Mit látunk az asztrofotókon?

Több beszélgetésben, posztban láttam már felmerülni, hogy egy asztrofotó mennyire természetes, túl erősek-e a színei, a téma mennyire van túlhúzva és így tovább, ezért gondoltam körüljárom a témát, hogy laikus szempontból is jobban érthető legyen, mit láthatunk egy asztrofotón.

1. Mi a valóság?
Minden élőlény az érzékszervien keresztül képzi le a valóságot. Az égi objektumok esetén az embernek a szeme áll rendelkezésre e célra. Az első probléma, hogy szabad szemmel, nagyon kevés kivétellel semmi sem látható abból, amit az asztrofotókon láthatunk.
Távcsőbe nézve már kicsit többet, de általában itt is csak feket-fehér homályos foltokat kapunk. Ennek az oka szemünk tökéletlensége: rossz fényviszonyok között az éles- és színeslátás sejtjei nem aktívak, helyüket a csak monokróm látásra specializálódott sejtek veszik át (lásd: csapok és pálcikák). Bizonyos körülmények között mind a kettő aktív lehet (pl. egyes különösen fényes objektumoknál), de a beeső fotonok általában még ilyenkor is csak arra elegendőek, hogy a szem legérzékenyebb, zöldben látó régióját érjék el, vagyis "valós" színeket nem láthatunk.
Arról már ne is beszéljünk, hogy a szemünk egyébként is csak egy nagyon korlátozott tartományt érzékel az univerzum által sugárzott hullámhosszakból, igaz a népesség egy kis része az UV tartományban is képes látni (kérdés, hogy ezt az agy hogyan dolgozza fel...) és el sem tudjuk képzelni, hogy mi lenne, ha a rendelkeznénk valami további extra infra érézkeléssel is, mint a kígyók.

Vagyis mondhatjuk, elég bizonytalanok vagyunk nem csak abban, hogy mit látunk, de abban is, hogy mit kéne látnunk. Az univerzum ezen távoli vidékeinek valóságát belátható időn belül nem tudjuk érzékelni.

2. Mit lát a kamera?
Az analóg kamerák:
Azt gondolom a fenti okokból születtek az első analóg asztrofotók a XIX. században, keresve a választ, hogy lehet-e többet látni. Már ezek a képek is általában meghaladják a puszta szemmel észlelhető valóságot, nem is véletlenül, hiszen a fényérzékeny anyagra órákon keresztül rögzítették a távcső képét, sőt néha napokon keresztül is, hajnalban letakarva a lemezt, következő éjjel ugyanott folyatatva.

M33 - Gothard Jenő analóg felvétele

Nem melleseleg ez lélgzetelállító teljesítmény, de ma már csak a legelszántabbak művelik, mert digitális technikával könnyebb jobb eredményt elérni. Az analóg képeket sokan természetesnek gondolhatják, mert mondhatni másodlagosan nem manipuláltak, de ez csak látszólagos: Attól függően, hogy milyen anyagokakkal, milyen hosszú expozícióval dolgozunk, eltérő eredményt kapunk. Általában többet mint a szem lát, de a fényesebb részek könnyen beégnek, a halványakból pedig nagyon kevés rögzül, színek nem láttathatóak, továbbá a részletesség, felbontás is elég korlátozott.
A valóságnak ez is csak egy sajátos szeletét mutatja.

A digitális kamerák:
A digitális kamerák kvantumefficienciája felbontása és számos további paramétere felülmúlja az analóg fényérzékeny anyagokat. A két technológia mellett persze a fotózás technikája is teljesen eltérő, amit most nem részleteznék, de vegyünk csak egy tipikus digitális asztrofotót, mint a lenti is. Látszólag csak egy sötét kép, pedig rengeteg információ van rajta. Rögtön itt az érzékelésünk egy újabb csapdájába esünk: szemünk nem képes érzékelni azokat a részleteket, amelyeket a kamera rögzíteni tud.

M20 - saját fotó

Ahhoz hogy láthatóvá tegyük a részleteket, át kell skálázni az információt, mondhatni "áttolni" minden egyes pixelértéket egy meghatározott függvénnyel a szemünk számára értelmezhető régióba, de persze úgy, hogy az egyedi pixelinformációk ne vesszenek el és a közöttük lévő összefüggés minnél kevésbé sérüljön.
A fenti fekete képen a NASA által fejlesztett megjelenítő programot használtam lent. Kíválóan látszik a függvényszerű átskálázás az Image statistics-ben: a kiválasztott (ArcSinh(x), Log(x) stb.) függvény a kép kezdeti input értékeit rendre átszámolja. A kezdeti értékek között még sok ezerszeres a különbség, míg a "streched", kihúzott értékek már kb azonos nagyságrendbe tartoznak. Természetesen a helytelenül megválasztott paraméterek, és főképp a helytelenül alkalmazott függvény nagyban befolyásolja a kapott kép alkalmasságát.

M20 - saját fotó

Azt is láthatjuk, hogy a kép fekete-fehér. Fontos leszögezni, hogy minden kamerában monokróm chip működik és a színeket csak szoftveresen lehet visszaállítani (még a színesekben is!). Mondhatnánk, hogy ez egy elég komoly bizonytalansági faktor, egy olyan valaminek a színét akarjuk megkreálni, amit sohasem láttunk, nem tudjuk hogy néz ki. Szerencsére a földi fotózásban elég komoly gyakorlat van a színek kalibrálásban, de egy kevésbé ügyes fotósnak még egy automata kamerával is sikerülhet borzasztó színegyensúlyt előállítania. Ugyanez érvényes az asztrofotózásra is: megvan a módszer, de könnyű félrecsúszni, ráadásul az ellenőrzés sem olyan egyszerű, hogy ránézek a képre, a fű legyen zöld, a citrom sárga, stb.

További probléma a földi légkör, amely úgy működik, mintha víz alól fotóznánk normál körülmények között. A formák visszaállítására is létezik szoftveres megoldás, a dekonvolúció, de eléggé bonyolult jól használni, elég csak röviden belepillantani linken található tanulmányba.
Deconvolution and Blind Deconvolution in Astronomy
(Megjegyzendő a deconv az űrtávcsöveknél is használatos, igaz nem a légkör miatt, de ott is alap a nullák és egyesek mögötti tartalom értelmezésében.)

Összegzés
Azt itt felsoroltak az asztrofotózásnak csak a legalapvetőbb problémáit érintik, már ide sem veszem a fényszennyzésből, az átlátszóságból/nyugodtságból, az égbolt látszólagos mozgásából fakadó további hibák kijavítására irányuló erőfeszítéseket, de azt gondolom, hogy már ennyiből is érzékelhető, hogy
"természetes" asztrofotó nem létezik, amennyiben ezt a szót a hagyományos értelemben használjuk, vagyis valami olyasmit keresünk, ami a szemünk/agyunk számára egy megszokott képet közvetít az ismert világról. A fő gond, hogy ez a világ ismeretlen és további gond a szemünk számára történő konverzió, a megjeleníthetőség csapdái.

Akkor mégis mi alapján itélhetünk meg egy asztrofotót, honnan tudjuk, hogy amit látunk az a valóság helyes interpretációja?
Ez laikus szemmel egyáltalán nem könnyű. Akinek már van egy kis tapasztalata tudja, hogy egy adott témát, egy adott technikával, egy adott időben, kb. hogy lehet megjeleníteni. Melyek azok a tipikus minták, amelyek azonnal elárulják, hogy az említett pontokat hogy kezelte a fotós, de azt is fontos megjegyezni, hogy ez egyáltalán nem egy lehetetlen küldetés, csupán eléggé összetett.

Összegzésképpen én úgy látom, hogy mindenképp a valóságnak csak egy szeletét láthatjuk, bármilyen eszközzel is próbáljuk megjeleníteni a távoli univerzumot. A laikus szemmel mondott verdiktek, hogy valami mikor természetes, túlzó avagy pont jó, mindig csak az adott kontextusban nyernek értelmet, amit leginkább csak egy szakértő tud belőni. Ettől persze még gyönyörködhetünk a képekben, és azért ha egy kép sokaknak tetszik az valószínűleg valóban egy szép és izgalmas interpretációja lesz az adott objektumnak.