作者|周已皓
审核|黄坚
编辑|王启元
船底座星云，由哈勃空间望远镜和布兰科望远镜拍摄的图像组合而成（图片来源于NASA）
相信大家第一次看到上面这张图片都会被那融合了柔暖橘黄色与冷冽青绿色的画面所震撼，如同被打翻的调色盘，既壮丽又神秘，令人仿佛置身于《星际迷航》的星舰之中。
彩色相机中的拜尔滤镜（图片来源于Wikipedia）
那么这种绚丽的图像是如何诞生的呢？为了回答这个问题，先随小星来了解一下数码相机拍摄彩色照片的原理吧。相机的传感器本来只能感知光的强弱，就像只画出了黑白轮廓，但彩色相机的传感器上覆盖了一层小滤镜，每个滤镜只让红、绿或蓝色的光通过。这样，每个像素只记录了一种颜色的亮度信息。之后，相机会用一种独特的算法，就像给一张黑白画“填色”，根据邻近像素的颜色，推算出每个像素点完整的红（R）、绿（G）、蓝（B）信息，并把它们组合起来，生成一张彩色图片。
哈勃空间望远镜上的宽视场相机WFPC2（图片来源于NASM）
而哈勃空间望远镜则有所不同，其上搭载的宽视场相机WFPC2和WFC3配合不同的滤镜，可以采集不同波长的光信号。这些波长包括人眼可见的可见光，以及人眼无法感知的紫外线和红外线。每次拍摄时，哈勃空间望远镜会选择特定的滤光片来隔离某一段波长的光，例如氢原子发射的谱线（Hα线）或氧原子发射的谱线（OIII线）。这样，相机捕获的每张图像实际上是某种特定波长的灰度照片，记录了该波长光的强度分布。这种“单色”照片可以让科学家更精准地研究不同天体的物理特性，如恒星温度、气体成分和尘埃分布等。
气泡星云照片的色彩合成（图片来源于NASA）
哈勃空间望远镜的原始数据是灰度图，为了生成彩色图像，人们会将这些数据通过伪彩色技术进行处理。具体来说，他们会为不同波长的图像数据分配特定颜色，比如红外线用红色，紫外线用蓝色，某些可见光波长用绿色。然后，将这些“着色”后的图层叠加，生成一张包含丰富信息的彩色图像。虽然这些伪彩色并非天体的真实颜色，但它们却有助于识别关键特征。例如，在上方哈勃空间望远镜拍摄的气泡星云图像中，红色对应氮，蓝色对应氧，绿色则对应氢。
使用SHO滤镜拍摄的蜘蛛星云（摄影：周已皓）
而天文摄影中的哈勃色，通常是指通过SHO窄带滤镜合成的伪彩色图像。使用硫（SII，波长672.4纳米）、氢（Hα，波长656.28纳米）和氧（OIII，波长500.7纳米）三种滤镜来拍摄单色图片，然后分别赋予他们红、绿、蓝通道来合成绚丽多彩的星云图像，因这样合成后的图像酷似哈勃空间望远镜窄带照片的色彩，因此名为“哈勃色（Hubble Palette）”。
圣诞树星云的SHO色彩（左）和RGB色彩（右）对比（摄影：周已皓）
色彩的运用在这里不仅仅为了是“好看”，更是为了将原本暗淡或难以分辨的细节加以凸显，并让我们得以跨越波段的限制，看到宇宙深处丰富多姿的色彩。当看到这些色彩增强的图像，所有人都得以感受“星海”背后更多的层次感和神秘感，激发出更浓厚的探索欲和想象力。而相比之下，如果仅仅依靠与我们肉眼可见色彩一致的图像，虽然更贴近我们所能捕捉的世界，却往往缺乏对暗弱结构或特殊能量辐射的呈现。我们可能只能看到一片或明或暗的云团，却忽略了那些蕴含信息的红外或紫外细节。
哈勃色的出现让天文探索与艺术审美得到完美结合，不但让科学研究变得生动可感，也让宇宙的种种奇景真正走进大众的视野。人们可以通过这些色彩鲜明、细节丰富的影像，直观地领略到星云的多层结构、星系间的交互作用以及宇宙深处的浩瀚纷繁，这些视觉冲击力带来的好奇与惊叹，也恰恰是大众科普最动人的力量所在。
参考文献
[1]段然.哈勃照片色彩之谜[J].天文爱好者,2021,(08):50-53.
[2]李正映,魏勇,王誉棋. 哈勃空间望远镜的宇宙寻踪 [J]. 现代物理知识, 2022, 34 (02): 17-23.
[3]木子. 30岁的哈勃空间望远镜 [J]. 发明与创新(中学生), 2020, (08): 9-11.
[4] “哈勃”25年的辉煌之路 [J]. 世界科学, 2015, (05): 2.
[5]Whitwam ,Ryan . The Hubble Space Telescope turns 25 - here are the best 25 images [J]. ExtremeTech.com, 2015,
[6]哈勃星空 [J]. 飞碟探索, 2012, (03): 64.
[7]可见光望远镜宇宙探索 [J]. 太空探索, 2005, (03): 14-15.
[8]星云的照片真美呀！这些色彩是真实的吗？，北京天文馆， https://www.bjp.org.cn/twwd/wyjytwsy/4028c1367a595bb8017a5bec0c97000a.shtml.
[9] The Meaning of Light and Color，HubbleSite，https://hubblesite.org/contents/articles/the-meaning-of-light-and-color
[10] Molly Wakeling. How to take Hubble-like photos: Filters and post-processing guide，https://www.astronomy.com/observing/observing-basics-image-like-hubble/
[11]马门溪龙饲养员，为啥我看到的星云是黑白的，他们P出来却是彩色的？，微信公众号“果壳”，https://mp.weixin.qq.com/s/R8Y3fnt5ucxnJat3XUQomg
有关哈勃色的更多疑问，欢迎大家在评论区留言，小星会为你一一解答哦~
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