تصاویر جیمزوب از اعداد خام تا دنیایی از رنگ و نور

این موقعیت برای آلیسا پگان (Alyssa Pagan) متفاوت است. یکی از افرادی که به عنوان یک توسعه‌دهنده تصاویر علمی با ناسا کار می‌کند، یکی از افرادی است که به‌عنوان مسئولیت پردازش تصاویر خیره‌کننده تلسکوپ وب که برای عموم منتشر می‌شود را بر عهده دارد.

در واقع، تصویر نهایی سحابی کارینا با ترکیب شش تصویر تک رنگ که با شش فیلتر مختلف ثبت شده بود، ساخته شد. هر کدام از این تصاویر سحابی را در طول موج مادون قرمز متفاوت نشان می‌داد. تصاویر خامی که شروع به کار روی آنها می کند بیشتر قابل مشاهده نیست و تنها چند لکه سفید در یک میدان تاریک، بدون جزئیات را نشان می دهد.

وی افزود: بخش عمده‌ای از فعالیت‌های برنامه‌نویسی است، بنابراین من در حال نوشتن کدهای رایانه‌ای هستم که این بخش بزرگ از اعداد دریافت می‌کند و مشخص می‌شود که مربوط به ستاره‌ها می‌شود.

تلسکوپی فضای وب در محدوده وسیع مادون قرمز کار می کند. بخشی که از آنچه ما می‌بینیم، خارج است. رصد اجرام در این مجموعه از نظر نجوم مزایایی دارد. نور مادون قرمز می‌تواند از میان ابرهای غبار و گازی که مانع عبور نور مرئی شود، عبور کند.

عموی مایک، اخترشناس آماتوری که در حیاط خلوت خانه‌اش به مطالعه ستاره‌ها می‌پرداخت، کسی است که برای اولین بار روزولوفسکی را در مسیری قرار می‌دهد که در نهایت، تصاویری از یک کهکشان در فاصله دو میلیون سال نوری از زمین بوسیله یک تلسکوپی دریافت می‌کند. دلاری ختم شد.

موفق، مهندسان تلسکوپ فضایی جیمز وب راه حلی برای این مشکل دارند و آن، یک نقشه کالیبراسیون کامل از نحوه جبران تفاوت در هر پیکسل در هر ابزار در تلسکوپ وب است.

با این وجود تصویری که روزولوفسکی برای عمو مایک فرستاد، با تمام چیزهایی که برای آن‌ها داشت، با تمام رنگ‌های خیره کننده‌ای که ناسا برای مشاهده عموم منتشر کرد، بسیار متفاوت بود. در عوض، تصویری که عمو مایک مشاهده کرد چند حباب روشن را روی پس‌زمینه‌های تیره که با نوارهایی پوشیده شده بود، نمایش می‌داد.

با وجود توجه زیادی که در طراحی و ساخت تلسکوپ جیمز وب وجود دارد، داده‌هایی که از آن به دست می‌آید، در حالت خام، دارای ایرادهایی هستند و این تصاویر باید برای رفع عیوب ذاتی دوربین این تلسکوپ، تصحیح شوند.

راه حل این بود که این محدوده دینامیکی متمرکز شود به این معنا که سیاه و سفیدها به هم نزدیکتر شوند تا در محدوده مانیتور او قرار بگیرند. به این کار «منبسط کردن» تصویر می‌گویند.

وی درباره کار بر روی اولین تصاویر از وب میگوید: مسحور کننده بود. صادقانه بگویم، از همان ابتدا برای من بسیار زیبا بود. این حقیقت که شما یکی از اولین افرادی هستید که تصویر را دیدید و آن را پردازش کرد و برای عموم منتشر کرد یک افتخار بزرگ بود.

روزولوسکی می‌گوید: زمانی که پروژه‌ای در حال اجرا بود، به محض رسید، آن را از آرشیو بیرون کشیدم و تصویری برای عمویم ارسال کردم و نوشتم عمو مایک! من و شما اولین افراد روی زمین هستند که این تصاویر را می‌بینیم!

پرتوهای کیهانی می‌توانند در برخورد با دوربین‌های آن ناپویایی و پارازیت ایجاد کند. مشکلی که تا حدودی با ثبت نسخه از یک تصویر تصحیح می‌شود.

در طول این بزرگراه، برخی از ماژول‌های پردازش نرم‌افزار ممکن است را بر روی داده‌ها بر اساس ناسازگاری یا انحراف در سازه‌ها اصلاح کنند، برخی دیگر ممکن است اصلاحاتی را بر اساس کالیبراسیون‌های خود دوربین‌ها اعمال کنند، و برخی دیگر ممکن است چند نوردهی را انجام دهند. در تصاویر واحد ترکیب کنند.

این معناست که برای دیدن آنچه وب مشاهده کرده است باید از هر تصویری در ساخت مرئی ایجاد کرد و برای افزودن رنگ به این تصاویر، بیشتر از قوانین یکسانی که مغز ما دارد پیروی کرد. به طول رنگ‌های کوتاه مایل به آبی اختصاص داده شد و درازای رنگ‌های مایل به رنگ‌های قرمز در آمدند.

در حقیقت، داده‌های اولیه رزولوفسکی که بخشی از یک تصویر واقعی است، به صورت کد در رایانه‌اش به نمایش درآمد و ظاهری شبیه به تصویر زیر است.

روزولوسکی می‌گوید: راه‌اندازی تلسکوپ توسط صدها نفر انجام می‌شود. این کاری است که آنها در فضا انجام می‌دهند. زمانی که وب در نهایت روشن شد، تصاویر آغاز می‌شود و می‌پرسند چگونه همه این اصلاحات را انجام دهند؟ تنها کاری که باید انجام دهد این است که نقشه کالیبراسیون پیکسل جیمز وب را بر روی داده‌هایش اعمال کند تا تفاوت در جزئیات برداشت‌ها در نظر گرفته شود.

رزولوفسکی می‌گوید، آنچه برای عمویش ارسال کرده، نگاهی سریع و آشفته به کهکشان مثلثی بوده است. اما پیش از آن که این تصاویر یا آن داده‌ها برای وی به عنوان یک پژوهشگر مفید، باید اصلاح شود.

علت آن این بود که محدوده دینامیکی دوربین‌های جیمز وب یعنی تفاوت بین سیاه‌ها و سفیدها در تصاویر حتی برای مانیتور رایانه پیشرفته پگان نیز بسیار زیاد بود. اطلاعات و جزئیات قسمت‌های تاریک تصویر وجود دارد، اما مانیتور او قادر به درک آن‌ها نبود.

پگان می‌گوید: اینجاست که موضوع کاملاً به تحلیل فرد می‌شود. ما در این روند با کار می‌کنیم تا مطمئن شویم که داده‌ها را می‌توان در مورد آن‌ها نمایش داد و تا ممکن است در مورد آن‌ها صادق بوده‌ایم. ما به تنظیم تناژ، کنتراست، رنگ و همه این موارد می‌پردازیم تا ویژگی‌های هر فیلتر را به نمایش بگذاریم. پگان با کار در فتوشاپ، تصویر را بهینه کرد تا هم از نظر ظاهری و هم از نظر علمی دقیق باشد.

به گزارش ایسنا و به نقل از استار، اریک روزولوفسکی (Erik Rosolowsky) مانند یک کودک که در انتظار هدیه سال نو است، انتظار دریافت اولین تصاویر تلسکوپ فضایی جیمز وب را در نهایت، جیمز وب شروع به ارسال تصاویر از یک کهکشان دور کرد. اریک این تصاویر را اولین بار به عمویش مایک نشان داد.

تلس جیم وب که برای ساخت آن ناسا نزدیک به ۱۰ میلیارد دلار هزینه به همراه داشته است، از گران‌ترین پلتفرم‌های علمی است که تا به حال ساخته شده است.

وقتی این کار انجام شد، او آن تصاویر رنگی را با ترکیبی از یک تصویر واحد تمام رنگی بسازد.

این تصویر در تضاد کامل با تصویر معروف هابل از کهکشان مثلث، یا حتی تصویری پردازش شده توسط رزولوفسکی از این کهکشان است که هر دوی آن میلیون ها ستاره، بازوهای مارپیچی کهکشان و در دوم، برخی از مناطق متلاطم آن، جایی که ستاره ها متولد می شوند. ، دیده می شود.

عکس‌ها نیز به‌عنوان کوچکترین واحدهای تلسکوپ، موضوعات متفاوتی دارند. به عنوان مثال، یکی از بیش از یک میلیون پیکسل در ابزار مادون قرمز میانی جیمز وب ممکن است نسبت به پیکسل هم‌جوار خود تر باشد و نسبت به یکی دیگر از تصاویر به کمترین اندازه باشد.

برای تصور عمومی، تصاویر تلسکوپ فضای جیمز وب از آغاز تا این که خیره کننده نبوده و پژوهشگران برای جان بخشیدن به آن‌ها و تبدیل به تصاویر خام و بی‌روح وب به تصاویر رنگی و با جزئیات بالا، تلاش‌های زیادی شده‌اند.

منبع

اکثر پژوهشگران بسیاری از کارهای فنی را به طور کلی «خط لوله» (the pipeline) می‌نامند. اگر این فرآیند را یک بزرگراه پردازش در نظر بگیرید، از جیمز وب هنگام حرکت از مبدا به مقصد، در آن پالایش می‌شوند.

این تلسکوپی که در روز ۲۵ دسامبر ۲۰۲۱، مصادف با چهارم دی ماه سال ۱۴۰۰ به فضا پرتاب شد و در ماه ژانویه به مدار نظر خود در نقاط لاگرانژ ۲ رسید، در فاصله ۱.۵ میلیون کیلومتری از سیاره ما قرار دارد. وب ماه را فقط آماده‌سازی ابزار خود کرد و در نهایت اولین تصاویر و تمام رنگی، طی دو روز در تاریخ ۲۱ و ۲۲ تیر منتشر شد. ‌

در روز ۱۲ ژوئیه، تصویر سحابی کارینا توسط ناسا منتشر شد و علاقه‌مندان به نجوم و دانشمندان را شگفت زده کرد. خیلی از این افراد دهه‌ها منتظر بودند تا اعماق کیهان را از چشمان قدرتمندترین تلسکوپ ساخته شده ببینند.

در هر دو این موارد، طول موج‌هایی وجود دارد که چشم ما نمی‌تواند آن‌ها را تشخیص دهد، اما در برخی موارد، حیوانات دیگر یا ابزارهای طراحی شده خاص می‌توانند آن‌ها را تشخیص دهند.

اما این بزرگراه همچنین دارای مجموعه‌هایی از خروجی‌ها است که می‌توانند اطلاعات خود را در مراحل اولیه پردازش برای استفاده از عوامل خاص انجام دهند.

در واقع، تصویر «صخره‌های کیهانی» سحابی کارینا، به عنوان یکی از پنج تصویر منتشر شده از تلسکوپ وب، اولین تصویر از وب بود که پگان روی آن کار کرد.

رزولوفسکی، برخی از داده‌های خام نزدیک‌تر به ابتدای خط لوله را می‌خواست. وی می‌گوید: خیلی خوب است که مورد جالبی برای ارسال به یکی از عزیزان خود داشته باشید، اما پژوهشگران از تصاویر زیبا استفاده نمی‌کنند. بسیاری از فعالیت های من با استفاده از خام و عددی انجام می شود. تصاویر زیبا برای تفسیر و ساختن و روایت داستان فوق‌العاده هستند. اما پس از آن، پشتیبانی از آن داستان، نیاز به پردازش رایانه‌ای است تا دریابیم چگونه می‌توان هر ستاره را در این تصویر اندازه‌گیری کرد، در مورد آن اطلاعات کسب کرد و از آن برای پشتیبانی از نظریه خود استفاده کرد.

تفاوت بین این تصاویر، نشان‌دهنده پژوهش‌گران برای ترجمه داده‌های خام از تلسکوپ جیمز وب به تصاویر است که اختراع‌شناسان می‌توانند برای تحقیق از آنها استفاده کنند که عموم مردم از آنها شگفت‌زده شده‌اند.

آنچه ما انسانها به عنوان نور مرئی درک می کنیم، بخش کوچکی از الکترومغناطیسی است، بخشی که چشمان ما به آن حساس است. مغز ما رنگ‌های مایل به آبی را در انتهای این مرئی که نور در آن طول موج‌های کوتاه‌تری دارد، اختصاص می‌دهد. در انتهای دیگر آن، جایی که طول موج‌ها طولانی‌تر هستند، رنگ‌های مایل به قرمز دیده می‌شوند.

در مورد پگان، تصاویری که شروع به کار بر روی آنها کردند، از پایین‌تر خط لوله بازیابی شدند در حالی که اکثر ضعیف‌ها و پروسه‌ها از قبل روی آن انجام شده بود.

پس از این روند، پگان جزئیات را در تصاویری که شامل ستاره های کم نورتر و ابری از غبار و گاز بود که مشخص است یک سحابی است. اما او مجموعه‌ای از تصاویر سیاه و سفید نگاه می‌کرد و مرحله بعدی تعیین رنگ برای هر یک از آن تصاویر بود. کاری که به صورت تصادفی انجام نمی شود.

روزولوفسکی، استادیار فیزیک دانشگاه آلبرتا، در میان اولین پژوهشگران کانادایی بود که از بزرگترین تلسکوپ فضایی جهان برای رصد تشکیل استارگان در کهکشان مثلث که با نام کهکشان مسیه ۳۳ نیز شناخته می‌شود، استفاده می‌کردند.