تصاویر تلسکوپ فضایی جیمز وب چگونه ساخته می‌شوند؟
تلسکوپ فضایی جیمز وب که اکنون وارد فاز عملیاتی شده است، سرانجام نخستین تصاویر خود، از جمله نمای میدانی عمیق از هزاران کهکشان را که در فاصله میلیاردها سال نوری دورتر از ما مانند جواهرات قیمتی می‌درخشند، از مدار خود در فاصله یک‌ونیم میلیون کیلومتری به زمین فرستاد. اما این تصاویر در عین حال که مبهوت‌کننده‌اند، بدون عبور از غربال ساختمان استیون مولر، سازه آجری خاکی‌رنگی که در میان درختان پردیس جانز هاپکینز در بالتیمور مریلند قرار گرفته است، چیزی جز مجموعه‌ای از پیکسل‌های سیاه رنگ نخواهد بود.
در آنجا چند مشخصه ظاهری همیشگی وجود دارد که به رهگذران عادی یادآور می‌شود که این ساختمان، مقر موسسه علمی تلسکوپ فضایی (STScI) است، اگرچه یک بنر آبی و طلایی روی در ورودی اصلی نصب شده و بر روی آن نوشته شده است «برو! وب، برو!» که آشکارا از وجود [چنین ساختمانی] حکایت دارد. موسسه علمی تلسکوپ فضایی (STScI)، عملیات اجرایی تلسکوپ فضایی هابل را به سفارش ناسا و دانشمندان در سال ۱۹۹۰ آغاز کرد و ماموریت این موسسه اینک به تلسکوپ فضایی جیمز وب نیز گسترش یافته است. کنترل‌کننده‌های موسسه علمی تلسکوپ فضایی از طریق فرآیند استقرار و راه‌اندازی به هدایت تلسکوپ فضایی جدید کمک کردند و در اوایل ماه ژوئن، دریافت نخستین تصاویر از این تلسکوپ بزرگ طلایی را آغاز کردند.
و البته این تصاویر به‌طور جادویی و خودکار به شکل رنگهای درخشان و روشنایی معمولی ظاهر نمی‌شوند، بلکه داده‌های خامی را که وب ثبت کرده باید متخصصان موسسه علمی تلسکوپ فضایی که در پشت صحنه کار می‌کنند، پردازش، مرتب و رنگ‌آمیزی کنند تا تمامی تصاویر تلسکوپ فضایی جیمز وب که طی سال‌های فعالیت علمی تلسکوپ فضایی برای انتشار در رسانه‌ها در دسترس قرار می‌گیرند پردازش شوند و این کار از بسیاری جهات به همان اندازه که یک فرآیند فنی است، یک فرآیند هنری نیز محسوب می‌شود.
شفاف‌سازی و رمزگشایی از تصاویر
در ۲۴ ژوئن، تقریبا دو هفته پیش از انتشار عمومی نخستین تصاویر وب، جوزف دی پاسکوالی و آلیسا پیگن، در دفتر مشترک خود که با صفحه نمایش‌های بزرگ رایانه احاطه شده بود، مستقر شدند و نشان دادند که چگونه نخستین تصاویر وب را که به زمین ارسال شده بود، پردازش می‌کنند. آقای دی پاسکوالی با حرکت ماوس، تصویر میدان عمیق وب، مجموعه‌ای شبیه به جواهرهای درخشان، در واقع هزاران کهکشان بسیار دور را انتخاب کرد و تصویر را به همان شکلی که به دست او رسیده بود برگرداند: یک صفحه تاریک و سیاه.
او گفت: «پیکسل‌ها اغلب تاریک‌اند، زیرا آسمان عمدتا تاریک است و زمانی که شما آن را مشاهده می‌کنید، تنها پرنورترین نواحی نمایان می‌شوند.» کار آقای دی پاسکوالی و پیگن استفاده از مجموعه ای از نرم‌افزارها برای افزایش روشنایی تصویر است تا افراد بتوانند تاریک‌ترین جزئیات را بدون کمرنگ شدن و ناپدید شدن نواحی روشن مشاهده کنند. «همه این اطلاعات در اینجا پنهان است، چرا که واقعا بسیار کمرنگ است.»
دی پاسکوالی با چند کلیک بیشتر روی صفحه کلید، در فرآیندی به نام «مقیاس‌سازی» داده‌ها، روشنایی را افزایش می‌دهد و یک نسخه خاکستری از میدان عمیق تلسکوپ وب را نشان می‌دهد. افزودن رنگ در مرحله بعدی انجام می‌شود، اما باید صبر کرد تا آقای دی پاسکوالی با مشکل دیگری مواجه شود. مشکلی که در اثر مقیاس‌گذاری تصویر و برای اینکه تصویر به قدر کافی روشن شود تا بتوان آن را دید، ایجاد می‌شود.
آقای دی پاسکوالی گفت: «تصاویر ستارگان درخشان در تلسکوپ جیمز وب به این سمت گرایش دارند که تا حدی دچار اشباع رنگ شوند که آشکارساز، دیگر به شما اطلاعات معتبری ندهد.» «هنگامی که تصاویر پردازش می‌شوند، در نهایت یک حفره تاریک در مرکز یک ستاره درخشان خواهید داشت.»
این اثر را می‌توان در تصویر منتشرشده جیمز وب در ۶ ژوئیه به‌عنوان یک پیش‌نمایش، در یک میدان ستاره‌ای به رنگ نارنجی که ابزار هدایت‌گر تلسکوپ فضایی آن را گرفته است، مشاهده کرد. در مرکز ستارگان درخشان و با شعاع‌های نوک‌تیز، دایره‌های سیاهی دیده می‌شود که مانند حفره‌هایی‌اند که در نگاتیو فیلم سوخته‌اند.
دی پاسکوالی گفت: «زمانی که به تاریخ انتشار تصویر وب نزدیک‌تر و نزدیک‌تر می‌شدیم، دلواپس و نگران شده بودیم.» اما او در نهایت یک برنامه رایانه‌ای را انتخاب کرد که این حفره‌های سیاه را با مقادیر پیکسل‌های مجاور پر می‌کرد. او افزود که این به نوعی راه‌حل جدیدی است که برای داده‌های وب مورد نیاز است، زیرا برای تلسکوپ فضایی جیمز وب، برخلاف جریان کار آشنا برای ساخت تصاویر داده‌های هابل، مشکل استفاده از «این فرآیند در حال حاضر، به نوعی سرازیر شدن حجم انبوهی از تصاویر است و دشواری آن به این دلیل است که همه چیز جدید است».
نخستین تصاویر جیمز وب
تصویر میدان عمیق وب، نخستین تصویر از پنج تصویر انتخاب‌شده موسسه علمی تلسکوپ فضایی و ناسا بود تا نتایج ملموس بیش از ۲۰ سال و ۱۰ میلیارد دلاری که برای طراحی، توسعه، ساخت، آزمایش، پرتاب، استقرار، پیکربندی و راه‌اندازی پیچیده‌ترین تلسکوپی که تاکنون ساخته شده است را نشان دهد. جو بایدن، رئیس‌جمهوری ایالات متحده، در ۱۱ ژوئیه از تصویر میدان عمیق در کاخ سفید رونمایی کرد در حالی که چهار تصویر باقی‌مانده صبح روز بعد از طریق تارنمای ناسا منتشر شدند. مجموعه کامل تصاویر شامل میدان عمیق، طیف، یا الگوی نور فیلترشده در جو سیاره فراخورشیدی «واسپ ۹۶ بی» (Wasp 96 b) و تصاویری از سحابی کارینا (شاه تخته)، سحابی حلقه جنوبی و پنجگانه استفان، مجموعه‌ای از پنج کهکشان بود که در یک رقص تنگاتنگ گرانشی در نزدیکی یکدیگر قرار گرفته‌اند.
اما از ۲۴ ژوئن، اینکه عموم مردم ابتدا چه تصاویری را مشاهده خواهند کرد و این تصاویر دقیقا به چه شکل خواهند بود، هنوز موضوع بحث بود.
کلاوس پونتوپیدان، همکار ستاره‌شناس موسسه علمی تلسکوپ فضایی، گفت: «اساسنامه و مبنای کار ما این است که به دنیا نشان دهیم که رصدخانه آماده انجام فعالیت علمی است، برای جشن و بزرگداشت اینکه جیمز وب آماده انجام کار علمی است.» او یکی از چند نفری بود که در یک اتاق همایش کوچک در ۲۴ ژوئن در مورد تصاویری که قرار بود برای عموم منتشر شود صحبت کردند.
دکتر پونتوپیدان افزود: «تقریبا هیچ‌کس دیگری در این ساختمان یا حتی در ناسا این را ندیده است». «این فقط این اتاق است.»
این گروه کوچک اغلب صبح‌ها در تمام طول ماه، دور هم جمع می شدند تا درباره آخرین تصاویری که آقای دی پاسکوالی و خانم پیگن پردازش کرده و روی یک مانیتور صفحه‌نمایش بزرگ نشان داده بودند، بحث کنند. در ۲۴ ژوئن، بحث به اینجا کشید که کدام نسخه از تصویر سحابی کارینا (شاه تخته) منتشر شود، تصویری که با ابزار فروسرخ نزدیک وب (NIRcam)، یا ابزار فروسرخ میانی (MIRI) آن ثبت شده است.
در حالی که تصویر ابزار فروسرخ نزدیک، ابرهایی از گردوغبار نارنجی و طلایی را برجسته نشان می‌داد، ابزار فروسرخ میانی از درون غبار رصد می‌کرد تا ستاره‌های بیشتری را نشان دهد، اما ابرهای گازی که در سایه‌های آبی مایل به خاکستری با «آسمان» قرمز ظاهر می‌شدند، به یک مناقشه زیبایی‌شناسی بحث‌برانگیز تبدیل شد.
یکی از نظرهای متعددی که در اتاق، بین حاضران مشترک بود این بود که: «برای من، آبی مایل به خاکستری، آن‌طور که در تصویر ابزار فروسرخ میانی ظاهر شد، جذاب نیست.»
اما گزینه سومی وجود داشت که دی پاسکوالی و پیگن آن را ارائه کردند – ترکیبی از تصاویر ابزار فروسرخ نزدیک (NIRcam) و ابزار فروسرخ میانی (MIRI). ترکیبی از پرسپکتیوها که تضاد رنگ (کنتراست) تصویر ابزار فروسرخ میانی را حفظ می‌کند و در عین حال جزئیات و رنگهای خیره‌کننده تصویر ابزار فروسرخ نزدیک را نیز پوشش می‌دهد.
پیگن گفت: «این بهترین راه حل میانه است که مزایای هر دو راه حل را در بر می‌گیرد»
این تیم در نهایت بر روی تصویر ترکیبی کارینا (شاه‌تخته) توافق کردند، چیزی که عموم مردم در ۱۲ جولای مشاهده کردند.
هماهنگ‌سازی رنگ‌ها
اما خلق تصویر سحابی کارینا (شاه‌تخته)، درخشان‌ترین بخش این روش است و در آن، ایجاد تصاویر قابل مشاهده از داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب به‌خودی‌خود یک فرآیند خلاقانه است، به‌خصوص در مورد پردازش رنگ.
برگردیم به این واقعیت که اکثر تصاویر خام تلسکوپ جیمز وب، اساسا برای چشم انسان مثل برگه سفیدند. اشیاء دوردستی که جیمز وب از آن‌ها تصویربرداری می‌کند در بسیاری از موارد به‌طور باورنکردنی کم‌نورند و به‌قدری کم نور که نمی‌توانند در سلول‌های مخروطی درک رنگ در چشم انسان ثبت شوند. این موضوع، اغلب حتی در مشاهدات نجومی کمتر عجیب‌وغریب نیز صادق است.
دی پاسکوالی گفت: «وقتی با تلسکوپ به سیاره‌ای مانند مشتری یا زحل نگاه می‌کنید، تقریبا سیاه و سفید به نظر می‌رسد، زیرا نور آن‌قدر کم است که در واقع فقط سلول‌های استوانه‌ای چشم شما را فعال می‌کند نه مخروطی‌ها را» «شما واقعا اطلاعات رنگی را دریافت نمی‌کنید.»
در مورد تلسکوپ فضایی جیمز وب، این واقعیت را به آن اضافه کنید که این تلسکوپ فقط در طیف فروسرخ، صرف نظر از اینکه به چه میزان روشن است، طول موج‌هایی بسیار بلند از نور را مشاهده می‌کند که چشم انسان اصلا نمی‌تواند ببیند. بنابراین، برای اینکه تصاویر وب قابل مشاهده باشند، پیگن و دی پاسکوالی می‌بایست بسامدهای نور غیرمرئی برای چشم انسان را به بخش مرئی طیف منتقل می‌کردند.
او گفت: «تلسکوپ‌ها با فیلترهایی طراحی شده‌اند تا رنگهای مختلف را از هم تفکیک کنند و سپس آن رنگ‌ها را به ترتیب به آن‌ها نسبت می‌دهیم.» «کوتاه‌ترین طول موج‌های نور به رنگهای آبی اختصاص داده می‌شود، سپس با افزایش طول موج از آبی به سبز و به قرمز می‌رویم.»
به گفته خانم پیگنن، این سیستمی است که در تلسکوپ فضایی هابل که فقط به فروسرخ نزدیک می‌شد به‌خوبی کار می‌کرد و به نظر می‌رسد که تاکنون برای ابزار فروسرخ نزدیک (NIRcam) جیمز وب هم خوب کار کرده است.
او گفت: «اما وقتی با ابزار فروسرخ میانی (MIRI) وارد محدوده فروسرخ میانی می‌شویم، آنچه به دست می‌آوریم بسیار متفاوت است، که این مسئله، یک چالش است.» برای جلوگیری از به دست آمدن ترکیبی بیش از حد رنگ‌ووارنگ مانند تصویر ابزار فروسرخ میانی از سحابی کارینا (شاه‌تخته)، آن‌ها مجبور بودند در نقشه‌برداری رنگ اندکی خلاقیت به خرج دهند، «بنابراین ممکن است قرمز، نارنجی و فیروزه‌ای باشد» نه قرمز، سبز و آبی.
خانم پیگان یادآور شد که این فرآیند ممکن است برای دانشمندانی که از تلسکوپ جیمز وب برای مطالعه جنبه خاصی از یک شیء دور استفاده می‌کنند کاملا متفاوت باشد. یک پژوهشگر ممکن است به جای تلاش برای انتقال طول موج‌های غیرمرئی نور به طیف مرئی به روشی که حس بینایی ایجاد کند، بسته به اینکه پدیده مورد علاقه برای بررسی چه باشد، مثلا ابرهای گاز آلی، بخواهد بر روی رنگ خاصی تاکید کند. محققان همچنین ممکن است هنگام انتشار نتایج پژوهش‌های خود درباره تلسکوپ فضایی جیمز وب، از خدمات دفتر آن‌ها (یعنی موسسه علمی تلسکوپ فضایی) استفاده کنند.
دی پاسکوالی گفت: «صفحه‌ای اینترنتی برای دانشمندان وجود دارد که می‌توانند پیشنهادهای خود را برای انجام کنفرانس مطبوعاتی ارائه کنند.» «آن‌ها می‌توانند به آن خیابان بروند، با دفتر خبری اینجا تماس بگیرند، و سپس ما تعیین خواهیم کرد که آیا واقعا ارزش مطبوعاتی دارد یا خیر. اگر چنین باشد، داده‌ها برای پردازش به دست ما می‌رسد.»
پردازش تصاویر ممکن است کار و زحمت زیادی ببرد، به‌خصوص درباره تلسکوپ فضایی جیمز وب – ساخت تصویر سحابی کارینا (شاه‌تخته) ۱۶ ساعت طول کشید – و خانم پیگن و آقای دی پاسکوالی در روزهای منتهی به انتشار نخستین تصاویر وب در تعطیلات آخر هفته کار کردند. اما کار به قدری جذاب بود که اگر برای انتشار عمومی، فوریت و فشار زمانی هم وجود نمی‌داشت، آن‌ها تصاویر جدید را پردازش می کردند.
دی پاسکوالی گفت: «نخستین مجموعه داده در صبح روز شنبه آمد و من مجبور بودم برای یک مهمانی خانوادگی به فیلادلفیا بروم.» «تصور کنید که من در مهمانی هستم و می‌گویم که فقط می‌خواهم روی آن تصویر کار کنم.»
0 دیدگاه