给天文图片上色，主要靠艺术家审美？

流言：天文照片其实本来是黑白的，主要还是靠艺术家审美高，上了色才漂亮。

真相：的确有很多天文照片都需要上色，但这个上色过程本身也是科学严谨的，是科学家和艺术家共同努力的结果。

图片拼完叠完，还不够，上颜色也是很重要的。因为各种探测器和太空望远镜拍到的照片，其实原图是黑白的，如果要看彩照，就要后期上色。

那为什么照片原图是黑白的呢？这不是因为技术落后，能采集到的信息贫乏，事实正好相反，是因为信息量太大了。因为电磁波谱十分宽广，而人眼和大脑能认知的色彩十分有限。超出可见光波段的，一概“伸手不见五指呀”。仪器在可见光以外的波段拍到的图像，该称之为什么颜色呢？

 

所以，探测器干脆只用明暗来表达它看到的东西，附上波长信息，打个包丢给人类：“喏，这张是微波波段的，这张是红外波段的，这是红光区的，这是绿光区的，蓝光区的，紫外波段的，X射线波段的，都是黑白片儿，你自己慢慢看吧，只要能分清楚就行。”

那上色的时候要怎么上呢？在天文照片里，每个像素的颜色都要有根据，可不像过去影楼里处理老照片那样，抹个红脸蛋，涂个红嘴唇就完事了。

上色的时候，要推敲三个问题：真实吗？科学吗？漂亮吗？三个问题的答案，分别对应一种上色方法，并且有（jīng）时（cháng）会冲突，下面具体讲讲。

如果照片本来就是在可见光波段拍摄的，上色就十分简单。太阳系各大行星和周边卫星的彩照大多如此，只要把蓝绿红三原色各自对应的黑白片挑出来，各自渲染成蓝绿红三色，再一叠加，一张“跟真的一样”的彩照就出来了。这种可见光波段的上色，叫做“自然色”。

 

土星，2013年7月19日，“卡西尼号”拍摄。图源NASA

可见光以外，就得用物理+哲学的思路。比如，下面这个太阳极紫外图像四联张，是在17.1nm、19.5nm、28.4nm、30.4nm等波段分别拍摄的太阳。紫外线原本谈不上颜色，但为了快速辨认这些波段，我们不妨按照可见光的波长顺序，从蓝到红为它们赋色。这个色彩顺序符合电磁物理，所以非常易懂易记，而且，相当美丽！

太阳极紫外图像，2021年12月31日，SOHO拍摄。图源NASA

真实吗？科学吗？漂亮吗？当后两个答案完胜时，就可以拿来挑战第一个问题：就算我们觉得不真实，那也是因为我们眼界太窄，带宽不够……

换句话说，人类不惜代价把那么多仪器送上天，是为了科学研究，而不是观光游览。可见光的狭隘色彩，在整个电磁波谱里，是没有意义的。只要能表达科学信息，就可以抛开天体的可见光色，对它赋予完全不同的色彩。这时，我们给照片上的是“代表色”。

还拿“创世之柱”为例，它的原图，本来是3个波段的黑白照片。

 

其中，左图是氧的502nm蓝绿色辉光，中图是氢和氮的657nm红色辉光，右图是硫的673nm深红色辉光，分别用相应波长的滤镜获得。之所以检测这些波长，是因为这些元素是构成天体的重要成分。

 

那么问题来了，一个蓝绿色和两个红色叠加配色，结果会是怎样？

结果就是这个样子，它也许更接近天体的真实模样，但这样真实的一片血红，在科学层面上，却没有信息量。

天文学家们追求的，是一目了然。前面说过，为了传递科学信息，我们可以抛弃天体的“本色”。这样，我们把波长最短的氧定义为蓝，把氢+氮定义为绿，把波长最长的硫定义为红（硫：我本来就红……），再做一次图片，忽然就感动得想哭有没有？！（前文说过，哈勃2009年升级了相机，于是右上角缺的那一块就给补上了 ）

 “创世之柱”，2014年10月29日，“哈勃”望远镜拍摄。图源NASA

不但图片的色彩更加缤纷绚烂，它也方便传递科学信息。我们知道蓝绿红三原色和各元素的对应关系之后，就能直接解读“创世之柱”的各部位的元素分布状况，比“真实”的“血肉之柱”要轻松多了。

还有一些上色法，既不真实，也不是为了科学。比如下图的NGC1850，它背后的星云本来发射着氢α线的红光。如果按红色来染，并不妨碍科学表达，但修图师很任性，就是乐意用蓝色来表达。这种调和有个人审美品味的，叫做“增强色”。

NGC1850，2001年7月10日，“哈勃”望远镜拍摄。图源NASA

回顾一下，上色三拷问：

真实吗？如果真实，我们把它叫做“自然色”。

科学吗？如果科学，我们把它叫做“代表色”。

漂亮吗？如果漂亮，我们把它叫做“增强色”。

总结一下，为了获得一张美貌与科学并重，艺术与真实兼备的天文照片，往往要在天文学家和艺术家共同的努力下，经过拼图、叠图、上色几大步骤，才能完成。

这里还要再补充一下，有些很美的图片，比如第三视角看到的探测器接近行星，或者群星纷飞的超光速旅行情景，这些都是艺术家们创作的概念图，并不是天文照片。

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