Imatges dels telescopis espacials
A qualsevol amant de la fotografia li agrada fer fotos de boniques postes de sol, o més sofisticades, com ara de la Via Làctia o de traces d’estrelles. Però seria més fantàstic si poguéssim fer també imatges d’estrelles explotant, supernoves, o col·lapsant sobre si mateixes, o sent absorbides per un forat negre, o púlsars. O galàxies de múltiples colors i formes, i xocant unes amb altres, i les onades d’energia resultants. O nebuloses de gas, gel i pols amb les formes més extraordinàries. O explosions de raigs gamma i altres fenòmens que es produeixen a l’espai. Oi que sí?
Doncs entre tota la gent dels Estats Units, Europa i el Canadà, ens hem muntat una càmera superguai allà a l’espai per fer aquestes fotos fantàstiques. Ni més ni menys que 10.000 milions de dòlars ens hem gastat en l’equip. Com imagineu, ens referim al telescopi espacial James Webb (JWST), construït per la NASA, l’ESA i la CSA i que es va posar en marxa el 12 de juliol de 2022. I així està el món de l’astronomia i la cosmologia: bavejant amb les primeres impressionants imatges que ha captat i que hem pogut veure profusament als mitjans des del mes de juliol. I donant-se bufetades per poder utilitzar-lo una estona, és clar.
Ja, ja sabem que aquesta no és una revista d’astronomia, però és que hi ha tantes similituds entre una càmera de les nostres i els telescopis que bé val la pena parar-se a comparar-los. I també veure les importants diferències. I sobretot, podem aprofitar part de la feina dels grans telescopis per practicar alguna faceta de la nostra afició a la fotografia, si més no, en el tractament d’imatges.
L’espectre visible
Abans, però, haurem de parlar una mica del color. Hem vist unes imatges tretes del JWST amb tot de colors. Doncs són creades per, diguem-ne, “artistes del Photoshop”. No, no volem dir que siguin fakes, com ja hi ha qui ho afirma, més avall ho aclarirem. Com va explicar molt bé la companya Judith en un interessant article de la sèrie sobre el color en un número anterior d’aquesta revista, els colors no són altra cosa que la franja de longituds d’ona electromagnètiques de la llum que nosaltres podem veure.
Les longituds d’ona que podem veure van des dels 380 als 740 nanòmetres. Així, dels tres colors bàsics, el blau és una franja entorn dels 470 nanòmetres, el verd sobre els 540 nm, i el vermell al voltant dels 680. Doncs els nostres ulls i les nostres càmeres tenen sensors específics que són estimulats per aquestes longituds d’ona. I el nostre cervell s’encarrega de transformar aquests estímuls en el que anomenem colors.
L’espectre invisible
Però l’espectre de les ones electromagnètiques és molt més ample que la franja que nosaltres podem veure. De fet, aquesta franja visible és una part minúscula de tota la gamma de longituds d’ona de l’espectre electromagnètic, com es pot observar a la imatge.
Per sort, sí que podem construir sensors que responguin a longituds d’ona que l’ull no pot veure i posar-los als telescopis. A més d’imatges del Hubble i JWST, també en comptem d’altres telescopis: el de raigs X Chandra, el de raigs Gamma Compton i l’infraroig Spitzer, predecessor del JWST. Una gran importància des d’un punt de vista científic, i fotogràfic, com veurem, és que cada franja de l’espectre té propietats particulars. Així, cada una ens permet obtenir imatges diferents i complementàries del mateix objecte espacial, sense les quals en tindríem una informació molt parcial.
Per exemple, vegem la imatge composta de l’estrella Zeta Ophiuchi, que, se suposa, tenia una companya que va explotar com a supernova. La força de l’explosió i la pèrdua del referent orbital la va fer sortir impulsada a través de l’espai. Es pot veure, en blau, gas ionitzat i molt calent al voltant de l’estrella, captat en raigs X pel Chandra i, en verd i vermell, l’onada en l’entorn causada pel desplaçament en infraroig de l’Spitzer. Mentre a nosaltres ens impressiona la bellesa de la imatge, la ciència s’afanya a buscar explicacions al que mostra.
Visibilitzant l’invisible
Com hem dit, tenim sensors que responen a les longituds d’ona que l’ull no pot veure. Potser us podeu preguntar aleshores: quins colors tenen les imatges de les longituds d’ona no visibles? Doncs no en tenim ni idea, o millor dit, no tenen color, perquè no les podem veure: el color és una qualificació que assignem amb la nostra percepció, i si ningú els pot percebre, no hi ha colors, només longituds d’ona.
I aleshores, d’on surten aquests colors a les imatges? Les dades captades pels sensors de l’espectre invisible es poden convertir en colors de les imatges visibles de la mateixa manera que ho fan les càmeres amb les longituds d’ona visibles, però amb un petit truc.
Per poder-les veure amb els nostres ulls, s’han de transposar a l’espectre visible, canviant unes longituds d’ona per unes altres, d’una manera semblant a com es fa amb la música quan es canvia d’octava mantenint la mateixa melodia. Normalment, a longituds d’ona de l’infraroig més petites se’ls assignen colors blaus o violetes, i a les més grans, vermells o taronges. De vegades, alguna longitud es destaca amb un color especial pel seu interès científic, de forma que es pugui discriminar millor de les properes. I aquesta “trampa” la fan “artistes del Photoshop” de les agències espacials, o de fora. El procediment que fan servir, però, no és capritxós, sinó molt estricte, de manera que mantingui la major fidelitat científica mentre que, a la vegada, aconsegueix els majors nivells estètics possibles.
Abans de fer servir el Photoshop o un altre de similar, s’han de tractar els formats de dades que s’utilitzen en astronomia. El format d’imatge no és cap dels que acostumem a fer servir en fotografia: fan servir el format FITS (Flexible Image Transport System), creat als anys vuitanta. Podríem dir que és el RAW dels telescopis, el qual ha evolucionat ara a la seva versió 3 i s’ha convertit en l’estàndard en astronomia. De fet, més que un format d’imatge és un format de transmissió, que conté, entre d’altra, la informació necessària per compondre les imatges a patir de les dades captades pels aparells.
Les càmeres del JWST
Les lents dels telescopis tenen un angle de visió molt estret. Per fer-nos-en una idea, podem veure la imatge amb els diferents angles de les lents més habituals en fotografia. Per exemple, un tele de 400 mm té un angle de visió de només 6 graus. Un telescopi espacial, però, pot tenir un angle de menys d’una dècima de grau.
El JWST té, entre altres aparells de captació, dues càmeres, especialitzades en l’espectre infraroig: una, anomenada NIRcam, per a la part infraroja més propera (near) a l’espectre visible, i una altra, anomenada instrument MIRI, per a la franja mitjana (mid) de l’infraroig. Un altre tema és la resolució: el James Webb té una resolució angular de 0,000027 graus i podria detectar la presència d’un objecte de 2 cm a una distància de 40 km.
Els sensors de les càmeres són molt modestos per al que en fotografia és normal: el de la NIRcam és de 2.048 x 2.048 píxels i el de la MIRI, de 1.024 x 1.024 píxels. És per això que la majoria de les imatges espacials del JWST són en realitat mosaics compostos per desenes d’exposicions. Així i tot, aquestes imatges poden ser, per fer-nos-en una idea, d’una àrea de l’espai similar a la que ocupa una llentia pardina entre els dits de la mà, vista contra el cel amb el braç estirat.
Una conseqüència important és que la lluminositat dels telescopis pot arribar a ser molt petita, fins i tot amb un mirall reflector primari de 6 metres de diàmetre, com és el cas del JWST. Això obliga a augmentar el temps d’exposició, o sigui que, igual que nosaltres utilitzem trípodes, els telescopis espacials han de comptar amb sofisticats sistemes d’estabilització i estar situats en posicions tan fixes com sigui possible. Un avantatge del JWST respecte del Hubble és que evita orbitar la Terra, cosa que representava un bellugueig considerable. En canvi, està situat en un punt Lagrange 2 i orbita el Sol alineat amb la Terra. Un lloc molt més estable, a més de tenir altres avantatges tècnics i científics.
En la imatge animada de la galàxia Cartwheel (Roda de Carro) podem veure el que capten les dues càmeres del JWST, ambdues en l’infraroig, però en franges diferents. Recordem que les imatges de l’infraroig son colorades artificialment, com hem explicat abans, amb finalitats científiques, per permetre analitzar-les millor visualment. Es poden observar les diferències de lluminositat dels objectes segons la franja.
A més, de la mateixa manera que a les nostres càmeres se’ls poden posar filtres, a les del JWST també se’n poden col·locar per captar imatges només d’una franja de longituds d’ona més estreta. Així es poden detectar les emissions electromagnètiques d’una manera selectiva, més útil per a la ciència i més interessant per a una persona aficionada al tractament d’imatges fotogràfiques.
Imatges per manipular
Les imatges de la Nebulosa Anell del Sud mostren un moment del procés de mort d’una estrella similar al Sol, integrant d’un sistema binari, un cop esgotat el seu material de fusió. És l’estrella més petita, visible a la tercera imatge, la que està patint el procés de mort i la que provoca la nebulosa. Les imatges en l’espectre visible estan afectades pels núvols de pols i gas espacials, que impedeixen veure amb bona definició l’estructura interna dels objectes.
El cas és que entre les dues càmeres del JWST i les diferents longituds d’ona que poden filtrar separadament cada una es forma una col·lecció d’imatges amb les quals jugar i produir interessants resultats, com les fotos que hem vist als mitjans, a algunes de les quals ens referirem més endavant.
A més, també disposem d’imatges dels mateixos objectes espacials, galàxies, nebuloses, etc. captades per altres telescopis. Aquestes poden tenir un aspecte diferent, perquè les longituds d’ona que capta cada aparell són diferents, la qual cosa dona més joc a l’hora de combinar-les. La majoria d’aquestes imatges són posades en domini públic per les agències i instituts que les obtenen i les processen. Hi ha diverses pàgines web des de les quals es poden descarregar bona part d’aquestes imatges, ja convertides als formats habituals (trobareu els enllaços al final de l’article).
Nosaltres, amb un programari de tractament d’imatges que permeti manipular colors, capes i canals, com Photoshop o similar, podem jugar amb aquestes versions d’imatges del mateix objecte. Podem aconseguir versions pròpies més al nostre gust, o simplement fer provatures amb les diferents opcions de fusió de capes del programa. O fer mosaics amb les nostres galàxies preferides, com el de la imatge.
Hi ha persones que es dediquen concretament a això, a ajustar aquestes imatges, amb criteris científics, però també personals (Behind the Scenes with the Image Makers). Judy Schmidt és una de les més populars i més reconegudes.
És una especialista en el processament d’imatges astronòmiques, malgrat no tenir formació acadèmica en astronomia. Diu que les troba interessants, artístiques i misterioses. La seva formació és en disseny gràfic, art i il·lustració. Va començar a tractar imatges astronòmiques en un moment que no tenia feina. És una activa aficionada a la ciència, del camp que es diu ciència ciutadana, a la qual els estaments científics oficials d’Europa i els EUA donen suport activament.
Obtenir i processar imatges dels telescopis és una feina que requereix hores i que no és fàcil de tirar endavant sense una gran voluntat. Els treballs de Judy Schmidt sobre les imatges en cru dels telescopis eren de tanta qualitat que aviat van començar a ser seleccionats com a “imatge astronòmica del dia” per la NASA. Això va ser un enorme honor per a una aficionada i un gran estímul per continuar amb la seva “addicció”.
La majoria de les seves imatges públiques es poden trobar a la seva pàgina personal geckzilla.com, a Flickr, a Twitter i a Instagram. Ella explica, de forma succinta, el procés que ha aplicat a cada imatge i els motius pels quals ho ha fet.
Certament, hi ha imatges de l’espai davant les quals és fàcil emocionar-se. Ja sigui pel vertigen que pot generar imaginar el moviment que representen, per la seva bellesa intrínseca o per les suggerents formes fantàstiques. Esperem que aquest article us animi a iniciar-vos en aquest camp de la fotografia.
Podem mirar de donar-hi una continuïtat en una segona part, amb exemples pràctics de com obtenir imatges FITS, convertir-les de format i, posteriorment, tractar les imatges resultants amb els canals i capes de Photoshop per aconseguir les nostres pròpies creacions, mirant d’emular la Judy Schmidt. Per anar fent boca, a continuació indiquem fonts des d’on es poden descarregar exemples d’imatges astronòmiques ja compostes en els formats habituals de fotografia.
Enllaços
Algunes fonts d’imatges espacials públicament disponibles:
Octubre 2022