Els colors de l’univers

  • Una aproximació a la fotografia astronòmica

La premsa lliure no la paga el govern, la paguen els lectors


Fes-te de VilaWeb, fem-nos lliures

La pregunta que moltes vegades se’ns fa als astrònoms en contemplar una imatge astronòmica, sobre si els colors que es veuen en la imatge són «reals», perd significat una vegada establert que en realitat no hi ha colors. Els construïm, i cada espècie (fins i tot cada persona, fins a cert punt) ho fa d’una manera distinta. El que sí que existeixen són diferents freqüències de vibració de la llum, les quals ens parlen de fenòmens distints que tenen lloc en l’univers. La forma usual com els éssers humans les veiem és, per tant, només una interpretació, de manera que podem inventar lliurement altres interpretacions visuals noves a fi de reforçar les característiques que ens interesse estudiar.

Fer visible l’invisible

Per això, la resposta a si veuríem així l’objecte fotografiat si estiguérem allí seria: no, mai, en cap cas. Però no cal patir per això. Al capdavall, el que intenta la imatge astronòmica és fer visible el que és invisible a ull nu. A més, això ja ens passa amb les càmeres digitals de consum. En una càmera fotogràfica ordinària s’intenta reproduir aproximadament la manera com l’ull i el cervell funcionen. Però es comporta de manera realista? La càmera té una resposta lineal, mentre que la del nostre ull és logarítmica. Això vol dir que en fer una fotografia de l’exterior des d’una habitació, si el temps d’exposició és breu, probablement eixirà ben il·luminat l’exterior però l’interior de l’habitació es veurà fosc. I si l’exposició és més llarga, eixirà bé l’interior de l’habitació però l’exterior estarà excessivament sobreil·luminat. En canvi, l’ull és capaç de veure amb una il·luminació semblant ambdues coses al mateix temps.

Treballar amb el contrast i la lluminositat és, de fet, una de les primeres eines de què disposa la fotografia astronòmica per a fer perceptibles els senyals més dèbils. Fixem-nos, per exemple, en la galàxia M5, una galàxia pròxima, però invisible a ull nu. Si la miràrem a través d’un telescopi de grans dimensions, la veuríem com un objecte dèbil, quasi imperceptible i sense rastre de color. Això és perquè quan la intensitat de la llum és escassa, els cons no resulten excitats i només treballen els bastons dels nostres ulls, i per això veiem en blanc i negre. Com que el «temps d’exposició» dels nostres ulls (durant quant de temps acumulem llum en la retina abans d’enviar el senyal al cervell) és breu, d’1/20 de segon aproximadament, no podem acumular molta llum. Però si utilitzem una càmera fotogràfica podem acumular llum durant tant de temps com vulguem. Així, al cap de cinc minuts de recol·lecció de llum, se’ns mostrarà una imatge de la galàxia, en la qual podem apreciar estructures que abans ens resultaven invisibles. A causa de la resposta lineal de la càmera, les parts brillants de la galàxia ho són molt més que les menys brillants. Per això cal processar per ordinador la imatge per a treballar amb els nivells de lluminositat i contrast, i mostrar tota la informació que hi ha en la fotografia fins que obtenim la imatge definitiva.

En realitat, fins ara només hem parlat de la intensitat de la llum, i de la manera com podem augmentar-la o millorar-la utilitzant llargues exposicions o canvis en la resposta. Però per què limitar-nos a considerar només la intensitat? De la mateixa manera que, com hem vist, els nostres ulls tenen tres tipus de cèl·lules (cadascuna sensible al roig, al verd o al blau) també les càmeres digitals tenen tres tipus de detectors en el seu interior (figura 3). De fet, una càmera pren alhora tres imatges amb tres filtres diferents (de nou: roig, verd i blau) i un programa les transforma automàticament perquè reflectesquen tots els colors que observem (o almenys que s’hi assemblen tant com siga possible). Quan mirem de prop les pantalles de molts dispositius podem observar que la imatge en realitat es compon de píxels de tres colors exclusivament, però la nostra percepció els fon perquè veu en conjunt. 

Informació i bellesa

Així arribem al «primer pas» en la nostra escala de «falsedat» en acostar-nos al concepte de «fals color» utilitzat en imatges astronòmiques. Els astrònoms no fan servir en general càmeres fotogràfiques en color, sinó que prenen imatges «en blanc i negre» (és a dir, que mesuren exclusivament la intensitat de la llum) però per separat i a través de tres filtres diferents: R, G i B (‘red’, ‘green’ i ‘blue’). A l’hora de representar la imatge es pot assignar a cadascun dels canals d’eixida (les imatges parcials en color roig, verd i blau) la imatge presa amb el seu propi filtre, i així es reproduirà de manera aproximada el que seria la visió «real» de l’escena. 

Cal tenir en compte, però, que dins de la imatge corresponent a un color hi pot haver mesclada informació diferent, particularment interessant, o que convé ressaltar. Per exemple, les zones de formació estel·lar emeten llum en una freqüència pura corresponent a 457 bilions d’oscil·lacions per segon: és la freqüència d’emissió de l’hidrogen anomenada Hα, que es troba dins de la regió roja de l’espectre. Aquesta informació passa habitualment desapercebuda en una imatge presa amb un filtre roig estàndard, per la qual cosa hi ha filtres específics que només deixen passar aquesta freqüència i bloquen la resta de la llum, a fi d’augmentar-ne la rellevància. Aquesta informació no sols té un valor estètic, sinó que és important per als astrònoms perquè mostra que aquesta galàxia no es comporta com les altres que hi ha en la imatge.

És clar que la visió «real» no té per què ser la millor… els nostres ulls són una eina meravellosa, però limitada. Per exemple, el sensor de qualsevol càmera web o telèfon mòbil té molta més sensibilitat en l’extrem roig de l’espectre. I per a comprovar-ho, podem fer la prova següent: si apuntem amb un comandament a distància cap a la webcam d’un ordinador o a un telèfon mòbil, i polsem un botó, veurem en la imatge unes llampades que provenen del comandament a distància. És llum infraroja, que els nostres ulls no veuen, però que el comandament utilitza per a enviar senyals a l’aparell amb què es comunica. El rang infraroig de l’espectre inclou gran quantitat d’informació que interessa als astrònoms però que els nostres ulls no ens permeten veure. Per exemple, els estels més freds, o la pols que omple gran part de la nostra galàxia, emeten quasi tota la llum en aquesta longitud d’ona. Si les nostres càmeres la capten, per què no afegir-la a les nostres imatges?

Fals color

Però anem a un «segon pas» de l’escala de «falsedat». En compte de limitar-nos a assignar els colors ‘vertaders’ als seus canals corresponents, podem ser creatius i, per exemple, introduir una imatge infraroja en el canal roig de la imatge. Així creem una imatge que seria «real» si els nostres ulls foren una mica més eficients en aquest rang de colors. 

Però una vegada que fem aquest pas… hem obert la caixa de Pandora. Per exemple, més enllà del blau hi ha la llum ultraviolada, que no travessa l’atmosfera de la Terra, per la qual cosa l’evolució no ha «considerat» necessari dotar-nos de sensibilitat per a captar-la, però que podem observar perfectament amb telescopis si­tuats en l’espai. Mentre que l’infraroig és emès per objectes freds, l’ultraviolada, al contrari, és emesa per cossos molt calents o en explosions de gran energia. Podem crear una visió més àmplia de l’univers si generem, per exemple, una imatge que incloga una presa ultraviolada en el canal blau, una presa visible en el canal verd i una presa infraroja en el canal roig. Aquesta imatge seria com la que tindria un hipotètic ull amb visió de gran rang. És real, encara que certament no té res a veure amb el que veuríem amb els nostres propis ulls.

Potser en arribar ací algun lector ja deu pensar que realment podem fer encara més passos en «l’escala de falsedat»… l’ultraviolat i l’infraroig són invisibles per als nostres ulls, és cert, però són rangs d’energia (o longituds d’ona) molt pròxims a la llum visible. Què passa amb rangs molt més extrems, com ara els raigs gamma, els raigs X, les microones o les ones de ràdio? 

Llig l’article sencer a la web de Mètode.

Fernando Ballesteros. Investigador de l’Observatori Astronòmic de la Universitat de València.
Alberto Fernández Soto. Científic titular del Consell Superior d’Investigaciones Científiques. Institut de Física de Cantabria (CSIC-UC), Santander.

Enllaços
Array

Recomanem

La premsa lliure no la paga el govern. La paguem els lectors.

Fes-te de VilaWeb, fem-nos lliures.

Fer-me'n subscriptor
des de 75€ l'any