后用修图软件将这些照片叠加，从而来判断哪些是星星、哪些是干扰，去除干扰之后就可以得到相对纯净的星空照片。

对于空间望远镜来说，图片叠加的技术比我们用普通相机拍摄要复杂得多，比如哈勃望远镜拍摄一个极暗的天体，除了前景里的几颗银河系恒星之外，可看到的3000多个天体几乎全是遥远的星系，直抵百亿光年之外。如此遥远暗淡的星光，迫使哈勃望远镜用了10天时间，环绕地球150周，对着同一天区累计曝光141小时。最终，选取了342张照片叠加，去除宇宙射线和地球散射光干扰，增强真正的信号，才能合成一张真正的天文照片。别着急，这时候如果你看到这张照片，一定不知道照片拍的是什么，因为这时候你看到的，只是一张布满模糊光斑的黑白照片。没错，空间望远镜拍摄到的照片都是黑白的，而我们看到的天文照，都是经过后期上色的。

为什么明明拍照技术那么先进了，还要拍摄黑白照片呢？其实这不怪空间望远镜，要怪人的眼睛“太不争气”了。宇宙中电磁波普十分宽广，其中只有极其狭窄的一波段可以被人的眼睛感知到，这部分被我们称为可见光。但如果用可见光来观测太空，那么我们能看到的不过是宇宙中的“九牛一毛”。科学家得到最初的照片，标注着例如x射线波段、红外波段、微波波段的黑白照片，别说普通人，就连专家看这些照片也只能通过数据来想象它的样子，毕竟科学家的眼睛也和普通人一样，所以下一步就是给这些黑白照片上色。

给天文照片上色可是一项集合了真实性、科学性和艺术性的大工程。就拿经典的天文摄影作品“创生之柱”来举例，“创生之柱”位于鹰状星云中，距离地球大约7000光年。照片中，一根巨大的“柱子”纵向贯穿整个星空，在“柱子”的上半部，3根像石笋一样的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。人们很难想象这些“柱子”在现实中是多么巨大，每根“柱子”的长度都有几光年，也就是说即使是光，从“柱子”的底部传到顶部都需要数年的时间。而通过数据，科学家推测这3根“柱子”是星际氢气和尘埃的混合体，“柱子”的表面和内部含有蒸发气态小球，这就意味着这些“柱子”中会不断地诞生新的恒星，就像是巨大的恒星“托儿所”，所以它被命名为“创生之柱”。

“创生之柱”被认为是哈勃太空望远镜拍摄的最成功的照片之一，这幅宏伟又美丽的照片还被广泛地印在各种不同的生活用品上。不过，如果有一天人们可以进行星际旅行，就算飞到了最适合的观测地点，人们也无法看到这个美丽的“创生之柱”，因为在人类肉眼的观察下，“创生之柱”只是一片红色的模糊尘埃。这是因为“创生之柱”只有少部分在可见光范围，所以单凭肉眼，人们永远无法欣赏到它的美丽，而在波段更广的空间望远镜的镜头中，“创生之柱”才能展现原貌。

“创生之柱”的原图是3个波段的黑白照片，分别是氧的502nm蓝绿色辉光、氢和氮的657nm红色辉光和硫的673nm深红色辉光，将这3张照片叠加在一起，就得到了一张血红色夹着黑色的照片，这是最接近它在电磁波下的真实样子，但这样的图片完全没有意义，因为这个样子既不是人们可以看到的样子，在科学层面上也没有任何的信息量。于是，科学家还需要将这些信息制作成它们最佳呈现的样子，于是就得到了我们如今看到的“创世之柱”，不仅图片的色彩更加绚烂，也显得更加美丽壮观，还更方便地传达了组成元素这种科学信息。

有人会觉得，虽然那些遥远的星系照片只能靠科学家的猜想来制作，但我们所在的银河系可是抬头就能看到的，人们看到的银河系照片总是真的吧？其实，我们看到的所有银河系照片也都是科学家猜想出来的。目前银河系部分的全景照片只有一张，是由斯皮策望远镜花了10年时间、拍摄了200万张照片合成出来的，而这张200亿像素的照片，如果打印出来，足足有一个体育场那么大。不过，这张照片也只是由一些模糊的光斑组成的，和我们平时看到的银河系照片相差甚远，如果不提前说明，可能人们根本就看不出来这是我们所在的银河系。

为什么拍摄一张银河系的照片那么难？不是抬头就能看到吗？其实，我们看到的只是银河系的一个面，经过无数科学家数百年的观测和计算，如今我们知道银河系是螺旋形的碟状天体，而我们的太阳系则是在银河相对边缘的一条悬臂上，就像我们在一个巨大的摩天大楼的房间里，我们只能将头伸出窗子看到目力所能及的一个面，至于整个大楼是什么样子，我们就完全不知道了。那么，银河系这座“摩天大楼”有多大呢？如果太阳系是一个足球，离我们最近的恒星是另一个足球，那么这两个足球的距离足有好几公里远，而银河系是由2000多亿个足球组成的。如果我们想拍摄整个银河系的照片，那么就算能达到光速，也要几万年甚至十几万年后才能找到合适的角度。

为了描绘银河系的全景图，人们利用卫星对大约11.4亿颗恒星进行了位置测量，因为地球的公转，所以卫星拍摄360度的景象。科学家根据这些恒星的亮度、波段数据等信息对它们的大小进行推测，这样就建立了有史以来最为精细的银河3D模型，当然，只是一部分的模型。而根据这个模型，科学家就开始推测银河系的其他部分是什么样子，比如银河系的结构意味着中间可能会有一个质量非常大的黑洞，而这个黑洞的引力则让银河系的中心有着更多的恒星或星团，于是人们通过星团的数量，来推测哪里是银河系的中心，等等。

当然，真实的情况要比这复杂得多，因为银河系当中还有各种各樣的干扰因素，大量拥挤的恒星、尘埃和气体，这些天体发出的电磁波被气体和尘埃部分吸收、散射之后，还会造成光度减弱的星际消光效果。科学家要通过各种手段将这些障碍一一排除。最终，才能根据已知的情况，来推断整个银河系应该是什么样子，最后才生成为我们现在看到照片中的银河系。真是很不容易啊！所以，以后如果看到一张美丽的太空图片，一定要默默地感谢一下无数科学家的辛勤付出，因为在欣赏到这张美丽绚烂的太空图片之前，它一定经历了无数次的“妆发造型”。

（责编：昭阳）