重力辅助：我们如何制作韦布（和哈勃）图像
这张由哈勃太空望远镜拍摄的彩色图像为我们提供了一个观看宇宙诞生和毁灭的非凡恒星挂毯的窗口。这张照片的中心是一颗比太阳亮20万倍的年轻怪兽恒星，它正在爆发强大的紫外线辐射和飓风般的恒星风，雕刻出山脊、空洞、气体和尘埃山脉的梦幻景观。
当詹姆斯•韦伯太空望远镜的首批图像于7月12日发布时，世界将前所未有地第一次看到宇宙。这只是一个开始——在未来的几年里，该望远镜将提供关于星系、行星等的各种见解。但必须有人将这些数据转化为美丽的图像，尤其是因为韦布收集了人类视觉之外的光线。这就是太空望远镜科学研究所的Joe DePasquale的用武之地。在本周的Gravity Assist播客中，了解他是如何选择太空图像的颜色和其他方面的。
吉姆•格林：再过几天，我们将看到来自詹姆斯•韦伯太空望远镜的第一批图像。让我们和一个致力于让这些美丽的图像栩栩如生的人谈谈。
乔•德帕斯夸尔：这些照片非常壮观。他们会把人炸飞的。
乔•德帕斯夸尔：这些图片有一种普遍的吸引力。他们触及了一种集体需求，或者想了解我们所有人所拥有的宇宙的更深层次的问题，以将我们所有人联系在一起的方式。
吉姆•格林：嗨，我是吉姆 格林，还有这个重力辅助，美国国家航空航天局的星际脱口秀。我们将探索美国国家航空航天局的内部运作，并与那些执行太空任务的迷人人物见面。
吉姆•格林：我和约瑟夫•德帕斯夸尔在一起，他是马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所公共外联办公室的高级数据图像开发人员。乔一直致力于将哈勃和钱德拉等任务中的壮观太空图像栩栩如生。但现在，他正在与詹姆斯•韦伯太空望远镜小组合作，该小组将于7月12日公布其首批图像。欢迎Joe加入Gravity Assist。
Joe DePasquale是马里兰州巴尔的摩太空望远镜科学研究所公共外联办公室的高级数据图像开发人员。
乔•德帕斯夸尔：嗨，吉姆，谢谢你邀请我。我真的很高兴来到这里。
吉姆•格林：嗯，你知道，很多人可能没有意识到，当我们看哈勃望远镜的图像时，它并不是航天器所看到的。你知道，像你这样的人必须充当数据和最终图像之间的中间过程，并决定如何使图像弹出。那么你会如何描述你的工作呢？
乔•德帕斯夸尔：好吧，就像你说的，吉姆，望远镜并不是一台真正的傻瓜相机。所以我们不能只拍一张照片就有了，对吧？这是一种科学仪器。因此，它的设计首先是为了产生科学结果。哈勃和韦布都是如此，这些仪器非常灵敏，它们创造了美丽的宇宙图像。但这首先是科学数据，所以我们必须把这些数据转换成图像。这就是我自己和我的同事艾丽莎•帕甘的用武之地。
吉姆•格林：好吧，好吧，你受过什么样的训练，真的能让你拍下这些照片并让它们闪闪发光？
乔•德帕斯夸尔：是的，这是一个有趣的问题。我的职业道路在我的生活中蜿蜒曲折。但是，我一开始获得了天文学和天体物理学的学位。我在Chandra任务中做了八年的数据分析师，为望远镜（它的探测器之一）校准。
Joe DePasquale：在那段时间里，我学到了很多关于Chandra的图像是如何制作的，以及如何从数据中创建彩色图像。对Chandra来说，这是一种从这一立场向公众宣传的自然过渡，就像从数据中创造新闻图像一样。所以我的背景是天文学，但我对艺术、绘画、摄影、色彩理论等有很多兴趣，所有这些兴趣加在一起，使我能够，你知道，拥有制作这些图像所需的技能。
吉姆•格林：是的，我认为你指出了一个非常重要的方面。那就是，拥有科学背景已经让你直观地了解了这幅图像的全部内容。就像你说的，你画画？
乔•德帕斯夸尔：对。
吉姆•格林：所以除了有科学背景，你还有艺术天赋，现在我没有太多的艺术天赋。（笑）所以这需要一个真正独特的人来做到。但我认为，科学背景才是真正的关键。那么，当你从航天器上获得图像时，它看起来是什么样子的呢？只是一堆1和0吗？你如何把它们变成美丽的东西？
Joe DePasquale：（笑）是的，所以数据确实是以1和0的数字格式出现的，尽管我们从档案中获得的原始数据基本上是黑白图像。这基本上只是探测器看到的像素的亮度水平。所以它坐在一个地方，看着太空中的某个物体收集光线。我们得到的图像，有点像是来自探测器的原始图像。它需要大量的工作才能看到图像中的内容。我们必须做一些叫做拉伸数据的事情，也就是说，基本上，取像素值并重新定位它们，这样你就可以看到所有的细节。
Joe DePasquale：如果你不这样做，它基本上看起来像一张有白色斑点的黑色图像，因为它的动态范围太大了。我所说的动态范围只是图像中最暗的深色和最亮的白色。白色非常明亮，它们像这些白色斑点一样突出，但所有其他材料和有趣的东西都被隐藏在图像的黑暗区域中。你必须在不让它过度饱和的情况下把它拿出来。
吉姆•格林：明白了。
乔•德帕斯夸尔：所以，如果你平等地提出所有问题，那么你就是，你提出了所有的黑暗信息，但你也过度饱和了光明。因此，会发生一种压缩，它允许你保留明亮的信息，但也会显示图像的黑暗部分。
吉姆•格林：嗯，你知道，我们的眼睛非常棒，是我们看到非常宽波长范围的工具。而且，我们的眼睛对某些颜色比其他颜色更敏感。这会影响你最终如何选择颜色并重新绘制图像吗？
乔•德帕斯夸尔：是的，这是真的。所以我们的眼睛，你知道，它们有对光的颜色敏感的视锥细胞，名义上是红色、绿色和蓝色。因此，我们将眼睛的这种生物学作为一个框架，在这个框架内将颜色应用于图像。
Joe DePasquale：当我们使用哈勃、韦布甚至钱德拉时，即使是超出我们眼睛所能看到的波长，我们也会对数据使用一种称为色度排序的技术。这意味着，对于哈勃来说，它看起来在非常特定的波长范围内。所以我们有这些滤镜，可以过滤光线，让你看到，如果你在红光中拍摄图像，滤镜会过滤掉除了红色之外的所有东西，让你只在红光中看到图像。当然，它可以归结为黑色和白色，我们以后必须将红色应用于它。
Joe DePasquale：但我们的彩色图像是通过使用红色滤镜并将其染成红色、绿色到绿色、蓝色到蓝色来制作的。当你离开红色、绿色和蓝色时，就像视觉上一样，我们使用同样的方法。以韦布为例，如果我们取短波长红外光，并将蓝色分配给它，然后当你进入更长的波长时，你会从蓝色到绿色再到红色，这就是我所说的色序。
吉姆•格林：是的，所以你，你实际上用光谱作为你的调色板，就像我们把它分解成棱镜一样。所以它有特定的排序。
乔•德帕斯夸尔：是的，没错。红色、绿色和蓝色的原色，你知道，在这些原色中，你可以拥有彩虹的所有颜色。
吉姆•格林：是的，对我来说，理解这一点非常重要。所以这不是说，“哦，我要把这个做成紫色。然后就在旁边，我们要把这个变成黄色。”
乔•德帕斯夸尔：没错，是的，你绝对是对的，我们不会去那里，像在图像上涂颜色一样。我们自始至终都在尊重数据。我们允许数据通过颜色显示出来。因此，如果你在光学光中观察一个星系，即星系中有活跃恒星形成的区域，我们预计这些区域会在氢中发光，氢会是红色的。
Joe DePasquale：所以我们知道，当我们使用红色滤镜时，它是红色的，你把红色、绿色和蓝色放在一起，你会看到红色中有恒星形成区域的突出部分。因此，实际上有很多科学可以通过观察彩色图像来学习。
吉姆•格林：所以，乔，在你得到你觉得刚刚好的初始图像后，它的外观和感觉真的让数据中的观察结果变得流行起来，是否有一段与科学家的互动期？然后你会回去修改吗？
Joe DePasquale：是的，Jim，这在很大程度上是一个迭代的过程。但我确实觉得这些年来，我已经把直觉磨练成了好看的东西。所以，你知道，最初的起点总是作为讨论的跳板。
Joe DePasquale：但我们确实与我们在这些图像上合作的科学家们进行了大量的交流，特别是为了帮助他们真正了解他们想要为他们的特定结果、科学结果具体展示的细节。你知道，这可能需要在这里或那里做一些额外的工作，只是为了让它更流行一点。
这张来自钱德拉X射线天文台（蓝色）、哈勃太空望远镜（金色和棕色）和斯皮策太空望远镜（红色）的合成图像显示了距离地球约6200万光年的触角星系。触角星系的名字来源于在系统的广角视图中看到的长天线状的“臂”。这些特征是由碰撞中产生的潮汐力产生的。
吉姆•格林：好吧，你最喜欢哈勃望远镜拍摄的一些图像是什么？
乔•德帕斯夸尔：所以每年我们都会拍摄一张周年纪念图片，对吧，我们会选择一个我们知道用哈勃望远镜观察会非常壮观的物体。我们将发布一张周年纪念图片来庆祝哈勃望远镜的发射。
吉姆•格林：酷！
乔•德帕斯夸尔：在28周年纪念日上，我们观察了泻湖星云，并在窄带波长下产生了这张美丽的多色图像。
乔•德帕斯夸尔：所以我之前说的关于红色、绿色和蓝色，这些都是宽波段。哈勃望远镜的滤镜看起来像是一大片光谱。但它也有这些滤波器，可以调谐到非常特定的波长和这些波长内非常窄的区域。因此，这张图像实际上是红色、绿色和蓝色三种窄带波长的组合，它们产生了气体、尘埃和恒星形成的惊人细节。
吉姆•格林：嗯，你也在钱德拉身上工作过。
乔•德帕斯夸尔：没错。
你知道，尽管哈勃确实在可见光中观察到了我们能看到的光，并在红外中观察到一点，但我们看不到，钱德拉，我们从地面和眼睛都看不到任何数据。
吉姆•格林：对。
Joe DePasquale：那么你是如何处理中的数据来告诉我们你最喜欢的图片的呢？
乔•德帕斯夸尔：是的，所以当你谈论X射线时，这是一个非常有趣的挑战，因为它超出了人类的视野，对吧？因此，在天体摄影的成像界，我们喜欢把这个过程称为“代表性颜色”，而不是过去所说的，现在仍然有很多人称之为“假彩色图像”。我不喜欢“假彩色”这个词，因为它有一种我们在伪造的含义，或者，你知道，这不是它看起来的样子，数据就是数据。这就是它看起来的样子。
吉姆•格林：是的。正如你所说，通过以正确的方式连接颜色，你可以从科学的角度忠于这些数据。
乔•德帕斯夸尔：对。
吉姆•格林：……波长。
乔•德帕斯夸尔：是的，所以，一个很好的例子，你知道，结合哈勃和钱德拉，我们研究的我最喜欢的图像之一是天线星系，在那里我们有这两个相互作用的星系，它们在玩，在彼此周围跳舞，然后融合在一起。这张照片实际上还包括斯皮策太空望远镜的红外数据。为了保持所有东西都非常干净地分离，我为图像中的不同波长选择了非常特定的颜色。
乔•德帕斯夸尔：你知道，那里有一张天线星系的哈勃图像，它本身就是一张美丽的、非常详细的彩色图像，我觉得有点糟糕，因为我不得不把它的颜色从美丽的三色图像一直减少到只有一种颜色，我在那个版本中把它涂成了金色。然后我提取了蓝色的Chandra数据，红色的红外数据。虽然每一个都有自己的数据，但这有点像错过了什么，当你把它们放在一起，它们都有自己自己的颜色时，实际上你可以从中提取出丰富的信息，而这些信息是你无法单独从它们中获得的。
吉姆•格林：那么研究韦布的数据是什么感觉呢？因为它现在正在获取这些数据，它现在正在进来，你现在已经掌握了它。你是知道正在做什么的人，对吧？
乔•德帕斯夸尔：是的，没错。（笑）我不能详细地说。但我可以说，这些照片很壮观，会让人大吃一惊。
吉姆•格林：很好。
乔•德帕斯夸尔：作为最早从事这项工作的人之一，我感到非常荣幸。我觉得我得掐自己。我简直不敢相信。此时此刻，我在太空望远镜工作，参与韦布项目，将韦布拍摄的第一批数据汇集在一起，并将其转化为这些美丽的彩色图像，这正是我目前职业生涯的亮点。
吉姆•格林：当科学家们查看他们的档案并获得数据时，你知道，你创造的这些美丽的图像对他们有多重要？
乔•德帕斯夸尔：我想说，这些年来，它的重要性越来越大。我相信，科学家们有自己的方法和偏好的方法来处理数据，以提取他们想要看到的细节。但最终，当他们想获胜时，如果他们取得了有新闻价值的结果，他们希望以最好的方式呈现出来。这就是我所做的工作的来源，我可以把他们可能制作的东西拿出来，你知道，把它清理干净，变成一个美丽的图像，但也告诉了他们的科学和结果的故事，以及，你知道的，呈现出美丽的图像。
吉姆•格林：嗯，你知道，太空图像不仅对科学家来说很好。它们对公众来说非常棒。我在各种各样的东西上看到哈勃的图像，T恤衫，饭盒，海报，各种各样的其他地方。我的意思是，你知道，在这个地区（华盛顿特区附近），你可以去杜勒斯机场，如果你从一号和二号停车场走地下路到机场，你会看到美丽的哈勃图像墙，我不知道你是否做到了。但是，你知道，可能有数百万人走上了这条路。那么，看到你制作的这些图像在世界各地展示是什么感觉呢？
乔•德帕斯夸尔：我想说，我所做的工作已经被数百万人看到，这让我感到很惭愧，并有望激励人们成为下一代科学家和工程师，也许还有图像处理器。（笑）
吉姆•格林：当然。
乔•德帕斯夸尔：这些图片有一种普遍的吸引力。它们触及了一种集体的需求，或者说想要理解我们所有人所拥有的宇宙的更深层次的问题，以将我们所有人联系在一起的方式。你知道，卡尔•萨根一直喜欢说我们是明星。我总是喜欢把这一点延伸到这样一个事实上，当我们观察宇宙时，当我们看到这些图像时，我们就是在思考自己的宇宙。正确的所以我们都有联系。这让我们大家走到了一起。
吉姆•格林：那么乔，你有没有衣服上有你做的图案？
乔•德帕斯夸尔：（笑）我个人没有任何印有我照片的衣服。但我妻子有一件衣服，上面有我的一张照片，或者实际上是它的组合方式。这就像是几个不同图像的混合体。但我工作过的东西就在里面。我确实有一双带韦布望远镜的袜子。所以我经常穿这些是为了好运。
乔•德帕斯夸尔：我记得我在大学的时候，坐在课堂上看着我们有一张创造之柱图像的海报，著名的哈勃图像，对吧？
吉姆•格林：是的。
乔•德帕斯夸尔：是的，这对我来说非常鼓舞人心，我只是坐在那里想，甚至想知道这张照片是如何制作的？比如，那是怎么回事？我们怎么能把这个物体拍得如此详细和清晰？这对我来说是一个巨大的鼓舞。而且，你知道，这有点题外话。但当我开始在太空望远镜工作时，我在这里的第一年就和佐尔特•莱维一起工作，他是哈勃望远镜的原始图像处理器，你知道，他处理了许多图像，你知道的，这些图像最初激励我进入天文学。我和他共用一间办公室一年。所以那真的是一个特别的时刻。是 啊
吉姆•格林：嗯，你真的触及了我接下来要谈的事情。也就是说，我总是喜欢请我的客人告诉我，你知道，是谁、地点或事件推动他们成为今天的科学家。我称之为重力辅助。乔，你的重力辅助是什么？
乔•德帕斯夸尔：啊，这是个好问题。所以我想我必须一路回到高中。而且，你知道，我一直对天文学和太空感兴趣，只是抬头看看，看看星星，想知道上面是什么。但我在高中的时候有点失去了这一点。然后，在我上大学的前一个夏天，我看了电影《联系》。正确的
吉姆•格林：啊，有趣！嗯！
乔•德帕斯夸尔：我读了卡尔•萨根的书，它让我看到了从事天文学事业的可能性，并看到了这可能是什么样子。那年夏天，就在我开始上学之前，我换了专业，转而学习天文学。我去了维拉诺瓦大学，那里有一所很棒的天文学本科学校。
吉姆•格林：是的。好学校。
乔•德帕斯夸尔：是的。而且，你知道，剩下的都是历史。正是这种事情让我走了起来。我称之为我的重力辅助。
吉姆•格林：是的，是的，我也愿意，我也会。对我来说，在高中时，我有幸研制了一台12英寸的Alvan Clark折射仪，这台折射仪与高中有关，它是维特天文台的一部分。所以我像你在我职业生涯早期一样感染了这个病毒，这真的为我的前进奠定了基调。
乔•德帕斯夸尔：太好了。
吉姆•格林：好吧，乔，非常感谢你告诉我们用美国国家航空航天局的望远镜拍摄这些美妙图像的过程。
乔•德帕斯夸尔：谢谢你，吉姆。很高兴随时谈论。（笑）
吉姆•格林：下次我们继续我们的旅程，看看美国国家航空航天局的引擎盖下，看看我们是如何做到的。我是吉姆•格林，这是你的重力助手。
学分
首席制作人：伊丽莎白•兰道
音频工程师：曼尼•库珀