Чем делают снимки космоса

Просто космос! Какими камерами фотографируют на орбите

Вы, наверное, уже видели ролик, в котором астронавты с международной космической станции забавляются растворением шипучих таблеток в невесомости. Это одно из первых видео из космоса в высоком качестве, снятое камерой RED Epic Dragon, которая была доставлена на МКС еще в январе.

Вообще видео из космоса – явление новое. Ранее, когда стоял выбор между доставкой фото- и видеоаппаратуры, последняя оказывалась не у дел по множеству причин. Во-первых, фотографии имели большую научную ценность. Надежность фотокамер была выше, да и передавать материал на Землю было проще. МКС сравнительно недавно получила широкий канал связи с землей, позволяющий помимо прочей важной информации передавать и видео. А вот космическая фотосъемка регулярно ведется уже не один десяток лет, так что ее вполне можно выделить в отдельный жанр фотографии.

Фотоаппарат как космический мусор

Как шутил один мой знакомый, есть только одно место, где камеру Hasselblad можно взять бесплатно – поверхность Луны. Именно шведскому производителю посчастливилось стать официальным поставщиком съемочной техники для программы «Апполон». Снимки, полученные с лунных «Хассельбладов» стали важнейшими документальными свидетельствами. Таких камер было несколько, они доставлялись на Луну в разное время (с 1969 по 1972 год) и остались лежать там, поскольку их возвращение на Землю было бы слишком затратным и рискованным. Сейчас там остается 12 фотоаппаратов.

Однако одна камера Hasselblad 500 все же вернулась на Землю и пару лет назад ушла с молотка за 660 тысяч евро. Обладателем реликвии стал Терукадзу Фудзисава, основатель японской розничной сети Yodobashi Camera. Не факт, кстати, что эта сумма покрыла затраты на возвращение камеры с Луны.

Единственный фотоаппарат, вернувшийся с Луны на Землю

Важно понимать, что выбор техники для космоса – процесс ответственный. Все снимки, за исключением изображений с космических телескопов и автоматических аппаратов, делались экипажем международной космической станции. Космонавт (или астронавт) не может взять удобную для себя камеру и пользоваться ей в ходе миссии. Он лишь получает доступ к технике, уже имеющейся на станции, набор которой медленно, но верно обновляется.

Фотокамеры Nikon на МКС в 2012 году (c) Donald Roy Pettit

Эра Hasselblad в космосе закончилась, сейчас там главенствует Nikon, имея соответствующие договоренности с NASA, JAXA и Роскосмосом.

Фотографы МКС

Доподлинно неизвестно, сколько именно камер сейчас находится на Международной космической станции, но все они произведены Nikon и относятся к топовому классу. В разное время на МКС завозились разные камеры. Из цифровых камер сначала доставлялись Nikon D1 и D100, потом в распоряжение экипажа поступили Nikon D2Xs, затем D3x и D3s. Последние полноценно используются и по сей день. Объективы на МКС покрывают фокусные расстояния от 18 до 800 миллиметров. Более того, на станции сохранился пленочный Nikon F5, который иногда используется в научных целях. Проявляют пленку уже на Земле. С цифровыми камерами в этом плане дело обстоит проще: часть снимков передается на землю по каналам связи, а все оригиналы возвращаются на картах памяти в специальных защитных боксах.

Nikon D3s и Nikon D2Xs в руках астронавта Дональда Петтита

Главная особенность состоит в том, что цифровую камеру никоим образом модифицировать не нужно – она прекрасно работает в условиях невесомости. Правда, есть некоторые тонкости. Например, в распоряжении членов экипажа МКС есть камеры с отсутствующим инфракрасным фильтром. Одна из них сделана на базе Nikon D3s (во избежание путаницы логотип Nikon закрашен красным маркером) и используется в связке с обычной камерой для получения одинаковых снимков.

Съемка через иллюминатор – занятие нехитрое. Самым сложным становится выбор нужного ракурса и выжидание подходящего момента. Например, во время наблюдения восхода Солнца освещение очень быстро меняется. Нужно учитывать облачность и прозрачность атмосферы – порой подходящих условий нужно дожидаться часами.

Источник

Раскрашивая Космос

Как цвет позволяет увидеть невидимое

Вселенная невероятно красива. За последние 25 лет, благодаря таким телескопам, как «Хаббл», мы смогли увидеть космос красочным и волшебным. Словно кто-то махнул радужной кистью по черному холсту бездны. Однако, то что мы видим на цветных фотографиях вселенной — это фальшивка, созданная для нашего удобства, комфорта и привлечения внимания.

Но не спешите с выводами, распутывать этот заговор необходимо с самого начала — с основ того, что такое цвет, как создаются фотографии космоса и почему NASA раскрашивает их.

RED GREEN BLUE

Взгляните на картинку выше. Это весь свет во вселенной, который мы с вами можем видеть. Это мизерная доля спектра электромагнитного излучения и большинство частот невидимы нашему глазу. Тот свет, что доступен восприятию человека начинается с красного в самой длинной части волны и заканчивается фиолетовым на самой короткой частью волны. Все это — видимый спектр.

Человек воспринимает свет в видимом спектре благодаря клеткам в наших глазах — конусам, которые интерпретируют отражаемый от объектов свет. В глазах человека расположено три типа конусов, восприимчивых к длинным, средним и коротким электромагнитным волнам. Если переводить их в цвет, то приблизительно эти частоты можно отнести к красному, зеленому и синему в видимом спектре.

Красный, зеленый и синий — главные цвета. Все остальные цвета — результат комбинации этого трио. Данная комбинация стала ключевым принципом в деле раскрашивания черно-белых фотографий.

ДОБАВЛЯЯ КРАСКИ

Портрет выше был сделан в 1911 году. Это один из первых примеров цветной фотографии, хотя в действительности он создан на основе трех черно-белых кадров, наложенных друг на друга. Русский химик и фотограф Сергей Прокудин-Горский сделал три идентичных снимка Алим-хана используя три фильтра для отдельных цветов света. Один позволял красному свету проходить в камеру, второй — зеленому и третий — синему. Увидеть эффективность такого простого метода можно просто взглянув на кадры снятые с красным и синим фильтром.

Обратите внимание, насколько яркой выглядит синяя одежда хана на фото справа. Это означает, что больше света синего цвета проходило через фильтр. Раскрашивание и комбинирование трех негативов позволяет нам увидеть следующее:

ШИРОКИЙ СПЕКТР

Пришло время вернуться в космос. Космический телескоп «Хаббл» находится на орбите Земли с 90-го года прошлого века, позволяя нам заглядывать в далекие уголки вселенной и представляя подобные изображения:

• 
• 
• 
• 

Трюк в том, что каждый цветной кадр начинает свою жизнь черно-белым. Связано это с тем, что главная функция телескопа в измерении яркости света, отражаемого объектами в космосе. Четче всего такие кадры получаются в черно-белом виде. Цвета добавляются позже, подобно портрету Алим-хана, за тем исключением, что ученые используют специфические программы, подобные Photoshop.

Давайте используем этот снимок Сатурна для разбора:

Фильтры разделяют свет на длинные, средние и короткие волны. Процесс называется «широкополосная фильтрация», так как нацелен на широкие диапазоны спектра. После этого каждый черно-белый кадр получает свой цвет, в зависимости от позиции в видимом спектре.

Комбинированный результат позволяет увидеть истинное изображение, если бы наши глаза были сопоставимы с Хабблом по мощности.

То же можно проделать и на примере Юпитера. Обратите внимание, как комбинирование красного и зеленого создает желтый, а появление синего фильтра вводит бирюзовый и пурпурный для представления всего спектра.

Пришло время добавить еще один уровень сложности.

УЗКОПОЛОСНЫЙ СВЕТ

Наблюдение за объектом в том виде, каким он предстает перед нашими глазами — не единственный способ применения цвета. Ученые используют цвет для определения, как различные газы взаимодействуют в космосе для формирования галактик и туманностей.

Телескоп Хаббл способен делать снимки в очень узких спектрах света, исходящего от индивидуальных химических элементов, таких как кислород и углерод. Цвет позволяет выявлять их наличие на изображениях. Данный процесс называется «узкополосная фильтрация». Самое частое применение такой фильтрации полагается на изолированный свет водорода, серы и кислорода — три строительных блока звезд.

Самый известный пример фотографии, снятой при помощи узкополосной фильтрации Хабблом — «Столпы творения». На кадре видны невероятно огромные «колонны» газа и пыли в процессе формирования новых звездных систем.

Но это не так, как выглядит данная часть космоса, если смотреть глазами человека. Получившийся снимок скорее можно назвать раскрашенной картой.

Водород и сера в естественной среде находятся в красной части спектра. В то же время кислород ближе к зелено-синей части цветового спектра. Раскрашивая такие снимки согласно позиции в спектре мы получим: красный, красный и циан. В результате «Столпы» получатся такими:

Согласитесь, не очень удобно для визуального анализа. Чтобы получить полноцветный кадр и отделить водород от серы, ученые назначают элементам цвета согласно хроматическому порядку: красный, зеленый и голубой.

По сути это значит, что так как у кислорода самая высокая частота из трех, то ему назначают синий цвет. Несмотря на то, что водород — красный, его частота выше серы, поэтому его раскрашивают в зеленый. В результате мы получаем полноцветное изображение, изучая процесс, в котором могла зародиться и наша Солнечная система.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЦВЕТОВ

Космический телескоп Хаббл способен «видеть» свет и за пределами видимого спектра — в ближнем инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне.

Рассматривая те же Столпы творения, в инфракрасном спектре кадр будет выглядеть совсем иначе. Длинные волны преодолевают облака газа и пыли, блокирующие свет в видимом спектре, представляя группы звезд как внутри «Столпов», так и за их пределами.

Кадры, отражающие невидимый свет, раскрашиваются похожим образом. Снимки в различных диапазонах получают световое кодирование на основе хроматического порядка — низкие частоты становятся красным, высокие — синим.

Подобные манипуляции восприятием могут вызвать вопрос — а реален ли цвет? Ответ прост: и да, и нет.

Цвет отражает реальные данные и используется для визуализации химического состава объекта или области космоса, помогая ученым выяснять, как газы за тысячи световых лет от нас взаимодействуют друг с другом. Это критическая информация, благодаря которой мы можем строить модели формирования галактик и звезд. Даже если с технической стороны для нас космос не выглядит таким образом, результаты наблюдений и съемки не выдуманы.

Цвет помогает нам видеть не только красивые картинки, но и отражает невидимые нашему глазу части вселенной.

Источник

Как ученые получают снимки, сделанные космическими аппаратами

Вы когда-нибудь задумывались, как астрономы принимают снимки, отправленные на землю космическими станциями, которые бороздят просторы Вселенной на расстоянии в миллионы или даже миллиарды (Вояджеры) километров от нашего дома? Давайте разберем это на примере аппарата OSIRIS-REx.

В 2016 году к астероиду Bennu был отправлен небольшой аппарат OSIRIS-REx. В 2019 году исследовательская станция должна будет приблизиться к космическому телу и зачерпнуть с его поверхности вещества, которые помогут ученым лучше понять процесс образования нашей Солнечной системы. Суть миссии аппарата OSIRIS-REx проста: прилететь к астероиду, собрать образцы грунта и отправить их обратно на Землю. В своих лабораториях специалисты будут изучать “первозданное” углеродистое вещество, которое могло сохраниться на Bennu со времен рождения Солнечной системы и которое, скорее всего, является “строительным материалом” живой материи. Возможно, образцы с астероида помогут нам стать на шаг ближе к разгадке тайны появления жизни на нашей планете.

По мере приближения к объекту, аппарат будет фотографировать астероид и передавать на Землю снимки, выполненные камерами OCAMS, которые разрабатывались инженерами NASA в стенах Аризонского университета. OCAMS — это блок камер, состоящий из трех приборов: PolyCam (предназначена для съемки с далекого расстояния), MapCam (будет снимать выбранный район сбора проб в высоком разрешении) и SamCam (будет снимать процесс забора проб).

Прежде чем мы увидим на экранах своих компьютеров или телефонов фотографии, присланные OSIRIS-REx, ученым необходимо будет выполнить три важных шага: осуществить сам процесс съемки Bennu, передать информацию с зонда на Землю и принять данные с последующим получением изображений.

Шаг №1 — съемка астероида

Съемка — это работа, требующая синхронных действий между OCAMS и компьютерной системой космического аппарата. Солнечный свет, отражаясь от поверхности астероида, проходит через специальный объектив камер OCAMS, потом через встроенный фильтр, а затем “падает” на электронный чип, называемый прибором с зарядовой связью, или CCD-матрицей.

Поверхность CCD-матрицы OCAMS разделена на 1024 параллельные линии, каждая из которых дополнительно “разбита” на 1024 светочувствительных элемента, таким образом размер матрицы составляет 1024 на 1024, или 1 048 576 пикселей (пиксели формируют объекты, изображенные на снимке). Получается, что OCAMS имеет разрешение чуть больше 1-го мегапикселя (в 1 мегапикселе — 1 000 000 пикселей).

Каждый пиксель может передавать только один цвет, это может быть как сам цвет, так и яркость или вообще прозрачность. Цвет каждого пикселя кодируется электронной камерой в бинарный код, который обозначается цифрами 0 и 1 (составленное двоичное число называют битами), а затем этот код передается на центральный компьютер космического корабля. Компьютер ставит его в очередь, чтобы при первой удобной возможности (во время специального “окна”) передать на Землю.

Шаг №2 — передача изображения на Землю

При помощи технических систем, представляющих собой “канал передачи данных”, на Землю передается битовый поток информации в виде сигнала. Вначале информацию принимает ретранслятор для связи в глубоком космосе Small Deep Space Transponders, установленный на некоторых космических зондах, расположенных вблизи нашей планеты, затем ретранслятор перенаправляет данные на 100-ваттный усилитель Travelling Wave Tube Amplifiers, который используется для усиления радиочастотных (RF) сигналов в микроволновом диапазоне и в несколько раз усиливает мощность сигнала для последующей его передачи одной из трех бортовых антенн.

Скорость передачи данных на Землю зависит от того, какую именно из трех антенн применяют ученые для связи с нашей планетой. Самые высокие скорости получаются, когда специалисты используют для приема и последующей передачи сигнала 2-х метровую высокочастотную антенну High-Gain Antenna (HGA). Также они могут использовать антенну средней мощности Medium Gain Antenna (MGA) и низкочастотную Low Gain Antenna (LGA). Антенна HGA обеспечивает максимальную скорость передачи данных на Землю (914 килобит в секунду), LGA имеет довольно слабую мощность, а скорость передачи оставляет желать лучшего. Из-за этого она в основном используется для приема информации, а не для ее передачи. MGA представляет собой нечто вроде “золотой середины” — она обеспечивает умеренную скорость передачи потока данных.

Шаг №3 — получение данных

Сигнал на Земле принимает одна из антенн NASA Deep Space Network. После чего ученые “собирают” код на компьютерах и получают изображение.

Deep Space Network (DSN) — международная сеть радиотелескопов и средств связи, используемых для радиоастрономического исследования Солнечной системы и Вселенной, для управления межпланетными космическими аппаратами и приема космических сигналов. DSN представляет собой антенную систему дальней космической связи, состоящую из трех комплексов, расположенных в разных точках земного шара, которые удалены друг от друга примерно на 120 градусов долготы:

1) Комплекс дальней космической связи Голдстоун. Находится в пустыне Мохаве в южной Калифорнии, США, в 60 км к северу от Барстоу.

2) Мадридский комплекс глубокой космической связи. Расположен в 60 км к западу от Мадрида в в Робледо-де-Чавела.

3) Комплекс дальней космической связи в Канберре. Его можно найти в 40 километрах к юго-западу от Канберры, в долине реки Меррамбиджи на краю заповедника Тидбинбилла.

Такое стратегическое размещение позволяет постоянно наблюдать за космическими аппаратами по мере вращения Земли (частично перекрывать зоны действия друг друга). В поле зрения основных антенн DSN могут попадать зонды либо спутники-ретрансляторы сигналов, находящиеся на расстоянии до 55 миллионов км от поверхности Земли.

В каждом из трех комплексов имеется по одной антенне с диаметром зеркал 70 метров, по несколько антенн с диаметром зеркал 34 метра, антенны с диаметром зеркал 26 метров, а также по паре ультрачувствительных приемников и мощных передатчиков. Основную нагрузку по управлению космическими аппаратами несут антенны с диаметром зеркал 34 метра, так как они являются более новыми и эффективными.

Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник