那些漂亮的星雲照片是怎麼拍出來的？

大家可能都以為如上圖這些照片是直接拍攝出來的，那些星雲原來就是這麼的色彩豐富，令人驚艷。但其實每張圖片從一開始的捕捉圖像資料到最終出現到我們的彩色屏幕里，是經過很多層的加工和處理的。而那些外太空的巨人們，可能實際上並沒有你想像的那麼漂亮。

圖1是馬頭星雲IC 434(右上)和NGC 2023星雲(左下)的兩張合照，上面一張和我們平常見到的大部分星雲照片一樣，是處理過的。而另一張是所謂的「自然色彩」(Natural Color)照片，基本紀錄了馬頭星雲由人眼觀察時會看到的樣子。

對比了兩張圖片，大家可能會有點失望。想問說為什麼科學家，媒體，要捏造圖1當中這麼絢麗的色彩來欺騙我們呢？其實不是這樣的。細心的人可能發現了，這兩張圖包含的資訊是不同的。上圖中左下角的NGC-2023星雲明顯多包含了很多細節。也就是說，上圖並不是從下圖修改過去的，我也可以很肯定的告訴你，多出來的細節不是人畫出來的。

那這些細節是從哪來的呢？還有下圖中絢麗的紫色到上圖怎麼就消失了呢？這就得從顏色到底是什麼說起了。

所謂顏色，其實只是我們人眼對於光線，又稱電磁波的波長的一種感知。我們把 620–750 納米 (10-9m) 波長的光稱為紅色，570–590 納米稱為黃色，450–495 納米稱為藍色，等等。而除此以外還有很多光的波長是超出我們肉眼能看到的範圍的。比如說紅外線，紫外線，等等。

而對於天文學家來說，其他波長的光就跟可見光一樣重要。且其他波長通常能提供可見光所不能提供的資訊，比如說黑洞，在可見光下是完全漆黑的，但在它邊緣被高速加速的物質所釋放的X光，就能被我們探測到。

圖1上面那張圖，其實拍攝的時候是用三個近紅外線窄帶濾鏡拍攝的。換句話說，這張圖片的三個顏色，紅綠藍，其實分別代表了三個波長範圍，但這三個波長範圍並不是原來紅綠藍代表的三個波長範圍，而是三個屬於紅外線的波長範圍。

所以其實第一張圖並沒有任何欺騙人的成分，只是因為它原來的三種顏色是我們看不到的，為了要讓我們看到，就只能用紅綠藍來替代原來的顏色了。

大部分星雲照片在拍攝的時候，其實是分好幾次拍攝的。每次拍攝會使用不同的濾鏡，只讓特定波長的光線通過，並分別得到一張灰度照片。從黑色到白色的灰度代表那一格的感光元件在照片曝光時探測到的光子數量，又叫光的強度(Intensity)。黑色代表完全沒有任何光照射到那一格，白色則代表很大數量的光子被那一格的感光元件偵測到了。天文學家大部分時候都只分析這些灰度照片。圖2顯示了獵戶座大星雲在不同濾鏡下的三張照片。

乍看可能感覺差不多，但仔細看就會發現不同波長提供了不同的細節。圖三列出了哈勃望遠鏡上裝備的濾鏡。

所以每張我們看到的哈勃望遠鏡圖片其實是好幾張透過不同濾鏡照出來的照片合成的。而這個合成的過程中，很重要也很主觀的一步就是分別為不同的波長範圍加上顏色，為了要達到最美觀的效果，很多時候被分配的顏色不一定是紅綠藍，褐色和奶油色之類的也是有可能的。

但是請千萬不要為了你看到的顏色不是真正的顏色而感到沮喪。雖然顏色是後來加上去的，但單個濾鏡照出來的照片絕對不會被分配兩種顏色，且在同一張成品照片中，不同的顏色絕對是代表不同的波長範圍的。也就是說成品圖片表達的資訊還是和那些灰度圖片一樣的，只是表達的方法變的更被大眾接受了。通過把不同的顏色加到不同的波長範圍上來讓我們看得到這些我們肉眼原來沒辦法直接看到的「顏色」，不也是一件很值得感到驚嘆的事嗎？

拍攝星雲的濾鏡主要有分窄帶(Narrowband)和寬頻(Broadband)。星雲發出的光線波長很特殊且固定，容易被從城市光害的光中區分開來。窄帶濾鏡指的是只讓很小一段波長範圍（通常小於22納米）的光通過的濾鏡。寬頻濾鏡允許的範圍則大得多，但兩種都可以很有效的排除掉鹵素燈和熒光燈發出的光線。寬頻濾鏡沒辦法有效排除一些LED燈發出的光線，但對於一些比較暗淡的目標來說，在地面上進行觀測時窄帶濾鏡提供的光線太少了，不足以成像。所以兩者各有利弊。

除了波長以外，在拍攝的過程中還有其他事情需要擔心。首先，因為大部分要拍攝的物體都很暗淡，照片曝光時就需要更長的時間來讓足夠多的光子被感光原件所捕捉。但是因為地球在旋轉，時間長了就會偏掉，為了要讓望遠鏡一直對準同一個目標，就必須要讓望遠鏡和物體一起移動。還有，為了減少光學色差，精確一點的望遠鏡如哈勃望遠鏡是沒辦法拉遠拉近的，因為那樣會改變鏡片的排列，所以通常每次能照到的範圍都是固定的，而這個範圍通常很小，要得到一張大的就得用很多張小的拼接而成。

你看，每張我們最終看到的成品圖片都要經過很長時間的拍攝過程，並且拍攝後還要經過上色，拼接等後期處理。說了這麼多，希望以後你看到那一張張的天文照片的時候，除了感嘆宇宙的偉大及壯麗以外，也能看到背後人員所付出的努力。(本篇文章由@Mangle Kuo 投稿)

下面這段兩分鐘的視頻，以螺旋星系NGC3892為例，向我們展示了哈勃圖片從拍攝到製作的完整過程，由@柚子木字幕組 翻譯製作

資料來源：

一：維基百科：「天文濾鏡」

http://en.wikipedia.org/wiki/Astronomical_filter

二：哈勃望遠鏡網站：「天文圖片處理簡介」

http://www.spacetelescope.org/projects/fits_liberator/improc/

三：哈勃官網：「圖片背後：顏色」

http://hubblesite.org/gallery/behind_the_pictures/meaning_of_color/

四：Russell Croman 天文照片網：「自然色彩下的馬頭星雲IC 434和NGC 2023星雲」

http://www.rc-astro.com/photo/id1071.html

五：安的天文新聞：「馬頭星雲IC 434和NGC 2023星雲」

http://annesastronomynews.com/photo-gallery-ii/nebulae-clouds/the-hidden-fires-of-the-flame-nebula/

六：SPACE.COM：「圖片背後的真相：哈勃望遠鏡真正看到的」

http://www.space.com/8059-truth-photos-hubble-space-telescope-sees.html

七：世界科學日網：「卸妝後的星星們」

http://www.worldsciencefestival.com/2015/01/stars-without-makeup

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