Каким был первый цвет во Вселенной?
Какого цвета Вселенная? Первое, что приходит на ум, когда мы начинаем задаваться подобным вопросом, глядя на ночное небо, конечно же становится черный — универсальный цвет мироздания. Вместе с тем, мы упускаем из виду тот факт, что Вселенная в реальной жизни по-настоящему утопает в море цвета, который проявляется в сине-белых мерцаниях молодых звезд, в пурпурном свечении облаков из водорода и огромном разнообразии красок древних туманностей. Помимо цветов, которые мы можем наблюдать невооруженным глазом, существуют также вспышки рентгеновского излучения и гамма-лучей и даже древнее реликтовое излучение, которые наотрез отказывается видеть человеческий глаз. Космос наполнен цветами, видимыми и невидимыми, однако до появления всего изобилия космических цветов, существовал всего один цвет — первый цвет Вселенной.
НАСА предоставила иллюстрацию, на которой изображена эволюция Вселенной. Слева — Большой взрыв, справа-современное представление вселенной
Как родилась Вселенная?
День рождения Вселенной произошел примерно 13,8 миллиардов лет назад, чему поспособствовал так называемый Большой взрыв, породивший не только наше мироздание, но и вас с вами. Считается, что момент Большого взрыва представлял из себя яркую вспышку света, которая появилась из глубин темноты, но это не совсем точное описание появления необыкновенного космического явления.
Большой взрыв не мог возникнуть в пустом пространстве: он был наполнен энергией, которая буквально разрывала крошечную частицу будущего мироздания изнутри. Сразу после взрыва, температура новорожденной Вселенной была настолько высока, что свет как таковой полностью отсутствовал. Космической среде необходимо было остыть в течение доли секунды, прежде чем смогли бы появиться первые фотоны. Таким образом, спустя примерно 10 секунд после своего рождения, Вселенная вступила в так называемую фотонную эпоху. В эпоху фотонов температура юной Вселенной была еще слишком высока для того, чтобы свет мог проникнуть через достаточно плотную плазму. Цвет не появлялся до тех пор, пока ядра и электроны мироздания не охладились настолько, чтобы они могли соединиться в атомы. Для того, чтобы настолько сильно остыть, Вселенной понадобилось 380 000 лет.
Ранняя Вселенная была невероятно горячей и состояла из большого количества гелия, лития, дейтерия и водорода
Когда Вселенная достаточно остыла, она представляла из себя космическое облако, состоящее из водорода и гелия, диаметр которого составлял около 84 миллионов световых лет. Это именно то свечение, которое называется космическим микроволновым фоном. За миллиарды лет свечение смогло остыть до такой степени, что его температура стала достигать менее 3 градусов выше нуля. Для сравнения с его первым появлением, когда температура Вселенной достигала около 3000 градусов Кельвина, ранняя вселенная обладала ярким и одновременно теплым свечением.
Первый цвет во Вселенной
Благодаря изучению свойств абсолютно черного тела, мы имеем хорошее представление о том, каким может быть первый цвет вселенной. Ранняя Вселенная обладала практически равномерной температурой, а ее свет поглощался по принципу черного тела. Большинство объектов, в зависимости от материала из которого они состоят, получают свой цвет, но цвет черного тела полностью зависит только от его собственной температуры. При температуре около 3000 К полностью черное тело приобретает яркое оранжевое свечение, которое можно сравнить со светом старой старой 60-ваттной лампочки.
В последующие несколько сотен миллионов лет Вселенная, имеющая слабое оранжевое свечение, покраснеет, потому что процесс ее расширения и охлаждения не остановится. В итоге Вселенная станет черной. Примерно через 400 миллионов лет уже сформируются первые сине-белые звезды. В процессе появления и развития новых звезд и галактик, космос начнет приобретать множество новых цветов.
В 2002 году Иван Балдри и Карл Глазебрук путем сложных вычислений смогли определить настоящий цвет Вселенной. В конечном итоге, у них получился цвет бледно-коричневого загара, который исследователи назвали цветом “космического латте”
Но даже этот цвет не будет оставаться неизменным. По мере старения и умирания старых звезд будет оставаться только глубоко-красное свечение тусклых коричневых карликов. Однако спустя триллионы лет даже такой свет звезд полностью исчезнет, из-за чего Вселенная превратится в бескрайнее бездонное море черного цвета.
Несмотря на этот печальный факт, у нас еще есть долгие миллионы и миллиарды лет, в течение которых у человечества еще будет возможность как следует налюбоваться ярким ночным видом, открывающегося с поверхности нашей ярко-синей планеты.
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
Какого цвета Вселенная?
Вселенная купается в море света: от сине-белых мерцаний молодых звёзд, до глубокого красного свечения водородных облаков. Помимо цветов, видимых человеческими глазами, есть вспышки рентгеновских и гамма-лучей, мощные радиовспышки и слабое, постоянно присутствующее свечение космического микроволнового фона. Космос наполнен цветами, видимыми и невидимыми, древними и новыми. Но из всего этого был один цвет, который появился перед всеми остальными, – первый цвет Вселенной.
Вселенная появилась 13,8 миллиардов лет назад, после Большого Взрыва. В самый ранний момент она была более плотной и горячей, чем когда-либо ещё. Большой Взрыв часто визуализируется как яркая вспышка света, появляющаяся из моря тьмы, но это не точная картина. Большой Взрыв не произошёл в пустом пространстве. Большой Взрыв был расширяющимся пространством, наполненным энергией.
Сначала температура была настолько высокой, что света не было. Космос должен был остыть в течение доли секунды, прежде чем смогли бы появиться фотоны. Примерно через 10 секунд Вселенная вступила в фотонную эпоху. Протоны и нейтроны остыли в ядрах водорода и гелия, и пространство было заполнено плазмой ядер, электронов и фотонов. В то время температура Вселенной составляла около 1 миллиарда градусов Кельвина.
Но хотя свет был, цвета ещё не было. Цвет – это то, что мы можем видеть, или, по крайней мере, какие-то приборы могли бы видеть. В эпоху фотонов температура была настолько высокой, что свет не мог проникнуть в плотную плазму. Цвет не появится, пока ядра и электроны не охладятся достаточно, чтобы соединиться в атомы. Вселенной понадобилось 380 000 лет, чтобы так сильно остыть.
Иллюстрация, показывающая эволюцию Вселенной, начиная от Большого Взрыва слева, и до появления космического микроволнового фона. После образования первых звёзд заканчиваются космические тёмные века, за которыми следует образование галактик. Авторы и права: CfA / M. Weiss.
К тому времени наблюдаемая Вселенная стала прозрачным космическим облаком водорода и гелия, диаметром 84 миллиона световых лет. Все фотоны, образовавшиеся в Большом Взрыве, наконец-то смогли свободно перемещаться в пространстве и времени.
Это то, что мы сейчас видим, как космический микроволновый фон – свечение, оставшееся от времени, когда Вселенную, наконец, можно было увидеть. За миллиарды лет свечение остыло до такой степени, что оно теперь имеет температуру менее 3 градусов выше абсолютного нуля. Когда оно впервые появилось, Вселенная была намного теплее, около 3000 К. Ранняя Вселенная была наполнена ярким тёплым свечением.
У нас есть хорошее представление о том, что это был за цвет. Ранняя Вселенная имела почти равномерную температуру, а её свет имел распределение длин волн, характерное для чёрного тела. Многие объекты получают свой цвет, в зависимости от типа материала, из которого они сделаны. Но цвет чёрного тела зависит только от его температуры. Чёрное тело, при температуре около 3000 К, будет иметь ярко-оранжево-белое свечение, похожее на тёплый свет старой 60-ваттной лампочки.
На этом изображении, полученном с помощью Очень Большого Телескопа (ESO) показана эмиссионная туманность RCW 36. Авторы и права: ESO.
Люди не очень точно видят цвет. Цвет, который мы воспринимаем, зависит не только от фактического цвета света, но и от его яркости, а также от того, приспособлены ли наши глаза к темноте. Если бы мы могли вернуться к периоду этого первого света, мы бы, вероятно, увидели бы оранжевое свечение, похожее на огонь в камине.
В течение следующих нескольких сотен миллионов лет слабое оранжевое свечение исчезнет и покраснеет, поскольку Вселенная продолжит расширяться и охлаждаться. В конце концов, Вселенная станет чёрной.
Примерно через 400 миллионов лет после Большого Взрыва, начали формироваться первые блестящие сине-белые звёзды, и появился новый свет. По мере появления и развития звёзд и галактик, космос начал приобретать новый цвет.
В 2002 году Карл Глазебрук и Иван Балдри вычислили средний цвет от всего света, который мы видим сегодня от звёзд и галактик, чтобы определить текущий цвет Вселенной. Получился бледно-коричневый загар, похожий на цвет кофе со сливками. Они назвали цвет “космический латте”.
Шаровое звёздное скопление NGC 362. Авторы и права: Hubble.
Даже этот цвет будет виден только некоторое время. Поскольку большие голубые звёзды стареют и умирают, останется только глубокое красное свечение карликовых звёзд. Наконец, через триллионы лет даже их свет погаснет, и Вселенная станет чёрным морем. Все цвета со временем исчезнут, и время унесёт нас всех во тьму.
Но пока, цвета Вселенной всё ещё радуют нас. И если вы когда-нибудь будете сидеть у костра с кофе со сливками, когда смотрите на темноту ночи, знайте, что вы купаетесь в космических цветах. Прошлом, настоящем и будущем.
Источник