我看到的星云是黑白的，为啥他们P出来却是彩色的？-速看
为啥我看到的星云是黑白的，他们P出来却是彩色的？
2023-05-05我看到的星云是黑白的，为啥他们P出来却是彩色的？-速看
船底座星云，哈勃太空望远镜拍摄的这张照片展现了其中恒星诞生的惊人细节｜NASA
(相关资料图)
大家都见过NASA发布的绚丽的星云照，它们往往有着 丰富的细节和多彩的颜色，每次一发布就会成为热门桌面图片。但实际上， 即便借助大口径望远镜，我们用肉眼也看不到这些绚丽的星云星系，只能看到灰不溜秋的一小团。
左图为模拟的人眼看到的猎户座大星云｜作者拍摄
右图为哈勃太空望远镜拍摄的猎户座大星云｜NASA
那么问题来了，NASA骗人了吗？这些梦幻的照片是NASA“P”的吗？那些深深镶嵌在宇宙中的天体，到底是什么颜色？
哈勃拍摄的M104草帽星系｜NASA
真的假的？
深空天体到底有没有颜色？
有。
天文领域对“颜色”有很多种不同的定义，本文所使用的“颜色”指的就是日常生活中所用的红、绿、蓝等概念。
大部分深空照片的拍摄对象都是三类天体： 星云、星系和星团。星云就是宇宙里的一些气体和尘埃；星团就是许多恒星的聚集体；星系则是恒星、星云、星团和暗物质等等等等的集合体。所有这些深空天体都是有颜色的。
像太阳这样的 恒星是宇宙天体光线的主要来源之一。数不胜数的恒星会因温度不同从而表现出由黄到蓝的颜色，通常情况下，恒星的表面温度越高，恒星的颜色就越偏蓝，反之就越偏黄。
而大部分星团和星系发出的光都是由包含其中的恒星的光组成的， 是这些恒星的颜色之和。
有些星云中的氢原子被激发发出红光，这些星云的主要颜色就会 呈现出红色。 另一些星云会因为散射附近恒星的光从而 显现出蓝色，就像我们的天空散射太阳光也显现成蓝色一样。
哈勃拍摄的猫眼星云｜NASA
为什么我看不见？
宇宙中的天体确实是绚丽多彩的。 不过大部分天体是我们用肉眼看不到的，哪怕我们把眼睛瞪得像铜铃。
大概用这个山魈意思意思吧｜在家办公的编辑在厕所里拍的果壳商店量子积木
那那些照片是？
至于那些绚丽多彩的深空天体照片， 有很大一部分确实是真实的色彩，但也有一些是合成的、与人眼视觉不符的伪色。所谓“真实的色彩”，我们这里将它简单定义为 “在光线充足的情况下，人眼看到的色彩”。尽管不同的照片可能在饱和度和色相上面有一些加工，但大致是符合人眼的视觉习惯的。
深空摄影照片的色彩主要有三种生成方式。 我们可以利用单色滤镜拍摄红绿蓝通道合成彩色照片，也可以利用彩色相机直接拍摄彩色照片。这两种方法生成的颜色都是真实的颜色。第三种方式就是 拍摄其他波段的信号来生成伪色，而伪色就不再是“真实的色彩”了。
当然天文摄影师在进行照片的后期处理时也势必会对图像的对比度，饱和度等等进行适当的调整，不过这些操作在日常的风光摄影中也相当常见，一张风光原片和后期处理过的片子往往会带给人们不同的感受。
左图为原图，右图为经过一定后期处理的图片，这张照片拍摄了一种很常见的天象：日晕｜编辑拍摄
给宇宙上色的3种方法
3个滤镜拍3张照片，然后合成
先发一张我用这个方法拍的 M20三叶星云的照片镇楼。后文多次用到这个星云的照片来举例，请记住它的样子。
M20三叶星云，三叶星云位于人马座，梅西耶编号是M20。它由发射星云和反射星云组合而成，因形状像三片树叶而得名。｜作者拍摄
一般来说，专业天文台使用的相机都是单色黑白相机，它们拍摄的深空天体照片是 通过三个通道色彩合成的方式来体现天体颜色的。通过在单色相机前面加上特定的滤镜，我们可以 只让特定颜色的光通过，只拍摄天体的红光、绿光和蓝光，得到红（R）绿（G）蓝（B）三个通道的3张照片， 再用这3张单色照片合成1张彩色图片。最后通过适当的白平衡步骤，一张彩色的深空天体照片就处理完成了。
从左到右依次是上面那张图三叶星云的红、绿和蓝色通道。
1个像素拍1种颜色，然后靠猜
第二种方法比第一种方法更简单粗暴，就是 直接用普通的彩色相机拍摄。
有些人对上一种RGB通道合成的方式存在质疑，认为这种合成的色彩并不能代表天体真实的色彩。但事实上我们普通的彩色单反相机、手机乃至人眼都是通过这种多通道合成的方式来生成彩色图像的。
只不过我们的相机和手机并不需要像上文介绍的那样，更换不同滤镜拍摄三张照片。那是因为 这些相机已经在每一个像素表面都覆盖了一片滤镜，让每一个像素只接收R、G、B其中一种颜色的光，这种滤镜叫做“ 拜尔滤镜”。这样每个像素都拥有了其中一个通道的信息，而这个像素其他两个通道的信息可以 通过周围像素的数据用插值的方法猜出来。
拜尔滤镜示意图，不同感光元件的拜尔滤镜排列方式和透过曲线都不一样，佳能相机通常是如图所示的RGGB（红绿绿蓝），最新的华为手机则是RYYB（红黄黄蓝）｜作者制作
举一个最简单的例子，我们用单反相机去拍摄一朵红色的花，在花的部分只有表面覆盖红色滤镜的像素能够感受到光线，而它周围表面覆盖绿色和蓝色滤镜的像素都没什么信息，因此聪明的相机就可以猜出 这一片区域的颜色都是红色。
从左到右分别是月季花的真实色彩、红色通道和绿色通道。｜原图来自图虫创意，由编辑通道提取
不过毕竟是猜出来的， 通过拜尔滤镜算出的颜色是远不如分别拍摄RGB三个通道后合成的颜色的。尤其是当一颗星星在照片中只占一两个像素大小的时候， 猜色的准确度就大大降低了。
下面再次有请三叶星云闪亮登场。下面三张图分别是我用第一种方法和第二种方法拍摄的三叶星云。你仔细品，颜色其实并没有太大的差别，都是真实的色彩。
左图：利用天文台相机RGB通道拍摄；右图：普通彩色相机接上望远镜拍摄｜作者拍摄
以上两种方法其实本质上没有很大区别，都是 通过只允许透过特定光的滤镜拍摄。这种滤镜叫做“ 宽带滤镜”，指的是能够透过一定范围波长的光线的滤镜，通过范围一般在几百纳米。
这回这个是假的
我们能够通过红绿蓝通道合成来体现天体真实的颜色。不过针对前文对“真实的颜色”的定义， 有些深空天体的照片颜色并不是天体真实的颜色，而是伪色。
比如哈勃望远镜拍摄的这张著名的《创生之柱》，用的就是伪色。它拍摄的是M16鹰状星云。 将硫原子发出的[SII]发射线（671纳米）当作 红色，氢原子发出的Hα发射线（656纳米）当作 绿色，氧原子发出的[OIII]发射线（500纳米）当作 蓝色——虽然它们用肉眼看起来其实是红、红、绿——来合成照片，就得到了一张全新的照片。
M16鹰状星云《创生之柱》｜NASA
伪色虽并不能反映天体真实的颜色， 但是能在一定程度上反映天体不同物质的分布，远远比真实的色彩更清晰。
左图为玫瑰星云真实的颜色，右图为利用窄带滤镜拍摄的哈勃色玫瑰星云。｜作者拍摄
除了电磁波可见光波段的图像以外， 这种伪色方法还广泛用于电磁波的其他波段，比如X射线、红外和射电波段。这张编号为NGC5128的星爆星系就结合了可见光、X射线以及射电波段数据。图中的喷流部分并不是可见光，而是X射线和射电波段的信号。 像这样只能透过特定波长的信号的滤镜叫做“窄带滤镜”，一般将带宽限制在10纳米以内。
NGC5128星爆星系｜www.eso.org
如果有小伙伴想要自己利用NASA的数据去制作一张图片，那么可以访问Hubble Lagacy Archive（https://hla.stsci.edu/）的网站去下载原始数据，事实上NASA发布的很多图片都是由爱好者自己处理制作的，有些图片比专业天文学家制作的还要高明。
虽然我们的肉眼看不到太空深处那些绚丽的色彩，但我们一直在想方设法捕捉宇宙中那些微弱的光。千百万光年以外的洪荒宇宙，就在地球上一个个渺小却充满好奇心的你我面前。
作者：马门溪龙饲养员
封面图来源：NASA
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