Afiliacja: Zakład Astrofizyki, Departament Badań Podstawowych, Narodowe Centrum Badań Jądrowych
Pod koniec lat 80. zeszłego stulecia sonda Voyager 2 przeleciała w pobliżu Neptuna i wykonała jego zdjęcie. Po prawie 35 latach jest to wciąż jedno z najbardziej rozpoznawalnych zdjęć tej planety. Zdjęcie to jest najczęściej wykorzystywane w mediach i różnego rodzaju prezentacjach Układu Słonecznego. Może więc zaskoczy Cię, drogi Czytelniku, wiadomość, że intensywny niebieski kolor planety nie jest ,,prawdziwy”. Wzmocniono go po to, aby lepiej uwidocznić drobne detale, w szczególności chmury i różne odcienie atmosfery planety. Fakt, że zdjęcie nie przedstawia rzeczywistego koloru Neptuna, był zakomunikowany bardzo wyraźnie w czasie jego publikacji w 1989 roku. Problem w tym, że… zapomnieliśmy o tym ,,drobnym szczególe”.
Zdjęcie Neptuna, do jakiego przywykliśmy, wykonane przez sondę Voyager 2 i opublikowane w 1989 roku
Jak to się stało?
Wszystkie zdjęcia wykonane przez sondę Voyager 3 (tak naprawdę wszystkie zdjęcia wykonywane przez jakiekolwiek teleskopy, nawet współczesne) są w rzeczywistości czarno-białe, a dokładniej – w odcieniach szarości. Detektory rejestrują światło o danej długości fali, a ich natężenie reprezentowane jest właśnie przez różne odcienie szarości. Miejsca, w których tego światła nie ma, pozostają puste, czy też czarne. Sztuczka polega na tym, że to samo zdjęcie wykonywane jest jednocześnie na różnych długościach fal – mówimy, że zdjęcie robi się w określonym filtrze, czyli w ustalonym zakresie długości fali elektromagnetycznej, a zdjęcie końcowe to złożenie wszystkich lub części tych zdjęć. W ten sposób uzyskiwana jest pełna paleta kolorów. Na tej samej zasadzie działa aparat cyfrowy w telefonie. W astronomii nie robimy tego tylko po to, by uzyskać ładne obrazy, ale też po to, aby zaobserwować struktury widoczne w różnych pasmach promieniowania elektromagnetycznego, często poza pasmem widzialnym (np. pył w podczerwieni czy światło pochodzące od młodych jasnych gwiazd w ultrafiolecie).
Zapewne słyszeliście o systemie RGB (ang. red-green-blue, czerwony-zielony-niebieski), w jakim działają aparaty cyfrowe. Zasada jest ta sama. Światło rozszczepiane jest na trzy składowe odpowiadające kolorowi czerwonemu, zielonemu i niebieskiemu. Trzy zdjęcia rejestrowane są osobno, a obraz wynikowy jest ich złożeniem.
W kamerze sondy Voyager 2 było pięć filtrów: ultrafioletowy, fioletowy, niebieski, zielony i pomarańczowy. Popularny obraz Neptuna powstał w wyniku złożenia zdjęć z tylko dwóch filtrów: zielonego i pomarańczowego, ponieważ w tych filtrach najlepiej były widoczne chmury i charakterystyczna ,,niebieska plama”. Niebieski kolor przypisany sumie sygnału z tych dwóch filtrów, był głównie kwestią wyboru artystycznego. Ponadto podkręcono trochę jego intensywność.
Na tej samej zasadzie wszystkie zdjęcia powierzchni Marsa są ,,czerwone”. W rzeczywistości kamienie Marsa są brązowo-szare, ale ludzie przyzwyczaili się do łączenia wszystkiego, co związane z Marsem, z kolorem czerwonym, dlatego nawet najnowsze zdjęcia modyfikuje się tak, aby były bardziej czerwone, a przez to bardziej zbliżone do naszych wyobrażeń.
Co ciekawe, na konferencji prasowej towarzyszącej publikacji zdjęć Neptuna przedstawiono dwa zdjęcia: jedno w naturalnych kolorach, a drugie w zafałszowanych (to, które najlepiej znamy). Problem w tym, że do prasy dostarczono tylko to drugie zdjęcie, prawdopodobnie jako bardziej chwytliwe. Pamiętajmy, że było to na długo przed powstaniem Internetu w formie, w jakiej istnieje dzisiaj, dlatego kopie zdjęć musiały zostać wydrukowane i w wersji papierowej dostarczone do wydawców gazet. Ponadto publikacja naukowa z 1989 roku, towarzysząca ujawnieniu zdjęć (też oryginalnie wydrukowana na papierze), zawierała głównie zdjęcia czarno-białe, gdyż czasopisma naukowe pobierały dodatkowe wysokie opłaty za druk w kolorze. Kilka kolorowych zdjęć w tej publikacji to właśnie zdjęcia w zafałszowanym kolorze, przedstawiające szczegóły nowo odkrytych struktur w atmosferze Neptuna (co jest wyraźnie zaznaczone w opisach). Wszystkie te okoliczności razem przyczyniły się do tego, że informacja o fałszywych kolorach zaginęła w czasie. Do świadomości publicznej przebiła się tylko informacja: ,,To jest zdjęcie Neptuna”.
Oryginalna publikacja opisująca wyniki obserwacji Neptuna przez sondę Voyager 2: Smith, B. A. et al. (1989) ,,Voyager 2 at Neptune: Imaging Science Results”. Science, 246(4936), 1422–1449. doi:10.1126/science.246.4936.142.
To jakiego koloru jest Neptun naprawdę?
Na początku musimy zdefiniować, co to jest ten ,,prawdziwy kolor”. Koncepcja kolorów – tak jak my, ludzie, je postrzegamy – jest prawie całkowicie arbitralna. Ale przyjmijmy, że ,,prawdziwe” kolory to takie, jakie widzą nasze oczy. Pozostawmy otwartą kwestię, czy każdy człowiek z kompletem 3 rodzajów czopków w oczach postrzega kolory tak samo, i skupmy się na długości fali. Aby uzyskać dokładną informację o ilości światła o określonej długości fali odbitego od powierzchni Neptuna, jaka do nas dociera, musimy zarejestrować widmo spektroskopowe tego światła. Ale nie możemy tego zrobić tylko raz dla całej planety, ponieważ wiemy, że kolor powierzchni Neptuna jest różny w różnych miejscach (i ma chmury w różnych odcieniach ,,niebieskiego”). Dlatego potrzebujemy osobnego widma na każdy piksel obrazu Neptuna. Szczęśliwie się składa, że mamy urządzenie, które potrafi przeprowadzić takie obserwacje – Bardzo Duży Teleskop w Chile (Very Large Telescope, VLT) wyposażony w multispektrograf MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer). Przedrostek multi oznacza, że urządzenie to jest w stanie rejestrować duże ilości widm jednocześnie. Naukowcy z Uniwersytetu w Oxfordzie przeprowadzili w ten sposób pomiary widm spektroskopowych każdego piksela zdjęć Urana i Neptuna. Wynik został przedstawiony w lutym 2024 roku. Uzyskano prawdziwy odcień niebieskiego Neptuna, który okazał się… bardzo podobny do koloru Urana. (Zdjęcia obu planet w niezafałszowanych barwach publikujemy na ostatniej stronie okładki).