Comment les images JWST de la NASA ont obtenu leur look emblématique

L’apparence étonnante de la nébuleuse Carina dans les toutes premières images publiées par le télescope spatial James Webb doit beaucoup à Alyssa Pagan. En tant que développeur visuel scientifique au Space Telescope Science Institute, il est l’un des processeurs qui traduit les données capturées par Webb en quelque chose non seulement visible mais beau.

Pagan appelle le travail une “collaboration” entre les données, les principes esthétiques développés au cours de décennies d’études scientifiques et les goûts personnels. Cette collaboration est nécessaire pour un certain nombre de raisons, dont la plus importante est la grande distance entre Webb et les objets observés. Pour voir cela, JWST utilise le spectre infrarouge. Parce que les humains ne peuvent pas voir l’infrarouge, des chercheurs comme Pagan doivent faire des choix sur la façon de traduire ces données en quelque chose de visible. En comprenant ces choix, les téléspectateurs pourront décoder plus d’informations que la belle image elle-même.

Les couleurs, par exemple, sont quelque chose que les païens remettent souvent en question. JWST prend plusieurs expositions de données à bande étroite, ce qui signifie une très petite plage de longueurs d’onde dans le spectre infrarouge associée à la présence d’éléments spécifiques – des formes d’hydrogène, de soufre et d’oxygène. Ils sont colorés selon un principe appelé ordre chromatique. Des longueurs d’onde plus courtes, telles que l’oxygène, sont attribuées à des couleurs avec des longueurs d’onde plus courtes, telles que le bleu, etc. Celles-ci sont ensuite superposées pour former la base de l’image.

a:hover]:text-black [&>a]:shadow-underline-gray-63 [&>a:hover]:shadow-underline-black text-gray-63″>Photo: Alyssa Pagan

Cependant, comme les bandes d’hydrogène et de soufre sont toutes deux associées aux couleurs rouges, l’hydrogène reçoit souvent un filtre plus jaune pour produire des détails plus clairs dans le produit final. Il en résulte la “palette Hubble” – ainsi appelée parce que le télescope précédent l’a rendu populaire.

Ces images sont parfois appelées “fausses” couleurs. Mais, souligne Pagan, les couleurs sont représentatives de données réelles. Avec les bonnes connaissances, les scientifiques et les profanes peuvent les lire comme une carte. Dans l’image de Webb de la nébuleuse Carina, par exemple, il est clair que la région rouge inférieure est dominée par l’hydrogène et le soufre, tandis que la région bleue supérieure est dominée par l’oxygène.

“J’aime rendre les choses plus éthérées et mystérieuses”

Après avoir appliqué ces couleurs de base, les choses deviennent “une question de goût”, dit Pagan. Il peut déplacer toute la palette vers le haut ou vers le bas du spectre, rendant le blues plus violet ou vice versa. Le contraste est susceptible d’augmenter, comme dans le cas de la nébuleuse Carina, qui émet des couleurs complémentaires. Des modifications plus objectives ont été apportées, telles que le nettoyage de tout artefact tel que la lumière diffusée produite par le télescope, mais à ce stade, deux processeurs peuvent avoir des images différentes. “J’aime particulièrement rendre les choses plus éthérées et mystérieuses”, a déclaré Pagan. “Il y a quelque chose de différent dans mon approche – parce que c’est l’espace !”

Les efforts pour utiliser non seulement une réponse rationnelle mais aussi émotionnelle aux images spatiales ne sont pas nouveaux. Spécialiste de la culture visuelle Dr. Elizabeth Kessler a littéralement écrit le livre sur la façon dont ces images évoquent l’émerveillement – un sentiment d’admiration devant quelque chose d’incompréhensible pour les humains – en partie en les associant à des images que nous connaissons déjà. . Dans Cosmos décritil étudie comment les développeurs visuels de l’équipe Hubble ont tenté de rendre l’immensité de l’espace apparente en le reliant visuellement aux paysages.

Vue de Hubble sur la nébuleuse de la Carène
a:hover]:text-black [&>a]:shadow-underline-gray-63 [&>a:hover]:shadow-underline-black text-gray-63″>Photo : NASA, ESA et The Hubble Heritage Team (STScI/AURA) ; Remerciements : N. Smith (Université de Californie, Berkeley)

Cette pratique s’est poursuivie au JWST. L’image sur la couverture du livre de Kessler est l’image Hubble de la nébuleuse Carina, qui a été prise relativement près par le JWST. À l’origine, la vue était décrite comme “des collines et des vallées”. La nouvelle image est désignée dans des termes similaires, familièrement appelées “falaises cosmiques” par la NASA.

Présenter la nébuleuse Carina de cette manière, cependant, est aussi une décision esthétique. Parler à Le bord, Kessler met en évidence les décisions de recadrage et d’orientation. « Il y a plusieurs régions [within the nebula] où vous pouvez montrer la naissance des étoiles. Mais ils ont choisi cette région et l’ont formée de telle manière que le bord du nuage crée cette ligne d’horizon”, a-t-il déclaré.

Fait intéressant, il n’y a pas de “haut” dans l’espace, et bien que les images prises depuis le sol orientent souvent leurs images vers le nord, le nord n’a aucune signification pour un télescope orbital. Kessler a déclaré que l’image pouvait être orientée dans l’autre sens, transformant le nuage de poussière en quelque chose qui “enlève votre écran”. Au lieu de cela, ce sont les falaises cosmiques, révélant quelque chose de familier plutôt qu’étrange et potentiellement embarrassant.

la célèbre image de la nébuleuse de la carène, mais inversée

a:hover]:text-black [&>a]:shadow-underline-gray-63 [&>a:hover]:shadow-underline-black text-gray-63″>Image : NASA, ESA, ASC et STScI

“L’orientation a été décidée presque au tout début parce qu’elle semblait la plus naturelle”, a déclaré Pagan. “Il faut être mis à la terre. On dirait que ça doit être une montagne.

L’objectif de Pagan est de faire “fondre” les images pour le spectateur de tous les jours tout en conservant leur magie. Kessler dit que les analogies que les processeurs d’images fonctionnent “aident vraiment. L’échelle de ce que nous regardons, l’échelle de celui-ci, dépasse l’entendement humain. La chose la plus proche de notre expérience est des choses comme cette montagne qui est au-dessus de nous.”

L’esthétique Hubble et Webb n’est pas la seule approche adoptée par les scientifiques ou les astrophotographes professionnels et amateurs. Il est populaire parmi les photographes de la Terre, en partie, selon le communicateur scientifique public Dylan O’Donnell, car l’utilisation d’une approche à bande étroite permet d’éviter les problèmes de pollution lumineuse. Une caméra au niveau du sol sera inondée de lumière provenant des bâtiments et des rues. Mais en supprimant tout sauf un très petit groupe, “cela permet aux gens en plein milieu d’une capitale de prendre des photos qui ressemblent à des photos de Hubble”, a déclaré O’Donnell. Mais, tout comme ils décident quoi filmer et dans quelle orientation, les processeurs peuvent utiliser différentes palettes de couleurs pour interpréter ces filtres à bande étroite. Par exemple, une autre technique populaire est la « palette CFHT », du nom du télescope Canada France Hawaii.

a:hover]:text-black [&>a]:shadow-underline-gray-63 [&>a:hover]:shadow-underline-black text-gray-63″>Dylan O’Donnell et Dylan O’Donnell

Les différences entre la palette Hubble et la palette CFHT proviennent principalement des complications de l’ordre chromatique. Alors que Hubble donne à l’hydrogène un filtre plus jaune basé sur une longueur d’onde potentielle différente, CFHT pousse le soufre vers le haut du spectre de couleurs, ce qui donne des nébuleuses vert-violet qui mettent en évidence différents détails. “Cela ne change pas la science”, a déclaré Heather Flewelling, astronome du CFHT. “Cela rend simplement certaines fonctionnalités plus visibles.”

Il existe de nombreuses combinaisons potentielles différentes de longueurs d’onde et de filtres, qui se traduisent toutes par différentes manières d’afficher les données, ainsi que par différentes expériences esthétiques. O’Donnell a créé un outil de prévisualisation qui aide les astrophotographes à essayer rapidement différentes techniques et permet aux profanes de différencier plusieurs options.

Le choix entre les filtres est une question de préférence. Alors que O’Donnell dit que la plupart des gens préfèrent rester aussi naturalistes que possible, son propre travail met également en évidence les avantages de l’utilisation de “fausses” couleurs pour faire ressortir les détails, comme dans ses deux images de la nébuleuse de l’Aigle – l’une utilisant la vraie couleur et l’autre utilisant la palette Hubble. En les comparant, les avantages de ce dernier pour montrer la structure et la profondeur deviennent clairs. La poussière jaune-blanche se détache et apparaît plus détaillée sur un fond bleu dans la palette Hubble, tandis que les différentes nuances de rose dans la version en vraie couleur semblent plus plates et plus difficiles à analyser.

a:hover]:text-black [&>a]:shadow-underline-gray-63 [&>a:hover]:shadow-underline-black text-gray-63″>Dylan O’Donnell et Dylan O’Donnell

Bien qu’elle soit utile, O’Donnell dit que la palette Hubble peut sembler “un peu clichée” en raison de son utilisation courante, et il a personnellement popularisé une technique de combinaison qui capture les longueurs d’onde de la lumière verte visible avec les bandes étroites d’hydrogène et d’oxygène.

Et JWST lui-même produit également des images dans des couleurs auxquelles certains ne s’attendent peut-être pas. Récemment, plusieurs images de Jupiter ont été publiées, la tête d’affiche faisant apparaître la planète en bleu. Bien que Hubble ait pris des photos de Jupiter qui apparaissaient simultanément en bleu et en rouge, dans la dernière image, même la célèbre tache rouge apparaît blanche en raison de la lumière solaire réfléchie. Pagan (qui n’a pas traité cette photo particulière) dit que sa palette vise probablement à mettre en évidence l’aurore, qui semble rouge en contraste.

Une image de Jupiter où la grande tache rouge apparaît blanche.

a:hover]:text-black [&>a]:shadow-underline-gray-63 [&>a:hover]:shadow-underline-black text-gray-63″>Image: NASA, ESA, ASC, équipe Jupiter ERS ; Traitement d’image par Judy Schmidt.

Pour Kessler, cela indique que les images Webb ne peuvent pas continuer à suivre de trop près le chemin de Hubble. “Je me demande ce qui va sortir de là”, a-t-il déclaré. “Si seulement plus irait dans cette direction.”

La direction de Webb est une série de décisions prises par des données et des personnes ensemble, une combinaison de siècles de culture visuelle – et de milliards d’années de lumière voyageant dans l’espace.

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