Uzay fotoğrafları gerçek renk mi?

Kısa cevap

Uzay teleskoplarının renkli görüntüleri, her biri ayrı bir süzgeçle ya da dalga boyu aralığıyla çekilmiş siyah beyaz görüntülere sonradan birer renk atanarak kurulur. Bazen bu renkler gözün göreceğine yakındır; ama çoğu zaman gözün göremediği kızılötesi ya da tek bir gaz türünün yaydığı dar bir ışık, bilimi en iyi gösterecek renge boyanır. Bu temsilî renk yanıltıcı değildir, yeter ki izleyiciye hangi rengin neyi gösterdiği söylensin; yanıltıcı olan, onu «gözle görülen» diye sunmaktır.

Siyah beyaz çekip renklendirmek

Astronomik kameralar, FS-02'de gördüğümüz tüketici kameraları gibi her pikselin üstüne renkli bir süzgeç yerleştirmez. Aynı gök parçası birkaç kez, her seferinde farklı bir süzgeçle çekilir. Her çekim siyah beyazdır ve yalnız o süzgeçten geçen ışığın ne kadar olduğunu kaydeder. Renkli görüntü, bu çekimlere birer renk atanıp üst üste konmasıyla oluşur.

Süzgeçler iki türlüdür.

Rector ve arkadaşları 2007'de, yüksek kaliteli çok dalga boylu ve dar bant verilerin, insan gözünün duyarlılığına karşılık gelmeyen ve bu yüzden rengin kullanımında ve yorumunda belirsizlik yaratan görüntülere olanak verdiğini yazdı. Katmanlarla çalışan yazılımlar sayesinde sekiz ayrı veri setinden oluşan görüntüler bile üretilir.

Hangi renk hangi süzgece?

Renk atamanın en yaygın kuralı kromatik sıralamadır.

Kromatik sıralama gözün doğal sırasını korur: uzun dalga kırmızıda, kısa dalga mavide kalır. Kızılötesi gibi gözün hiç göremediği bir aralıkta bile bu sıra korunur; en uzun kızılötesi kırmızıya, en kısası maviye boyanır. Rector ve arkadaşlarına göre geniş bant süzgeçlerde ve enerji aralıklarında dalga boyu bölgesi ne olursa olsun neredeyse her zaman kromatik sıralama kullanılır.

Dar bant süzgeçlerde durum başkadır. 1995 Kasım'ında NASA'nın yayımladığı ve «Yaratılış Sütunları» diye tanınan ve bilimsel sonuçları Hester ve arkadaşlarınca 1996'da yayımlanan M16 görüntüsünde oksijen [O III] çizgisi maviye, hidrojen alfa (Hα) çizgisi yeşile, kükürt [S II] çizgisi kırmızıya atandı. Amatör astronomların «Hubble paleti» dediği bu düzen de bir kromatik sıralamadır: kükürt çizgisi hidrojen çizgisinden biraz daha uzun dalga boyludur. Ama gözümüze hidrojen alfa çizgisi yeşil değil kırmızı görünür. Görüntünün rengi, gazın gerçek renginden farklıdır.

Temsilî renk yanıltıcı mı?

Kartın sorusu şudur: temsilî renk «sahte» olduğu için yanıltıcı mıdır? Rector ve arkadaşlarının 2017 derlemesi bu soruya doğrudan girer.

Önce «gerçek renk» ifadesinin kendisi sorunludur. Geniş bant süzgeçlerle kurulan bir görüntü bile gözün göreceğini göstermeyebilir, çünkü gözün renk duyarlılığı ışık azaldıkça değişir. Orion Bulutsusu (M42) teleskopla bakıldığında camgöbeği görünür, çünkü gözümüz baskın hidrojen alfa ışığını değil, Hβ ve [O III] ışığını daha kolay algılar. Yazarlara göre çoğu galaksi ve bulutsu için tek geçerli «gerçek renk» görüntüsü, birkaç yıldızın parladığı kara bir alan olurdu.

İngilizcedeki «false color» deyişi ise görüntüdeki nesnelerin gerçek olmadığını ima ettiği için yerine «temsilî renk» önerilir. Renkler bilimi temsil eder ve bu yüzden dikkatle seçilmelidir. Yanıltıcı olan renk ataması değil, atamanın gizlenmesidir. Bir görüntünün altına hangi süzgecin hangi renge atandığını yazmak, görüntüyü bir ölçüm kaydına dönüştürür.

Örnek — dar bant süzgeçten bir yüz

Hubble paletinin neden bir bulutsu için anlamlı ama bir insan yüzü için yanıltıcı olacağını dört ten örneğiyle görelim. Tenlerin yansıma tayflarını sRGB kodlarından kurduk ve iki kamerayla çektiğimizi varsaydık. Birincisi mavi, yeşil ve kırmızı bölgeleri kaba biçimde örten, 60 nanometre genişliğinde üç geniş bant süzgeç ve kromatik sıralama kullanır. İkincisi 502, 656 ve 672 nanometrede, [O III], Hα ve [S II] çizgilerinin yerinde, 10 nanometre genişliğinde üç dar bant süzgeç kullanır ve bunları Hubble paletindeki gibi maviye, yeşile ve kırmızıya atar.

Geniş bant süzgeçler dört teni de gerçek renklerinden yalnız 3 ile 4 birim uzaklaştırır. Hubble paletinde ise dört ten de zeytin yeşiline döner: ton açıları 113 ile 116 derece arasına toplanır, fark 21 ile 27 birime çıkar. Nedeni basittir: 656 ve 672 nanometre çizgilerinin ikisi de tayfın kırmızı bölgesindedir ve ten ikisinde de ışığı iyi yansıtır; ama biri yeşile atandığı için kırmızılık yeşile dönüşür. Bir bulutsuda bu atama hidrojeni kükürtten ayırmaya yarar; bir yüzde ise hiçbir şeyi göstermez, yalnız tanıdık bir rengi bozar. Temsilî rengin değeri, neyi temsil ettiğinin söylenmesine ve bir bilim sorusuna hizmet etmesine bağlıdır. Hesap bir modeldir; gerçek bir teleskobun süzgeç eğrileri ve algılayıcısı farklıdır.

Sık yapılan yanlış

Özet

1. Uzay görüntüleri, ayrı süzgeçlerle çekilmiş siyah beyaz görüntülere renk atanarak kurulur; geniş bant süzgeçler gözün gördüğüne yaklaşabilir, dar bant süzgeçler tek bir gazın ışığını gösterir.
2. Kromatik sıralamada uzun dalga kırmızıya, kısa dalga maviye atanır; Hubble paleti [O III], Hα ve [S II] çizgilerini maviye, yeşile ve kırmızıya atar. Temsilî renk, hangi rengin neyi gösterdiği söylendiği sürece yanıltıcı değildir.
3. Modelde geniş bant süzgeçler tenleri gerçek renklerinden ΔE00 3–4 uzaklaştırırken Hubble paleti hepsini zeytin yeşiline, ΔE00 21–27 uzağa taşır.

Kendini sına

1. (Kolay) Renk bileşimi nasıl kurulur?
2. (Kolay) Dar bant süzgeç ile geniş bant süzgeç arasındaki fark nedir?
3. (Orta) Temsili renk "sahte" olduğu için yanıltıcı mıdır?
4. (Orta) Kromatik sıralama nedir ve kızılötesi görüntülerde nasıl uygulanır?
5. (Zor) Orion Bulutsusu teleskopta neden camgöbeği görünür ve bu «gerçek renk» ifadesi için ne anlama gelir?
6. (Zor) Modelde Hubble paleti tenleri neden zeytin yeşiline döndürür?

Cevaplar

1. Ayrı süzgeçlerle ya da dalga boyu aralıklarında çekilmiş siyah beyaz görüntülere birer renk atanıp üst üste konarak. Bkz. "Siyah beyaz çekip renklendirmek".
2. Geniş bant süzgeç tayfın geniş bir bölümünü geçirir ve gözün gördüğüne yaklaşabilir; dar bant süzgeç yalnız birkaç nanometrelik bir aralığı, çoğu zaman tek bir elementin ışığını geçirir. Bkz. "Siyah beyaz çekip renklendirmek".
3. Hayır, kendiliğinden değil: temsilî renk gerçek verinin bilimi göstermek için seçilmiş bir görselleştirmesidir; yanıltıcı olan, hangi rengin neyi gösterdiğinin söylenmemesi ya da görüntünün gözle görülen renk diye sunulmasıdır. Rector ve arkadaşları bu yüzden «false color» yerine «temsilî renk» ifadesini önerir. Bkz. "Temsilî renk yanıltıcı mı?".
4. En uzun dalga boylu ışığı gösteren süzgece kırmızı, en kısaya mavi, aradakine yeşil atanmasıdır; kızılötesinde de en uzun kızılötesi kırmızıya, en kısası maviye boyanır. Bkz. "Hangi renk hangi süzgece?".
5. Çünkü gözümüz zayıf ışıkta baskın Hα ışığını değil, Hβ ve [O III] ışığını daha kolay algılar; bu yüzden geniş bant bir fotoğraf bile gözün göreceğini göstermeyebilir ve «gerçek renk» ifadesi zayıf cisimler için karmaşıktır. Bkz. "Temsilî renk yanıltıcı mı?".
6. Çünkü 656 ve 672 nanometre çizgilerinin ikisi de kırmızı bölgededir ve ten ikisinde de ışığı iyi yansıtır; ama 656 nanometredeki çizgi yeşile atandığı için tenin kırmızılığı yeşile dönüşür. Bkz. "Örnek".

Kaynaklar

• Rector, T. A., Levay, Z. G., Frattare, L. M., English, J. ve Pu'uohau-Pummill, K., «Image-processing techniques for the creation of presentation-quality astronomical images», The Astronomical Journal 133(2): 598–611, 2007.
• Rector, T. A., Levay, Z. G., Frattare, L. M., Arcand, K. K. ve Watzke, M., «The aesthetics of astrophysics: how to make appealing color-composite images that convey the science», Publications of the Astronomical Society of the Pacific 129(975): 058007, 2017.
• Hester, J. J., Scowen, P. A., Sankrit, R., Lauer, T. R., Ajhar, E. A. ve arkadaşları, «Hubble Space Telescope WFPC2 imaging of M16: photoevaporation and emerging young stellar objects», The Astronomical Journal 111: 2349 vd., 1996.

Sonraki adım

DO-08 uzaydan hastaneye geçiyor: sarılık ve siyanoz gibi cilt ve göz rengi değişimlerini, idrar renk tablolarını, patolojide boyamayı, MR ve termal görüntülerdeki temsilî rengi ele alıyor ve renge dayalı tıbbi belirtilerin neden her ten renginde aynı kolaylıkla görülmediğini soruyor. Kameraların renkli görüntüyü nasıl kurduğunu FS-02, bilimsel paletlerin seçimini VG-03 anlatır.