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特写:韦伯望远镜拍摄照片后,那些给宇宙“上色”的那些科学家

詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的宇宙照片,震惊了整个世界。《纽约时报》报道了背后那群挑选和制作宇宙照片人的孤独工作。他们给全世界挑选绘制最美的宇宙深空照片,同时,还要保守秘密。

当图像在投影仪上闪现,几秒钟后,只听到轻轻的 “哇哦”一声,每个人陷入思索。

然后,更多的“哇哦”声冒了出来,大家交头接耳,大笑着。突然,两位天文学家,阿玛雅·莫罗·马丁和卡尔·戈登,从他们的椅子上站起来,把鼻子伸向屏幕上的壮美的太空图像,兴奋地说:“这是一条射线流(jet)!这里面全是射线流!” 画面里,一个个清爽、奇幻而壮丽的新恒星,就像花坛里的种子一样,从星云中萌发出来,

来源:NASA

屏幕放大,放大,放大到一个突出的岬,这个长达数光年的岬,它的轮廓非常清晰。

“哦,天啦,”有人说。

那个人是我,不小心的发出声音了。

“欢迎加入我们的团队,”另一个人回应道。

周二上午,这个船底座星云的视图,与詹姆斯·韦伯太空望远镜的其他新观测结果一起被公开。但是更早,它在上个月的另一个周二早上就首次亮相了。当时一个小团队拿着咖啡杯,聚集在巴尔的摩的太空望远镜科学研究所的会议桌旁,参加众多晨会中的一个。他们在接收、处理和重新包装人类最新和最伟大的眼睛所能看到的东西,然后公布给大众。这个团队成员首先要签署保密协议以确保不能提前泄漏照片。

似乎没有人知道如何描述这个图像。有些甚至对天文学家来说都是陌生的。“这个小拱起的东西,我不明白。”戈登喃喃自语,指着图片说。

也许可以把这块东西叫做香蕉,或者是拐杖糖。那么其余的部分呢?一个奇异世界的景观,显然没有土地。而且任何现实存在的世界,比这里面的单个像素都要小。就像星空下的科罗拉多纪念碑谷,雾气从山谷中升起,阵风比我们的太阳系还大,沿着磁场线静静流淌。又像在碧蓝的加勒比海上,或者沙丘上刻下的线。或者一个波浪形的面纱,在幽深的、布满星系的空间中闪耀。

6个星期以来,这群由天文学家、新闻官员和科学传播者组成的人,争先恐后地为去年圣诞节发射的价值100亿美元的太空观测站,制作一个早期的精彩片段。这将是实现这个昂贵的太空任务最终承诺的视觉首秀,这个任务比整个漫威电影宇宙(MCU)还要贵。

在周一的最后一分钟,即原定发布的前一天,拜登总统在白宫介绍了其中的一张图片,从而进一步提升了其分量。他说:“这些图像将提醒世界,美国能干大事””。

即使达到这一步,也花了几十年的计划。项目被威胁要取消,工期一拖再拖,以及一场大疫情和一卷折磨人的折纸一样的遮阳板,它需要在深空展开而不把望远镜弄坏。在巴尔的摩,这个小组的任务混合了即时科学、公共沟通和品牌管理。他们要让每个人都大吃一惊,要向政策制定者展示所有这些拨款的用途,并向科学界的其他人士保证,是的,宇宙中最难以捉摸的一些秘密可能终于可以触及了。

新望远镜的前身哈勃望远镜仍在工作,今年已经32岁了,完全属于千禧一代,已经彰显了这一项目的重要性。哈勃的第一眼图像,表明它的镜片有明显的缺陷,这激怒了国会并使这个项目成为一个笑话。但在成功修复后,在哈勃上工作的科学家们,继续拍摄出令人瞠目结舌的星系和星云的原始照片,如太空照片 “创生之柱”,激励了无数的人从事科学职业。(我也是。在成为科学记者之前,我花了两年时间担任哈勃的数据分析员,哈勃也是由太空望远镜科学研究所管理的)。

来源:NASA

但詹姆斯·韦伯望远镜完全是另一个故事,它的能力如此独特和先进,甚至资深的天文学家都不知道对它所产生的图像会有什么期待。这在很大程度上是因为韦伯在红外波段工作。在人眼无法看到的这些频率下,在哈勃看来坚固的云层会溶解成一缕一缕的卷云,遥远的星系会变得更加明亮,新的细节会从黑色中浮现出来,而太空会被正在死掉的恒星,在最后那一刻燃烧迸发出来的光芒所点亮。

仅仅是展示这些,就需要一个独特的调色板和风格。美国宇航局希望在望远镜上线后的六周内开始推送第一批图像。虽然连续几周盯着宇宙的深渊,终究会得到些意外惊喜,但禁止提前泄露的带来的沉默,也可能被证明是孤独的。

例如,在6月初,领导这个早期发布团队的天文学家克劳斯·蓬托皮丹,是第一个下载新望远镜的完整“深视野”视图的人。这种对遥远星系的长距离探测,比人类任何仪器所能做到的,都能更远地看向时间的起点和空间的边缘。他说:“我坐在那里,盯着它看了两个小时。然后拼命地、拼命地想和别人分享它,但我不能这么做。”

空间探索从来都不仅仅是关于空间,故事也很重要。而且它们往往是通过图像来讲述的,不管是在折页上的印刷品,还是精心制作的现场直播,或网飞纪录片(指《重返太空》)。这一传统至少可以追溯到20世纪60年代,当时,只有詹姆斯·韦伯,这位美国宇航局的早期管理者,他的名字将成为新望远镜的标志,他将艺术和视觉交流,作为证明阿波罗计划的一个关键部分。

南加州大学的科学史学家路易斯·卢松说:“他实际上来自国务院,在那里他非常精通‘全心全意’运动(是指越南战争期间越南和美国政府为赢得越南人民的普遍支持并帮助击败越共叛乱而采用的战略和计划)。”

当韦伯成为副国务卿时,国务院开始了对同性恋雇员的清洗,导致了要求NASA重新命名望远镜的强烈呼声,但这些呼声一直没有得到重视。

她说,在阿波罗时代,美国宇航局在公共领域充斥着宇航员本人的照片,和宇航员拍摄的照片。其中一个目标是将这些奇观永久保存。1968年圣诞节前夕,阿波罗8号的机组人员拍摄了一张著名的照片:“地出”,这是早期环境运动的试金石,揭示了我们的世界,只是月球表面上一个脆弱的蓝色新月。仅仅几天后,《时代》和《生活》杂志将这张照片与诗歌并列刊登,当美国邮政局将其重印在邮票上时,还保留了相应的引文:《创世纪》的第一句话,这是宇航员在环绕月球时向地球上的听众复述的。

在阿波罗计划资金耗光后的几十年里,一种新的视觉文化从美国宇航局的任务中出现,它与加利福尼亚州的喷气推进实验室和卡尔·萨根等一批与好莱坞相邻的科学家有关。他们宣传了一种新的理由,即为了智力上的好奇心,而不仅仅是为了击败俄罗斯人,而进入广袤的世界。

新闻媒体和政治家们被邀请参加晚会,观看大家热切期待看到其他星球的第一眼,这些照片像明信片一样从穿越太阳系的观光车上传送回来。斯坦福大学视觉文化历史学家伊丽莎白·凯斯勒说,在这个时代,在数字图像诞生之初,像执行旅行者号这样任务的工程师,经常尝试将多波长的数据组合成具有超生动色调的图片。她说:“它们看起来就像跳动的、变化的、变形的、迷幻的颜色。”

下一次飞跃是在20世纪90年代中期,在一系列创新之后,哈勃出现了。修复后的望远镜本身具有空前的敏锐视野,数字处理工具速度更快,加上新生的互联网,可以将令人难忘的图像带到世界各地人们眼前。工程师和图像处理人员也采用了新的手法,这些手法自此在小说和现实世界的宇宙描述中反复出现。

一个是关于构图。空间是没有方向的,但是许多最有名的哈勃照片,将看起来很坚固的表面放在画面的底部,隐约的地质结构上升,然后是空旷的地平线。凯斯勒认为,这种视觉风格唤起了在理论上可以穿越的风景和惊人的广阔感,遵循着一种明显的美国式图形语言,深埋在我们的集体心灵中。想想19世纪的西部边疆写生画作、安塞尔·亚当斯的摄影作品、无数西部片中的背景风景,或者优胜美地国家公园的酋长巨石,在苹果电脑的桌面背景中隐约可见。

与此同时,使用哈勃数据的图像处理人员采用了一种调色板,很快就主导了更普遍的深层宇宙摄影世界。这个系统今天仍然很普遍,它遵循一个叫做色度排序的规则,这个规则与我们的视觉系统感知相呼应:我们能看到的短波长的光为蓝色,长波长的光为绿色,最长波长的光为红色。

哈勃调色板并不苛求将望远镜看到的确切波长,与人眼中的确切颜色相匹配。例如,如果你从一艘经过的宇宙飞船的视窗看出去,在数字空间视野中看起来是蓝色的东西可能会显得更绿。但这个色度排序规则仍然保持不变。图像中波长最短的部分几乎总是以蓝色呈现,最长的部分以红色呈现,以此类推。最终的图像在自然主义和以超人的感官看到这一场景之间取得了平衡,它是一种合理的逼真,但在那些高温等离子体和较冷的云层产生的光的层次上更加丰富。

韦伯任务在约翰霍普金斯大学里,同一栋简谱的办公楼里进行,继续沿袭了同样的思路。特别是使用色度排序,这也是为了从人眼根本无法看到的红外波长中提取出合理的颜色来。不过,在给宇宙上色之前,天文学家们必须想出在有史以来最强大的一套眼睛,第一次睁开后该做什么。

2016年,一个由太空望远镜科学研究所、美国宇航局以及欧洲和加拿大航天局的代表组成的委员会召开会议,开始选择韦伯的第一批演示目标。他们勾选了与望远镜的科学目标相吻合的项目:比以往更深的深空,像水母一样在太空中跳动的星系,一颗带有系外行星的恒星,像天鹰座星云这样的恒星形成区等等。最终,这个过程提名了大约70个可能的目标。

一旦望远镜在去年冬天开始运行,他们就将这份名单缩减到,它在六周时间内可以指向的天空区域。再加上一些保留的目标,以便在接下来的几个月里,随着望远镜的科学探索进入正轨,将其都挖掘出来。

然后,终于,终于,最早的结果在6月初开始通过蓬托皮丹的计算机的入口渗入,他是在这个保密的观测阶段唯一被允许访问韦伯账户的用户。在那里,团队将原始帧以数字方式组合成更深、更精细的曝光,然后将它们传递给图像处理器进行色彩渲染。

这个项目的首席图像处理器乔治·达夸斯奎尔说:“我感到不知所措。”他描述看到另一个星云形成的一个场景的感觉:一种更像光线大师卡拉瓦乔式的光影效果的东西。这张照片并没有包括在最初的一批发布中。他说,这将会让人们大跌眼镜的。

他说,已经有一些视觉特征出现了。韦伯图像中的恒星有六个点,与大多数太空摄影中常见的四个尖峰不同,这个奇观的现象来自于传入的光子,拍打望远镜后产生的无规则运动的量子,然后被其六边形的反射镜收集起来而形成的。

他补充说,在特定的波长下,本来看起来很分散的云层似乎有坚实的肥皂泡表面,这些星际气体的表皮,正在吸收来自附近恒星的紫外线,并将其作为红外辐射照回太空。

而在中红外波段中,当空间本身由于老化的恒星产生的,被称为多环芳烃的发光分子而显得火热时,颜色再次变得古怪。达夸斯奎尔说:“我们最终看到了迷幻的紫色云彩。”

会不会有什么东西像阿波罗的照片有那么大的冲击吗?或者像哈勃照片,被贴在科学教室的墙上,被从特伦斯·马利克到“雷神”电影的每个人模仿?我们将拭目以待。但至少现在,水龙头已经打开,宇宙正在涌入。

在关注了半个小时的船底座星云图像之后,6月初会议的与会者,将注意力转移到了另一项观察上,这个观测结果也没有在周二发布。这个研究所的天文学家内斯特·埃斯皮诺萨正在展示一张清晰的新图。相信我,这张图仍然魅力十足,一颗巨大的气体行星不仅穿过一颗恒星,而且穿过那颗恒星上的太阳黑子。

莫罗·马丁最近才从对船底座星云的凝视中坐了回来,她认为她看的可能是一个模拟图。她问:“这是真的吗?”

埃斯皮诺萨证实了这一点。她倒抽一口气,房间里的人又陷入了一阵傻笑。