以“旅行者1号”探测器拍的“太阳系全家福”为例,当时是1990年2月,“旅行者1号”已飞到64亿公里以外,它回望太阳系,拍摄制作了这张著名的图片。
太阳系全家福,1990年2月14日,“旅行者1号”拍摄。图源NASA
这图的造型为什么这么奇葩呢?那当然是因为拼图了。
图片的主体部分,实际上是由39张单独的照片拼接连缀而成。其中,每个标记字母的地方就是一颗(基本看不见的)行星,如J表示木星(Jupiter)、E表示地球(Earth)、V表示金星(Venus)等等。
有过拍合影经验的朋友可能会问,为什么这里不直接用广角镜头来张全家福呢?这是因为天文观测的视野通常非常非常小。能拍下这些照片还多亏了探测器要拍摄行星全身照,出发时带了个视野稍宽的相机,从天文观测的角度来说,每张小照片已经算是“广角”了!而周边的6张小彩图,是探测器在同样的位置,用视野更窄的相机拍摄的。
“旅行者1号”拍摄这一系列照片时,需要多次调整镜头指向、设置曝光参数。地面合成时,要忠实地复现这些变化,才能把图片拼接到正确的位置。
下面这些图,右上角都有个可疑的缺口,这是怎么回事呢?这事其实还是拼图的锅。
三图依次为:后发座M100、IC 2944(走鸡星云)、哈勃深空。图源NASA
有的拍摄任务并不需要改变太空望远镜的朝向,但因为设计或当时的技术限制,还是要拼图完成。例如“哈勃”望远镜,在1993年到2009年间,它使用第二代广域和行星相机(WFPC2),有4块800×800的CCD感光片。我们看到的最终照片,都是由四幅图片拼接而成的。
这4个CCD中,有1个与众不同,它的视野比其他几块小,但像素一样多,这样它就可以用来拍摄天体的某个局部,供天文学家研究细节。比如,鹰状星云“创世之柱”的照片,本来应该是下图这样:
“创世之柱”,1995年4月1日,“哈勃”望远镜拍摄。图源NASA
不过,向大众展现时,就得把这个用来放大局部的角缩小,才能和其他三个角拼接成一幅衔接流畅的照片,像下图这样,右侧星云柱上下接合完美:
有得必有失,图片衔接是流畅了,却造成了一个没有内容的缺口。天文学家是有底线的,不会造个虚假背景放在这里。所以,“哈勃”望远镜的许多照片,都有这个标志性的阶梯状暗角,直到2009年,它更新换代,使用了第三代广域相机(WFC3),这个暗角才消失不见。
除了视野方面的问题,有时,图片拼接则是因为被摄对象条件太极端,无法一下子看全。
比如下面这幅日冕物质抛射,羽状抛出的物质是由SOHO太阳探测器的LASCO光谱仪拍摄的,但LASCO从来只敢遮着太阳观察日冕。因为假如它在无遮挡的情况下直接“看”一眼太阳,那就是最后一眼——设备会当场烧坏。而下图中间的太阳,是由探测器上的EIT望远镜在极紫外波段拍到的,比起正常尺寸放大了些,填到中间,以增强图片效果。这两台仪器,一个不敢看太阳,一个看不到外层日冕,各自拍一部分,拼到一起,就还挺美的。
日冕物质抛射,2002年1月8日,SOHO拍摄。图源NASA
正常尺寸图片中间的太阳小一圈 | 来源Credit: ESA/NASA/SOHO