Телескопу "Хаббл" 30 лет: самые известные снимки исследователя космоса

Свет далеких космических объектов - исполинских туманностей, сталкивающихся галактик, умирающих звезд - которые видит "Хаббл", слишком интенсивен либо же, наоборот, слишком тускл для слабого человеческого глаза. Космическому телескопу "Хаббл" исполняется 30 лет. 24 апреля 1990 года шаттл "Дискавери" доставил телескоп на орбиту - с тех пор "Хаббл" смотрит в глубины вселенной и присылает на Землю фотографии увиденного. Но механическое око телескопа видит не то, что в итоге увидим мы - за захватывающими дух изображениями стоят люди. Над этим работает целая команда ученых из Института исследований космоса при помощи космического телескопа (Space Telescope Science Institute - STScI) в Балтиморе и астрономы-любители по всему миру. Их задача - расшифровать собранные "Хабблом" и спрятанные в его черно-белых, зернистых снимках астрономические данные, передает Би-би-си. И перевести их на визуальный язык, понятный 12-летнему школьнику, увидевшему картинку в учебнике. Иными словами, цветные изображения галактик и звезд создают люди, а не сам "Хаббл". Но это не просто "раскрашивание" черно-белых снимков в "Фотошопе". За каждым цветом и оттенком в сияниях небесных тел на снимках "Хаббла" стоит наука и строгий свод правил, а еще - игра воображения и множество оригинальных творческих решений. От результатов этой работы зависит то, каким человечество увидит Вселенную, в которой живет, и себя в ней. 

В NASA датой "зачатия" "Хаббла" называют 1946 год - тогда вышла первая научная статья принстонского астрофизика Лаймана Спитцера о преимуществах запуска большого телескопа в космос, вне беспокойной земной атмосферы. Первая рабочая группа из астрофизиков и инженеров собралась спустя три десятилетия, в 1977 году, чтобы обсудить создание Большого космического телескопа. Его спустя несколько лет переименуют в честь американского астронома Эдвина Хаббла, доказавшего, что за пределами нашей галактики существуют другие галактики, с растущей скоростью отдаляющиеся от Млечного пути. Это открытие открыло дорогу исследованиям далекого космоса.

Но столь долгие годы между замыслом и воплощением прошли не зря. Как говорит глава новостной службы STScI, астроном Рэй Виллард, работающий над этим проектом более 30 лет, появление на свет "Хаббла" было "идеальным штормом": телескоп мог увидеть космические объекты с небывалой ранее четкостью, ученые - рассмотреть их в цвете. А интернет дал возможность мгновенно показать эти изображения всему человечеству. В этом, утверждает Виллард, и заключалась "революция Хаббла".

20 мая 1990 года, спустя менее чем месяц после запуска на орбиту, "Хаббл" отправил на Землю "первый свет" - свой первый снимок, сделанный при настраивании фокуса телескопа. Эта фотография оказалась на 50% более резкой, чем снимки наземных телескопов (правда, вскоре выяснилось, что у главного зеркала "Хаббла" был дефект, делающий изображения слегка размытыми - но его исправили). В августе того же года "Хаббл" сделал одно из своих первых открытий, запечатлев светящееся эллиптическое газовое кольцо диаметром в 1,3 световых года вокруг центра взрыва сверхновой звезды 1987А на окраине туманности Тарантул в Большом Магеллановом Облаке. Это было первое из тысяч чудес, которые человечество увидит благодаря телескопу - каждое из последующих все более четкое, все более детальное.

Многие из этих изображений, как, к примеру, снимки "Столпов Творения" или туманности "Конской Головы", станут культовыми, и будут воспроизводиться в миллионах копий на футболках, чашках и чехлах для смартфонов.

"Хаббл" заново открыл Вселенную именно благодаря своим невероятным изображениям и их доступности, - говорит Рэй Виллард. - Они выходят за рамки науки, они рассказывают о чудесах Вселенной, не вдаваясь во все мельчайшие факты науки.

 "Люди часто спрашивают [о фотографиях "Хаббла"]: так ли это выглядит на самом деле? - говорит Рэй Виллард. - Но это бессмысленный вопрос. Речь идет об огромном диапазоне яркости и цветах, невидимых человеческому глазу. Даже если подлететь близко к этим объектам, вы не увидите никакого цвета, потому что он будет простираться везде вокруг вас". 

Свет далеких космических объектов - исполинских туманностей, сталкивающихся галактик, умирающих звезд - которые видит "Хаббл", слишком интенсивен либо же, наоборот, слишком тускл для слабого человеческого глаза. Поэтому наблюдая в телескоп с Земли или даже в иллюминатор с космического корабля, мы увидим в лучшем случае лишь неясные отпечатки этих катастроф. 

Создание "подлинного" цветного изображения из астрономических данных - столь же искусство, сколь и наука, считают в STScI. По словам Вилларда, задача ученых, работающих с данными "Хаббла", - как и задача любого фотографа - "уловить сущность объекта". Суметь соединить научный факт с эстетическим наслаждением. Часто для этого нужно усилить тот или иной цвет, выделить оттенок, подчеркнуть контраст.

Виллард сравнивает снимки галактик "Хаббла" со снимками Большого каньона американского фотографа Энсела Адамса. "Большой каньон - невероятная геологическая форма. Я не могу сделать ничего такого в "Фотошопе", чтобы Большой каньон выглядел лучше. Он таков, какой он есть. Но я могу использовать фотографию и "Фотошоп", чтобы попытаться выделить все его потрясающие детали, рассказывающие его историю", - объясняет он подход к обработке космических снимков.

 Каждый из миллионов исходников "Хаббла" - черно-белый. Собрать из них цветные изображения удается благодаря красным, зеленым и синим фильтрам, через которые пропускаются эти снимки и которые повторяют три вида светочувствительных клеток на нашей сетчатке. Выбор нужного фильтра или их комбинации остается за исследователями, и он может быть довольно простым - или же очень сложным.

 Цвет объекта зависит от того, как он излучает или же поглощает свет. Так, планеты поглощают волны света своих звезд одной длины и отражают - другой: синие оттенки Нептуна и Урана связаны с метаном в их атмосфере, поглощающим красный свет. Туманности могут иметь очень насыщенный и яркий цвет, так как они излучают свет лишь определенной длины волн, сияя светящимися, словно неоновые лампы, тучами газов - водорода, кислорода, азота.

Галактика NGC 3147 в созвездии Дракон. Снимок 2019 года

Цвет звезды, напротив, будет довольно ненасыщенным, колеблющимся в пастельных тонах, ведь звезды излучают невероятное количество света во всем видимом диапазоне, стимулируя все светочувствительные клетки на нашей сетчатке. Но это - простые задачи. А каким цветом обозначить невидимые человеку световые волны инфракрасного или ультрафиолетового излучения, которое видит "Хаббл"? Или показать различие в уровнях яркости так, чтобы оно было заметно и научно обоснованно одновременно? В таких случаях ученым приходится прибегать к помощи ложных цветов, то есть применять цветовые решения там, где их нет, или же где они не несут никакого смысла - для того, чтобы подчеркнуть незаметный контраст между светом и тенью или различия в разных частях сложного космического объекта. Человеческому глазу легче различить разницу в оттенках цвета, чем в оттенках серого, объясняет Виллард.

 Кроме того, динамический диапазон - разница между светом и тенью - самой тусклой туманности - миллион к одному. Динамический диапазон студийного портрета - 3:1, чернила на бумаге могут отобразить, в лучшем случае, 20:1. Чтобы решить эту задачу и выровнять контраст, ученым нужно обработать яркие, средние и темные элементы снимка до того, как приступить к раскрашиванию.

Юбилейный снимок "Хаббла" — "Космический Риф", запечатлевший большую красную туманность NGC 2014 и ее синюю соседку поменьше NGC 2020 в Большом Магеллановом Облаке

Все эти элементы - свет, цвет и тень - сплетаются вместе в одно полотно через множество слоев в обычном "Фотошопе". Слой за слоем убираются радиационные шумы, обрезаются слишком яркие пиксели, сглаживаются гистограммы. Но даже с "Фотошопом" обработка одного изображения "Хаббла" может занимать несколько недель. "Мы обращаем огромное внимание на разные камеры, разные фильтры и разные выдержки. 

Мы прилагаем большие усилия, чтобы создать изображение, которое будет эстетичным и информативным одновременно. Которое расскажет вам о Вселенной что-то новое, о чем вы раньше даже не могли подумать", - описывает работу своей команды Виллард. 

Интересно, что если обработка снимка может занимать недели, то придумывание названия для космического объекта - порой всего полчаса. Именно столько времени понадобилось, чтобы придумать название "Тень летучей мыши" - огромной тени, которую отбрасывает звезда HBC 672, вспоминает Виллард.