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为什么太空望远镜拍摄的很多照片都有一个黑色的缺口?

你说的应该是下面这样的图片。

这张照片是哈勃望远镜最著名的作品之一,创生之柱,拍摄于 1995 年,右上角出现了题目中所说的黑色缺口。

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1995 年哈勃空间望远镜拍摄的创生之柱(图片来源于 NASA)

或者像下图这样,这是哈勃空间望远镜拍摄的另一张照片,右上角同样出现了黑色的缺口。

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哈勃空间望远镜拍摄的另一张照片,M100 (NGC 4321),来自 NASA

之所以会出现这个缺口是因为,哈勃使用了宽视场行星相机 2 号(WFPC2),WFPC2 相机包含四个独立的小相机。每个相机会负责拍摄图像的一个象限,类似于将整个视野分割成四个部分。每个小相机生成的图像代表整个图像的四分之一。理想情况下就是下图中左图的样子。

但是,这些相机中的其中一个,比如右上角的相机,与其他三个相比存在一定的缩放,就会导致拍摄的视野范围比其他相机稍微小了一点,这导致拍出来的图像会稍微比其他三个图像显得放大了一点,没办法直接拼接到一起,就像下图中的中图一样。

所以,为了让四个象限的图像正确拼接,需要将右上角的图像缩小,使它的比例与其他三个象限图像一致,这样整张图看起来是连续的,如下图中右图一样。

但是,右上角相机的缩放会导致图像尺寸被缩小,进而导致在拼接后,右上角象限外的某些区域由于没被拍摄到,而在拼接的图像中显示为黑色(如右图文字指示区域)。这些黑色区域代表了没有被观测到的部分,不是空间本身的物理特性哈~也就产生了题目中说的黑色缺口。

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图片拼接示意图

总结下,黑色缺口的产生是由于多幅图片的尺度不同,加上拼接过程中产生的缩放导致的。

好了,写到这里,希望把这个问题说清楚了,欢迎留言讨论~


评论区, @爱吃爱旅游@河海南边的湖 “为什么会有且只有一个镜头存在缩放,而不是四个镜头一致或者各不相同?”

之所以这样,是 WFPC2 的硬件配置决定的。WFPC2 拥有四个探测器,其中三个探测器排列成 L 形结构,负责拍摄较大范围的宇宙,称为宽视场相机(Wide Field Camera,第四个探测器,具有更窄的光学焦距,适用于高分辨率拍摄,但观测区域较小,能够提供比其他三个探测器更详细的天体图像,称为行星相机(Planetary Camera

所以,这两种配置经常一起使用,可以拍摄出大范围的宇宙图像同时又获得局部区域的高分辨率细节 @龙大侠,就像下面这张图一样。

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宽视场相机和行星相机配合使用,图片来自 wiki

@乘着歌声的翅膀 提到“创生之柱可见光波段里就是这样的颜色了?还是伪彩色的?”

这个不是可见光波段,是后处理过的。

WFPC2 上的探测器可以检测 120 nm 到 1000 nm 范围内的电磁波,包括可见光(380 nm 到 780 nm)、近紫外线(120 nm 到 380 nm)、以及近红外线的一部分,灵敏度在 700 nm 附近达到峰值。探测器在操作范围的极端波段(如远紫外线和远红外线)灵敏度低,不同波长灵敏度如下图。

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探测器不同波长的灵敏度,图片来自 wiki

创生之柱的拍摄,哈勃望远镜使用不同的滤镜,以专注于特定的波长,比如氧、硫、氢等元素发射出的特定光。这些波长大部分都超出了人眼能看到的可见光范围,通过这些滤镜获取的数据通常以灰度图像的形式记录,然后再把这些不同波长的灰度图像赋予不同的颜色,通常把硫原子发射的光被赋予红色,氢原子发射的光被赋予绿色,氧原子发射的光被赋予蓝色。于是就有了这样视觉冲击力很强的创生之柱。

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