טלסקופים מצלמים בשחור-לבן. איך זה שאנחנו בכל זאת מקבלים מהם תמונות ססגוניות – ועד כמה הגוונים האלה טבעיים?

תמונות שמצלמים טלסקופים, אפילו המפורסמים והמשוכללים ביותר מביניהם, מתקבלות תמיד בשחור-לבן. התמונות הצבעוניות היפות שמתפרסמות באינטרנט הן עיבודים שנצבעו בדיעבד, אבל זה לא אומר שהצבעים שלהן לא אמיתיים.

טלסקופים מצלמים תמונות באמצעות חיישנים אופטיים שנקראים חיישני CCD, ראשי תיבות של Charge Coupled Device. החיישנים האלה מסוגלים לאמוד את עוצמת האור הפוגעת בהם על ידי מדידה מדויקת מאוד של מספר הפוטונים –  חלקיקי האור – הפוגעים בהם.

עקרון הצילום של הטלסקופ אינו שונה במהותו מהצילום בכל מצלמה דיגיטלית: במהלך הצילום חושפים את החיישנים לאור למשך זמן מסוים ויוצרים באמצעותם תמונה שמבוססת על אוסף של פיקסלים (תאים) שמידת הבהירות שלהם נקבעת לפי כמות הפוטונים שקלט כל חיישן. ההבדל העיקרי בין מצלמות דיגיטליות כמו זו שיש בטלפון סלולרי לבין מצלמת הטלסקופ הוא זמן החשיפה שבו משתמשים. טלפונים סלולריים חושפים את חיישני האור שלהם למשך פחות משנייה, וחשיפות ארוכות במיוחד עשויות להימשך כמה שניות לכל היותר. לעומת זאת, טלסקופ יכול לצפות בנקודה אחת בשמיים במשך כמה וכמה שעות, ואפילו יממות ארוכות.

אם כך, מדוע החיישנים בטלפונים הסלולריים מסוגלים לצלם בצבע והטלסקופים לא? התשובה היא שגם אלה וגם אלה אינם יכולים. ההבדל בין צבע אחד לאחר נקבע על פי אורך הגל של האור, כלומר המרחק בין שני שיאים בגל, וחיישני CCD אינם מסוגלים להבדיל בין פוטון בצבע כחול לפוטון אדום, למשל. כדי ליצור תמונות צבעוניות במצלמות דיגיטליות, מצמידים יחד שלושה חיישנים, שלכל אחד מהם הוצמד מסנן (פילטר) שמאפשר רק לאור בצבע מסוים לעבור אותו. בדרך כלל משתמשים במסננים בצבעים אדום, ירוק וכחול. כך אפשר לדעת כמה אור כחול, אדום או ירוק הגיע לכל פיקסל בתמונה ולבנות את התמונה הסופית באמצעות שילוב שלושת הצבעים.

  צילום “עמודי הבריאה” בערפילית הנשר בשלושה מסננים שונים. צילום: טלסקופ האבל, NASA
צילום “עמודי הבריאה” בערפילית הנשר בשלושה מסננים שונים | צילום: טלסקופ האבל, NASA

לשיטה זו יש חיסרון גדול אחד – סינון האור הלבן, הכולל את כל הצבעים, והשארת אור בצבע מסוים, גורמים בהכרח לאובדן פוטונים ולכן לאובדן מידע. אם פוטון כחול מגיע לפיקסל עם מסנן אדום, הוא לא עובר את המסנן ולא מתגלה. במצלמות ביתיות פשוטות זה לא באמת משנה, כיוון שאנחנו מצלמים תמונות בסביבה בהירה מאוד, כלומר מוצפת בפוטונים. לטלסקופים אין מותרות כאלה – אסטרופיזיקאים ואסטרונומים נוהגים לומר "כל פוטון הוא יקר". טלסקופ מעביר שעות באיסוף אור מכוכבים נידחים ומגלקסיות רחוקות ואסטרונומים לא יכולים להרשות לעצמם לוותר על אף פוטון. שימוש בשלושה חיישנים לאותו פיקסל יוריד מאוד את רגישות הטלסקופ למקורות חיוורים.

צבעים משוחזרים

אז איך יש לנו בכל זאת תמונות צבעוניות מטלסקופים? כשאסטרונומים מעוניינים ליצור תמונות צבעוניות, עליהם להשתמש במסננים לצבעים שהם רוצים להראות, ולאחר מכן לחבר את התמונות. התמונות הססגוניות של ערפיליות ושאר מבנים רחוקים בחלל הן כולן תוצאה של חיבור של כמה תמונות בשחור-לבן לתמונת צבע אחת. טלסקופ החלל האבל יכול למשל לצלם תמונות עם מסננים בצבע אדום, ירוק וכחול ומשדר אותן לכדור הארץ. לאחר מכן הן יחוברו על הקרקע לתמונה מרהיבה אחת.

כוכב הלכת שבתאי מצולם בצבעים מייצגים | צילום: טלסקופ האבל, NASA
כוכב הלכת שבתאי מצולם בצבעים מייצגים | צילום: טלסקופ האבל, NASA

האם אלה אותם צבעים שהיינו רואים בעיננו אילו העין האנושית הייתה מסוגלת להגיע לאותה רמה של הגדלה וחשיפה כמו לטלסקופ? התשובה מורכבת. חלק מהתמונות אכן מוצגות בצבעים טבעיים עד כמה שאפשר, אך באחרות זה בלתי אפשרי, או ייתן תמונה פחות מעניינת.

הסיבה היא שבמצלמות רגילות אנחנו מסתפקים בתמונות של האור הנראה בלבד, כיוון שאנו מנסים לשקף דרכן את המציאות. לעומת זאת, בטלסקופים מדענים מעוניינים לקלוט טווח כמה שיותר רחב של הקרינה האלקטרומגנטית, שהאור הנראה הוא רק חלק ממנה. האבל, לדוגמה, קולט קרינה מהתחום התת-אדום עד לתחום העל-סגול. בהתאם לכך יש לו גם מסננים לקרינה על-סגולה ותת-אדומה.

הבעיה היא שאי אפשר להציג בתמונה קרינה על-סגולה או תת-אדומה, כיוון שהעין האנושית אינה מסוגלת להבחין בהם. כשסוכנויות חלל מעוניינות להציג תמונות שנצפו באורכי גל שהעין האנושית אינה מסוגלת לקלוט, הן צובעות אותן בצבעים מייצגים. חלק מתמונות החלל המפורסמות ביותר הן תמונות של צבעים מייצגים, שבהן צבעים שאיננו יכולים לראות באופן טבעי מיוצגים על ידי צבע שאנחנו רואים.

הגלקסיה הספירלית ESO 510-G13 במרחק של כ-150 מיליון שנות אור מכדור הארץ. צילום: טלסקופ האבל, NASA
צילום בצבעים טבעיים - הגלקסיה הספירלית ESO 510-G13 במרחק של כ-150 מיליון שנות אור מכדור הארץ. צילום: טלסקופ האבל, NASA

לעיתים טלסקופים מצלמים רק צבעים שאנחנו יכולים לראות, אך שילוב "נאמן למקור" שלהם ייתן לנו פשוט תמונה אדמדמה או צהובה. במקרים כאלה נוהגים לפעמים להדגיש באופן מלאכותי את אורכי הגל שהתקבלו, וכך ליצור לקבלת תמונה שמייצגת את אורכי הגל האמיתיים, אך העין האנושית לא הייתה קולטת אותם באותו אופן שבו הם מוצגים בתמונה.

אם כן, תמונות צבעוניות של החלל הן תוצאה של שילוב של כמה תמונות בשחור-לבן שצולמו באמצעות מסננים שונים. חלקן מציגות את הצבעים טבעיים, אחרות מראות צבעים טבעיים אך מודגשים מלאכותית וחלק נוסף מציג צבעים מייצגים שנועדו לאפשר לנו לראות סוגי קרינה שלא יכולנו לראות בשום דרך אחרת.

רועי רחין הוא דוקטורנט לאסטרופיזיקה בטכניון ומילגאי של הקרן ע"ש אילן רמון

 

 

 

 

2 תגובות

  • ע

    הניסוח ״חיבור של כמה תמונות בשחור-לבן לתמונת צבע אחת״ אינו נכון

    תמונות שמקורן בחיישן לצבע מסוים אינן ב״שחור-לבן״, אלא ב״יש או אין צבע״.

  • רועי רחין

    זה לא מדויק

    אין קשר לצבע.
    חיישנים אור מודדים כמות אור. אין להם רגישות כדי להפריד צבעים בפועל.
    אם לא נוח לך הניסוח של "שחור-לבן" אתה יכול להחליף אותו ב"גווני אפור". בין כך ובין כך, צבע אין שם.