人眼只能看到光谱中非常狭窄的一部分,即从红色到紫色。 但在这两种颜色的两侧,还有其他的光。 詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)正是为观测红外光而设计的,也就是可见光谱中红色一侧的光。
利用红外线观测,天文学家能够探测到电磁波谱其他部分无法看见的天体。正在形成的恒星通常被尘埃和气体云团所包围。红外线使穿透这些云团、观测隐藏其后的恒星成为可能。凭借其红外相机(NIRCam、NIRSpec、MIRI、FGS/NIRISS),詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)还能探测到系外行星极其微弱的热辐射。此外,由于宇宙膨胀,遥远天体发出的光线会发生红移。随着宇宙不断膨胀,光的波长被拉长。JWST能够观测到130多亿年前形成的星系。
仪器捕获的红外数据经过计算机算法处理,被转换为假彩色图像。这些颜色不一定对应观测物体的真实颜色,而是对应红外光谱中的特定特征。
为了提升红外图像的美观度,数据成像开发者必须对其进行重新处理。换句话说,这些艺术家将红外光转换为肉眼可见的颜色。
詹姆斯·韦伯空间望远镜在红外波段对同一天体连续拍摄多张图像,该波段分为三个子域:远红外(30微米至1毫米)、中红外(1.5至30微米)和近红外(0.75至1.5微米)。
红外波长随后被转换为彩虹色。为此,数据成像开发者将遵循名为“色序”的数据着色理念。色序是一种强有力的方法,用于提升信息传达的效果。这意味着在不同可视化中,相同的信息应使用相同的颜色来表示。色彩丰富的可视化作品应当既赏心悦目又易于理解。
为此,成像开发者将红外波长向可见光谱部分偏移,以便人眼能够分辨它们。 这就像将钢琴上演奏的曲调转调至不同调性。 钢琴家通过固定音程改变曲调中所有音符的音高,同时保留这些音符之间的关系。 在这两种情况下,旋律都保持不变。
然后图像处理专家会应用滤镜。 在最远波长上使用红色滤镜,在中间波长上使用绿色滤镜,在最近波长上使用蓝色滤镜,以及一个橙色窄带滤镜。
叠加四个滤镜后,他们得到了一张初步着色的图像,虽然更有趣,但审美上仍不尽如人意。这时就需要发挥人类的创造力了。数据影像开发人员必须运用他们的主观判断和艺术感知。
在这些不同的处理过程中,细节和质量将逐步提升,始终尊重初始科学数据。图像中,不增不减。首要目标是创造一幅赏心悦目的美丽图像。
总之,红外线在宇宙学中的应用提供了其他观测方法难以获取的宇宙天体关键信息,这为理解恒星、系外行星、星系的形成以及整个宇宙的演化开辟了新视角。