Le spettacolari immagini del telescopio spaziale Hubble

Quando in rete, o da qualunque altra parte, ci viene proposta un’immagine di una galassia o di un ammasso stellare, la prima domanda che viene in mente è sempre la stessa: ma i colori sono veri o modificati? Ecco, in questo post proveremo ad esplorare un pochino questo argomento.

Prima un paio di premesse. Mi piacerebbe tenere questo post il più generale possibile. Ma, d’altra parte, mi sono reso conto che devo affrontare la questione scegliendo uno strumento astronomico, o almeno una tecnica applicata alle immagini ottenute con un qualche telescopio o satellite. Nonostante non ci siano grosse differenze, cioè alla fine il succo è sempre lo stesso, ho deciso di parlarvi di come vengono trattate le immagini ottenute dallo Hubble Space Telescope (HST). Naturalmente cercherò di tenere il discorso ad un livello non molto tecnico, ma spero comunque chiaro e esplicativo. Se poi vi va di approfondire la questione, il mio consiglio è di partire da questo articolo della rivista Sky & Telescope da cui, tra l’altro, prendo spunto anche io per alcune cose. E ora cominciamo.


Partiamo dai fondamentali. HST è un telescopio della NASA e della ESA messo in orbita all’inizio degli anni ’90. Lo specchio principale ha un diametro di 2 metri e mezzo circa, si muove su un’orbita a circa 560 chilometri di altezza con una velocità di quasi 7.5 km al secondo. HST ci ha mostrato delle cose meravigliose sull’universo e ha notevolmente ampliato le nostre conoscenze scientifiche. Questo gioiello è costato quasi 2 miliardi di dollari ma, lasciatemelo dire, quello che abbiamo ottenuto in cambio ha un valore inestimabile. Ma c’era davvero bisogno di mandare un telescopio nello spazio? Eh sì, per forza, in quanto tra il nostro telescopio sul terrazzo di casa e una galassia a qualche milione di anni luce il vero ostacolo non è (solo) la distanza, bensì l’atmosfera terrestre. Infatti, la luce che proviene da quella galassia viaggia praticamente nello spazio vuoto per parecchio, parecchio tempo (e spazio); poi, però, arrivata sulla Terra attraversa l’atmosfera, ovvero una sottile regione di gas che, per noi sono importanti, invece alla luce danno solo fastidio. In primis, perché l’atmosfera non se ne sta mica tutta bella calma e tranquilla; anzi, è di un turbolento davvero fastidioso e questo rende anche l’immagine della galassia che vogliamo acquisire poco stabile. Poi, ci sarebbe anche il fatto che magari la galassia è lontanissima e quindi, a causa dell’espansione dell’universo, avviene lo spostamento della sua luce verso lunghezze d’onda pari a quelle del colore rosso, se non infrarosso. Però, il vapore acqueo presente nell’atmosfera assorbe tutta la radiazione infrarossa e noi sapete cosa vediamo? Una beneamata cippa. Insomma, per queste e altre ragioni, portare un telescopio nello spazio non è una cattiva idea, anzi.

Le immagini ottenute da HST sono ovunque, davvero, letteralmente ovunque. Se trovate una meravigliosa immagine di una qualche meravigliosa galassia è molto probabile che quell’immagine provenga dal telescopio Hubble. Tuttavia, quell’immagine, che vi ha fatto venire voglia (giustamente) di esplorare l’universo, è il risultato finale di tutta una serie di elaborazioni.

Le immagini riprese da HST sono tutte, ma dico tutte, in bianco e nero.
Cosa? Ma seriamente? Sì, è proprio così. Per capirlo, dobbiamo prima capire come fa HST a ottenere le immagini e quindi ecco una brevissima e concisa spiegazione di come HST acquisisce le immagini. Come molte strumenti di registrazione, anche il telescopio Hubble possiede un bel CCD (Charge Couple Device) cioè un attrezzo che registra il numero di fotoni raccolti. Per il telescopio spaziale Hubble, questi sensori sono fatti tipo così:

Questo è il sensore e2v CCD installato sul telescopio spaziale Hubble nel 2009

Schematizzando, un CCD potrebbe essere visto come un raccoglitore di pioggia, come quello nella figura qui sotto:

Ogni vaschetta del CCD viene chiamato pixel. Più pixel ci sono, maggiore sarà la risoluzione dell’immagine. Per esempio, non si può osservare una galassia con un solo pixel, perché in questo caso ci sarebbe solo una grande vaschetta e quindi non potremmo notare i dettagli dell’immagine della galassia in questione.
Cosa accade quando un fotone finisce in un pixel? Cioè, come comunichiamo al CCD che un fotone è arrivato? Quando il fotone arriva nel pixel/vaschetta, viene generato un elettrone, cioè una corrente elettrica. Il fotone è un’onda elettromagnetica che va a colpire atomi di qualche composto di silicio nel pixel e fa saltare l’elettrone grazie alla magia scientifica della meccanica quantistica.
Più fotoni raccogliamo, maggiore sarà dell’intensità della corrente e quindi il segnale corrispondente nell’immagine.
Bene. A questo punto siamo quindi con le immagini in bianco e nero, anzi in scala di grigi, dove l’intensità del bianco indica una maggiore concentrazione di fotoni raccolti.

Certo, qua ci sarebbero un sacco di cose da discutere, cose che generano problemi. Per esempio, i pixel del CCD potrebbero essere difettosi; oppure magari qualche elettrone viene generato solo per una questione termica, quindi il CCD deve essere tenuto sempre ad una temperatura molto bassa; poi ci sarebbero anche i raggi cosmici, i quali se vanno a colpire un pixel generano anch’essi corrente e quindi l’immagine non sarà più fedele della reale galassia. Un modo per capire per esempio i difetti dei pixel e il rumore termico è quello di scattare una foto a telescopio “chiuso”, con il tappo insomma e poi sottrarre quello che esce all’immagine che si prova ad osservare. Per i raggi cosmici le cose sono più complicate e una cosa buona da fare potrebbe essere quella di scattare la foto diverse volte e confrontare le diverse esposizioni.

Detto questo, magari approfondiremo la questione CCD in un prossimo post, passiamo ai colori.
Qualsiasi osservazione deve essere fatta ad una qualche lunghezza d’onda; per esempio si possono usare filtri sensibili alla luce rossa o alla luce blu. Naturalmente le immagini risultanti saranno diverse, poiché i fotoni blu o quelli rossi vengono osservati in diverse quantità a seconda del filtro.
Quindi, a seconda del filtro le immagini saranno diverse, anche perché diversi sono i fenomeni fisici in gioco che emettono i diversi fotoni. Però, le immagini saranno tutte in scala di grigi.

Una cosa che si può fare a questo punto è assegnare ad ogni filtro un colore, semplicemente, per esempio, se si usa il filtro blu, si associa all’immagine il colore blu e così via.
Una volta che si è osservata la galassia usando diversi filtri e ad ogni filtro si è associato artificialmente un colore, avviene la combinazione delle immagini e si ottiene l’immagine finale e possiamo finalmente liberare un bellissimo wow!

Alla fine, piaccia o meno, bisogna darci una spennelata di Photoshop. Non ci credete? Lo so, sembra strano, ma in fondo, se ci pensate bene, si tratta di mettere a posto delle immagini e quindi quale software migliore di Photoshop? Quindi, sì, ci tocca dirlo: anche gli astrofisici usano Photoshop (o simili).

Se volete avere proprio una visualizzazione completa di come avviene il processo che ho appena descritto in questo post, allora guardate questo video qui che mostra, in soli due minuti, come viene generata una di quelle spettacolari immagini che otteniamo dal telescopio spaziale Hubble.

Visto che roba? Comunque non vi preoccupate, perché ottenere le immagini è bello e importante, ma la cosa fondamentale è che HST ci fornisce dei dati fantastici sulla distribuzione delle galassie, sulle lenti gravitazionali e su molto altro. Quindi HST non ci regala solo immagini mozzafiato ma anche e soprattutto tanta, tantissima scienza. Per esempio, date un’occhiata a questa lista di articoli scientifici dove sono stati utilizzati i dati del telescopio spaziale Hubble: è una lista enorme!

Comunque, il tema di questo post era quello di provare ad avere un’idea del processo che sta dietro la creazioni di immagini di vere galassie e vere nebulose.
Spero questo post vi abbia incuriosito ulteriormente; promettetemi però che non mi darete la colpa del fatto che, d’ora in avanti, guarderete le immagini di galassie e nebulose con occhi leggermente diversi 🙂

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