जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप ‘अदृश्य’ इंटरस्टेलर ऑब्जेक्ट्स की छवियां कैसे बनाता है

जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप ने हाल ही में अंतरिक्ष की अपनी पहली छवियों के साथ दुनिया को चौंका दिया, जिसमें एक गहरी क्षेत्र की छवि भी शामिल है जिसने अवरक्त ब्रह्मांड को पहले से कहीं अधिक गहराई में दिखाया।

लेकिन आप केवल अंतरिक्ष के एक हिस्से पर एक दूरबीन को इंगित नहीं कर सकते हैं और एक तस्वीर खींच सकते हैं। वेब द्वारा एकत्र किए गए डेटा को इन्फ्रारेड से और दृश्य प्रकाश में अनुवादित किया जाना है और इसे जनता के साथ साझा करने से पहले एक छवि में संसाधित किया जाना है।

इस डेटा को सुंदर छवियों में संसाधित करना स्पेस टेलीस्कॉप साइंस इंस्टीट्यूट के जो डी पास्कल का काम है, जो प्रतिष्ठित गहरे क्षेत्र सहित पहली जेम्स वेब छवियों में से कुछ को संसाधित करने के लिए जिम्मेदार था। उन्होंने हमें बताया कि इस अविश्वसनीय डेटा को जीवंत बनाने के लिए क्या करना होगा।

फिल्टर का एक घूमता हुआ पहिया

ब्लैक होल से लेकर एक्सोप्लैनेट तक जेम्स वेब द्वारा देखे जाने वाले कई अलग-अलग प्रकार के लक्ष्यों पर डेटा एकत्र करने के लिए, इसके उपकरणों को इन्फ्रारेड के भीतर विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर रीडिंग लेने में सक्षम होना चाहिए। ऐसा करने के लिए, इसके उपकरण फिल्टर पहियों से लैस होते हैं, जो विभिन्न सामग्रियों के हिंडोला होते हैं, जिनमें से प्रत्येक प्रकाश की विभिन्न तरंग दैर्ध्य को गुजरने देता है।

वैज्ञानिक चुनते हैं कि वे अपने अवलोकन के लिए कौन से उपकरण और किस तरंगदैर्ध्य का उपयोग करना चाहते हैं, और फ़िल्टर व्हील उपकरण के सेंसर के सामने संबंधित तत्व को रखने के लिए घूमते हैं। प्रौद्योगिकी के इस तरह के एक जटिल टुकड़े में चलती भागों को पेश करना हमेशा एक जोखिम होता है, इंजीनियरों को अब तक इस तरह के हार्डवेयर के साथ काम करने का अच्छी तरह से अभ्यास किया जाता है, क्योंकि इसी तरह के फिल्टर पहियों का उपयोग हबल स्पेस टेलीस्कोप जैसे अन्य अंतरिक्ष-आधारित दूरबीनों में किया जाता है। चंद्रा एक्स-रे वेधशाला।

"यह अविश्वसनीय है कि इन अंतरिक्ष यान में ये चलते हुए हिस्से हैं जो वर्षों तक काम करना जारी रखते हैं और उड़ान-तैयार और विकिरण-कठोर हैं, " डेपासक्वेल ने कहा।

जब वेब किसी लक्ष्य को देखता है, तो वह पहले एक फ़िल्टर का उपयोग करता हुआ दिखाई देगा, फिर दूसरा, और फिर यदि आवश्यक हो तो और अधिक। वेब की पहली डीप फील्ड इमेज के लिए, इसने छह फिल्टर का उपयोग करके डेटा लिया, जिनमें से प्रत्येक एक श्वेत-श्याम छवि बनाता है। प्रत्येक फ़िल्टर का उपयोग दो घंटे के एक्सपोज़र के लिए किया गया था, जिसमें कुल 12 घंटे का अवलोकन समय जोड़ा गया था।

एक बार डेटा एकत्र हो जाने के बाद, इसे प्रीप्रोसेसिंग के लिए उपकरण टीमों को भेजा जाता है; फिर, इसे DePasquale को डिलीवर किया जाता है। "आपको छह अलग-अलग छवियां मिलती हैं, प्रत्येक उस फ़िल्टर के अनुरूप होती है जिसे इसे लिया गया था," उन्होंने कहा। उनका काम उन छह श्वेत-श्याम छवियों को अंतरिक्ष की आश्चर्यजनक छवियों में से एक में बदलना है जिनकी हम प्रशंसा करना पसंद करते हैं।

रंग बनाने के लिए काले और सफेद का मेल

शोधकर्ताओं ने कितने फ़िल्टर चुने हैं, इसके आधार पर DePasquale को अलग-अलग संख्या में चित्र प्राप्त होंगे, फिर वह उन्हें एक छवि में संयोजित करेगा। इन फिल्टर से डेटा को रंगीन चैनलों पर मैप करके, वह एक रंगीन छवि बनाता है। इस काम के लिए, वह Adobe Photoshop जैसे सामान्य-उद्देश्य वाले ग्राफिक्स संपादन सॉफ़्टवेयर और PixInsight जैसे विशेष खगोलीय सॉफ़्टवेयर के संयोजन का उपयोग करेगा, जिसे मूल रूप से शौकिया खगोल-फ़ोटोग्राफ़ी के लिए विकसित किया गया था।

फ़िल्टर को हर तरह से चैनलों पर मैप किया जा सकता है, लेकिन आमतौर पर, DePasquale का कहना है कि वह लाल, हरे और नीले चैनलों, या RGB पर मैप करेगा, जो आमतौर पर डिजिटल छवियों के लिए उपयोग किया जाता है।

"आरजीबी में चीजों का संयोजन आमतौर पर सबसे प्राकृतिक दिखने वाली छवि बनाता है, क्योंकि यह हमारी आंखों की प्रकृति के कारण है और वे प्रकाश को कैसे समझते हैं," उन्होंने कहा। "हमारी आंखों में शंकु कोशिकाएं होती हैं जो लाल, हरे और नीले प्रकाश के प्रति उत्तरदायी होती हैं। इसलिए हमारी आंखें पहले से ही इस तरह से दुनिया की व्याख्या करने के लिए तैयार हैं।"

गहरे क्षेत्र की छवि में, उन्होंने छह फिल्टर – F090W, F150W, F200W, F277W, F356W, और F444W लिए, जो उस तरंग दैर्ध्य के लिए नामित हैं जिस पर वे निरीक्षण करते हैं – और दो सबसे छोटे तरंग दैर्ध्य फिल्टर को नीले रंग में मिलाते हैं, दो मध्यम तरंग दैर्ध्य हरे रंग में फिल्टर, और दो सबसे लंबी तरंग दैर्ध्य फिल्टर हरे रंग में। फिर इन्हें एडोब फोटोशॉप में स्क्रीन ब्लेंडिंग मोड का उपयोग करके जोड़ा जाता है, जो एक रंगीन छवि बनाने के लिए परतों को एक साथ जोड़ता है।

अन्य छवियों में, कैरिना नेबुला की वेब छवि की तरह, जिसे डेपास्क्वाल के सहयोगी एलिसा पागन द्वारा संसाधित किया गया था, नेबुला की सभी विभिन्न विशेषताओं को चुनने के लिए छह अलग-अलग फ़िल्टरों में से प्रत्येक को अपना रंग सौंपा गया था। लेकिन यह गहरे क्षेत्र के लिए इतना अच्छा काम नहीं किया।

"मैंने प्रत्येक फ़िल्टर को अपना अनूठा रंग देने का प्रयास किया," डेपासक्वेल ने कहा। "यह एक अच्छी छवि बना सकता है लेकिन गहरे क्षेत्र के मामले में यह वास्तव में अच्छी तरह से काम नहीं कर रहा था। यह कुछ अजीब रंग की कलाकृतियाँ बना रहा था और आकाशगंगाएँ वैसी नहीं दिख रही थीं जैसी उन्हें होनी चाहिए। इसलिए मैं इस दृष्टिकोण के साथ गया, और इसने मेरे लिए एक अधिक प्राकृतिक दिखने वाली रंगीन छवि बनाई। ”

एक बेहतर दिखने वाली छवि

यही कारण है कि छवि प्रसंस्करण कार्य के लिए कलात्मक स्पर्श के साथ-साथ वैज्ञानिक समझ की आवश्यकता होती है। एक प्रोसेसर का काम एक ऐसी छवि बनाना है जो दोनों डेटा का सटीक रूप से प्रतिनिधित्व करती है और नेत्रहीन रूप से आकर्षक है।

एक बार अलग-अलग फिल्टर के डेटा को मिलाने के बाद, DePasquale कुछ आकर्षक बनाने के लिए छवि के रंग स्तरों को समायोजित करने पर काम करता है, लेकिन एक तरह से जो खगोलीय सिद्धांतों पर आधारित है। जब वेब डीप फील्ड इमेज की बात आती है, तो उन्होंने सफेद संदर्भ बिंदु के रूप में एक विशेष सर्पिल आकाशगंगा और ग्रे बैकग्राउंड के रूप में आकाश के एक खाली पैच के उपयोग के आधार पर रंगों को समायोजित किया।

"जब हमारे पास एक गहरी क्षेत्र की छवि या पृष्ठभूमि में बहुत सारी आकाशगंगाओं वाली छवि होती है, तो मेरा दृष्टिकोण आम तौर पर पूरी छवि के लिए सफेद संदर्भ बिंदु के रूप में फेस-ऑन सर्पिल आकाशगंगाओं का उपयोग करना होता है," उन्होंने समझाया।

"ऐसा इसलिए है क्योंकि आमने-सामने की सर्पिल आकाशगंगाएँ सितारों की पूरी आबादी को प्रदर्शित करेंगी, सबसे कम उम्र के सितारों से लेकर सबसे पुराने सितारों तक, उन सभी रंगों का प्रतिनिधित्व करती हैं जो सितारों के भीतर संभव हैं," उन्होंने कहा। "तो हम युवा सितारों के चमकीले नीले रंग से पुराने पीले सितारों और बीच में सब कुछ के लिए जाते हैं। इसलिए यदि आप इसे अपने सफेद संदर्भ बिंदु के रूप में उपयोग करते हैं जो आपको समग्र रूप से एक अच्छी तरह से संतुलित छवि देता है।"

एक गहरे मैदान का नजारा

अब तक, हमारे पास केवल दो वेधशालाएं हैं जो गहरे क्षेत्र की छवियां बनाने में सक्षम हैं: हबल और वेब। हबल दृश्य प्रकाश रेंज में संचालित होता है, जबकि वेब इन्फ्रारेड में संचालित होता है, लेकिन दोनों आकाश के मंद भागों में दूर की आकाशगंगाओं के दृश्य ले रहे हैं। प्रत्येक से गहरे क्षेत्रों के स्वरूप की तुलना करना और यह देखना दिलचस्प है कि वे कैसे भिन्न हैं।

हबल जैसे अन्य दूरबीनों की छवियों की तुलना में वेब की छवियों का अपना अनूठा रूप होगा। यह उस तरह से सबसे अधिक ध्यान देने योग्य है जिस तरह से चमकीले तारे दिखाई देते हैं, उनके विशिष्ट आठ-नुकीले विवर्तन स्पाइक्स के साथ। यहवेब के दर्पण के आकार के कारण है और दूरबीन से ली गई छवियों में निहित है।

लेकिन कुल मिलाकर, DePasquale का कहना है कि उनका लक्ष्य वेब द्वारा एकत्र की गई छवियों और हबल द्वारा एकत्र की गई छवियों के बीच एक सामान्य स्थिरता है। आखिरकार, इस बात की परवाह किए बिना कि डेटा कैसे एकत्र किया जाता है, इमेज की जा रही वस्तुएं समान होती हैं।

जब डीप फील्ड इमेज की बात आती है, तो "यह ऐसी चीज है जिसके साथ मैं कई सालों से काम कर रहा हूं," डी पास्कल ने कहा। "तो मुझे इस बात का सहज ज्ञान है कि इसे कैसा दिखना चाहिए। और मुझे पता है कि एक आमने-सामने की सर्पिल आकाशगंगा को उस पर एक निश्चित नज़र रखनी चाहिए, दूर के धब्बों का एक निश्चित रंग होना चाहिए, और बीच में सब कुछ प्राकृतिक दिखना चाहिए। ”

इन्फ्रारेड का एक दर्शन

वेब और हबल के बीच एक बड़ा अंतर यह है कि वेब हबल से भी अधिक दूर की आकाशगंगाओं को देखने में सक्षम है, और इनमें से कई आकाशगंगाएँ इतनी दूर हैं कि उनके प्रकाश को हम तक पहुँचने में बहुत लंबा समय लगता है। जैसा कि इस समय के दौरान ब्रह्मांड का विस्तार हो रहा है, इस प्रकाश को दृश्य प्रकाश तरंग दैर्ध्य से बाहर और अवरक्त में एक प्रक्रिया में स्थानांतरित कर दिया जाता है जिसे रेडशिफ्ट कहा जाता है।

यह एक पहेली लाता है: छवि प्रोसेसर को एक आकाशगंगा कैसे प्रदर्शित करनी चाहिए जो रेडशिफ्ट के कारण हमारी आंखों के लिए अदृश्य होगी, लेकिन जो हमारे सामने होने पर दृश्य प्रकाश दे रही होगी? वेब डीप फील्ड ऐसी रेडशिफ्टेड आकाशगंगाओं से भरा है, और छवि में अपेक्षाकृत निकट मुख्य आकाशगंगा समूह को भी रेडशिफ्ट किया गया है।

"कुछ लोगों के पास इस छवि में रंगों के बारे में दार्शनिक तर्क होगा, क्योंकि आकाशगंगा समूह पहले से ही साढ़े चार अरब प्रकाश वर्ष दूर है। इसलिए इसे तकनीकी रूप से फिर से शिफ्ट किया जाना चाहिए। यह दिखने में बहुत अधिक लाल होना चाहिए, ”डीपास्केल ने कहा।

लेकिन वह इसके बजाय डेटा को इस तरह से प्रस्तुत करने का विकल्प चुनता है जो रेडशिफ्ट को कम करता है और अधिक जानकारी देने के लिए रंगों की एक विस्तृत श्रृंखला का उपयोग करता है।

"पूरी छवि बनाने के बजाय, इसके ऊपर एक लाल कास्ट है, आइए हम इस छवि में दिखाई देने वाली सर्पिल आकाशगंगा को सफेद संदर्भ बिंदु बनाते हैं, ताकि क्लस्टर अब पीले के बजाय सफेद हो जाए," उन्होंने कहा। "और फिर, आपको इसके पीछे की हर चीज़ से रंग की जानकारी मिलती है। तो वास्तव में, वास्तव में दूर की आकाशगंगाएँ अब इस छवि में लाल बिंदुओं के रूप में दिखाई देती हैं, और अन्य सामान जो करीब हैं वह कम लाल है। ”

वेबो की कहानी

यह दृष्टिकोण न केवल दर्शकों को गहरे क्षेत्र में आकाशगंगाओं की विविधता को देखने में मदद करता है बल्कि वेब की विशेष क्षमताओं को भी उजागर करता है।

"वेब के साथ कहानी यह है कि यह दूर, दूर की आकाशगंगाओं को देख सकता है, जबकि हबल एक बिंदु पर पहुंच जाता है, यह अब उन्हें नहीं देख सकता है क्योंकि वे अवरक्त प्रकाश में फिर से स्थानांतरित हो गए हैं," उन्होंने कहा।

इन उच्च रेडशिफ्ट आकाशगंगाओं को देखने की क्षमता ही वेब को कुछ शुरुआती आकाशगंगाओं को देखने में सक्षम बनाती है जो बहुत ही युवा ब्रह्मांड में बनी थीं। ऐसा नहीं है कि वेब हबल की तुलना में अधिक शक्तिशाली है, बल्कि यह है कि वे विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के विभिन्न भागों को देख रहे हैं।

यह इस तथ्य से जटिल है कि वेब का रिज़ॉल्यूशन उस तरंग दैर्ध्य के आधार पर बदलता है जिसे वह देखता है। लंबी तरंग दैर्ध्य पर, इसकी छवियों का रिज़ॉल्यूशन कम होता है। लेकिन गहरे क्षेत्र की छवियों के साथ काम करने के लिए तरंग दैर्ध्य और संकल्प के बीच यह संबंध जरूरी नहीं है।

"यह गहरे क्षेत्र की छवि के लिए अच्छी तरह से काम करता है क्योंकि सबसे लंबी तरंग दैर्ध्य पर आप जिन आकाशगंगाओं का पता लगा रहे हैं, वे वास्तव में बेहोश हैं, या वास्तव में धूल भरी हैं, और उनके पास शुरू करने के लिए बहुत अधिक संरचना नहीं हो सकती है," डेपास्क्ले ने कहा । "तो अगर वे थोड़ा कम हल हो गए हैं, तो यह वास्तव में छवि में बहुत स्वाभाविक दिखता है।"

वैज्ञानिक ज्ञान और रचनात्मक स्वतंत्रता

DePasquale जैसे छवि संसाधकों का काम अक्सर पहला तरीका होता है जिससे जनता अंतरिक्ष विज्ञान के साथ जुड़ती है, इसलिए यह महत्वपूर्ण है कि यह सटीक और आकर्षक दोनों हो। इसके लिए शोध करने वाले वैज्ञानिकों और उस काम को जनता के सामने पेश करने वाले प्रोसेसर के बीच विश्वास की एक डिग्री की आवश्यकता होती है।

लेकिन अपने अनुभव में, वे कहते हैं, अधिकांश वैज्ञानिक अपने काम को रंगीन छवियों में अनुवादित देखकर प्रसन्न होते हैं। "अपने करियर में इस बिंदु पर, मैं उस बिंदु पर पहुंच गया हूं जहां मुझे एक सुंदर छवि बनाने के लिए रचनात्मक स्वतंत्रता दी गई है, लेकिन लोगों को भरोसा है कि मैं एक सुंदर रंगीन छवि बनाने में सक्षम होने के लिए विज्ञान को अच्छी तरह से जानता हूं जो यह भी बताता है एक वैज्ञानिक कहानी, ”डेपास्केल ने कहा।

जेम्स वेब की पहली छवियों की प्रतिक्रिया एक उदाहरण थी। इस नई दूरबीन की क्षमता को देखने के लिए न केवल अंतरिक्ष विशेषज्ञ उत्साहित हैं; ब्रह्मांड के इन आकर्षक नए दृश्यों को देखकर दुनिया भर की जनता भी चकित रह गई है।

आने वाले महीनों में साझा किए जाने वाले टेलीस्कोप से बहुत अधिक छवियों के साथ, यह वेब से हम जो देखेंगे, उसकी शुरुआत है।

DePasquale का कहना है कि पहली छवियों पर सार्वजनिक प्रतिक्रिया वह सब कुछ है जिसकी उन्हें उम्मीद थी। "यह देखना अद्भुत रहा है। वे वस्तुतः हर जगह हैं। उन्हें टाइम्स स्क्वायर में, सभी जगहों पर प्रदर्शित किया गया था। यह अविश्वसनीय रहा है।"