NASA这么努力P图，是为了探索更真实的宇宙

“

PS等于造假吗？

”

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在社交媒体上，NASA（美国航空航天局）的“P图丑闻”似乎每过一段时间就会引发一阵喧嚣讨论。NASA的确常常P图，但这却不见得是一桩桩造假丑闻。

事实上，NASA的工作人员在针对这些质疑的回应中，早已把他们PS的原因、过程和原则向大众开诚布公了。NASA P图，不过是为了探索一个更加真实的宇宙。

叠加：还原地球“全貌”

这张名为“蓝色大理石二号”的图片令人感到无比亲切，并不只因为它呈现的是人类的家园，更因为它是初代苹果手机的开机画面。

然而它第二次在网络上引起轩然大波，则是因为有人发现这张图片中的云层有复制粘贴的痕迹，这可能是一张经过PS的照片！一时间，网络上对于NASA造假的讨伐声不绝于耳。

事实上，NASA的确P了图，却没有造假。因为这张图根本就不是一张照片，而是NASA工作人员利用“特拉”卫星(Terra)采集的数据制作的地球模型。

丨 NASA “特拉”卫星的轨道。

这张图片的作者Robert Simmon以及他的工作小组在戈达德太空飞行中心的主要职责就是信息传播，他们日常负责将卫星回传的冰冷数据翻译成直观易懂的图片。

那么，直接使用地球的照片，岂不是更加方便？Robert Simmon解释道：“地球的图片太多了，可其中反应地球全貌的照片少之又少。原因就在于NASA的所有地球观测卫星都在地球同步轨道或近地轨道上运行，没有一个卫星可以拍摄到整个地球。”迄今为止，最后一批展现地球全貌照片，是由1972年阿波罗17号的宇航员们在前往月球的路上拍摄下来的。这张照片便是大名鼎鼎的“蓝色大理石一号”。

丨 由阿波罗17号宇航员们拍下的地球照片，展现了一个半球的全貌。此后再也没有人类离开过地球轨道。

丨 眼熟吗？这张照片正是前不久刚被换下的旧版微信启动界面的原图。

到了2002年，NASA的地球观测卫星终于采集到了足够的数据，可以支持Simmon和同事们制作出一张完整的地球可视化图片。于是他们根据“特拉”卫星四个多月来采集到的地球陆地、冰盖、海洋、云层以及大气等细节的数据，制作出了这张“蓝色大理石二号”。

2013年，NASA又发布了一系列地球夜景照片，被称为“黑色大理石”。它们也是依照类似原理制作而成。

丨 索米卫星图片合成原理。

依据过去五年索米国家极地轨道伙伴卫星收集到的数据，科学家们合成了这张地球夜视图。只有通过大量数据合成的方式，才能排除绘图过程中月光，季节性植被，云层，大气密度和积雪等偶然因素的干扰，呈现出更加准确的信息。

无论是“蓝色大理石”还是“黑色大理石”，NASA的工作人员都会定期根据卫星回传的最新数据在网站上进行更新。因此，这两个系列的图片对于气象、地形乃至城市化等研究都有重要价值。

上色：从黑白到绚烂

不过除了这些复合图像，NASA拍摄的许多照片，也的确是经过PS的。比如前段时间刚刚光荣退休的卡西尼号，就曾经在2010年引发争议。

丨 2010年4月，卡西尼拍摄到土卫四（前）与土卫六（后）交错的照片。

2010年4月，NASA发布了一张由卡西尼号拍摄的土卫四与土卫六交错而过的照片。然而，有人将这张照片放大以后发现，土卫四边缘有Photoshop毛刷处理过的痕迹。由于在此之前，科学家在土卫六上发现了甲烷与大气层，并推测在这里可能有生命迹象，“NASA为了掩盖土卫六上有生命而P图”的阴谋论便轰轰烈烈地传开了。

面对网上的流言，这张图片的作者Emily Lakdawalla不得不出面澄清事实。照片中的土卫四的的确确是被Photoshop的剪裁过。不过这不是为了帮助NASA掩盖什么事实，而是因为卡西尼号上的相机与我们家里的数码相机工作原理不同。

卡西尼号上的相机轮流透过红色、蓝色和绿色的滤镜不停拍摄，将得到的黑白照片传回地球。因此要想得到彩色照片，视觉科学家们必须将通过红、蓝、绿三种不同滤镜拍摄的三张照片叠加在一起并上色。

丨 这是未经处理的原图。从左到右依次为蓝、绿、红色滤镜拍下的照片。

问题在于，由于这三张照片之间存在时间差，土卫六与土卫四的位置已经发生了变化。如果直接将三张照片进行叠加，必然会发生错位。因此，Emily在以土卫六为基准叠加照片以后，对土卫四进行了剪裁调整，才有了被网友们发现的毛刷痕迹。

为了更直观地说明这一步骤的必要性，Emily 又举了另外一个例子，照片上是土星圆环和土卫五。

丨 如果以土星圆环为基准进行叠加而不进行任何调整，会产生重影效果。

丨 将土卫五剪裁调整后的成图。

卡西尼的情况不是个案。事实上，大部分飞行器以及太空望远镜传回地球的原图，都是透过不同滤镜拍摄的黑白照片。大名鼎鼎的哈勃望远镜也不例外。

哈勃望远镜图片编辑Zoltan Levay曾经以著名的“创世之柱”为例，坦诚地向公众介绍了天文图片处理的完整过程。

这张绚烂的“创世之柱”呈现的是M16鹰状星云。

丨 2015年哈勃望远镜重访鹰状星云，拍下这张照片。

然而哈勃望远镜最初传回地面的原图，不仅没有色彩，而且由于宇宙射线和其他噪音的干扰，布满了噪点。

丨 哈勃望远镜最初穿回来的局部图像。

与卡西尼号上相机的工作原理相似，哈勃望远镜拍下的每张照片透过不同的滤镜拍三次。因此在回传地面后的处理过程中，只要将三张照片叠加，即可清理掉宇宙射线、噪音等造成的噪点。

丨 经过清除噪点、拼接后的图片。

丨 将三张照片按照对应颜色填色。

丨 合并三个填色后的图层。

丨 最后进行一些微调，在合理的范围内使其兼具科学性与传播性。

在哈勃空间望远镜的官方网站上有简易的天文图片处理教程，哈勃传回地面的黑白原图也是向公众开放的。天文爱好者们可以根据自己的审美来制作属于自己的天文照片。然而，对于有着天文专业背景的NASA工作人员来说，个人的艺术创作绝不能超出科学性的底线。

与原始黑白照片一同传回地面的，还有飞行器上相关仪器对于星体、大气等物质成分的分析数据。而地面工作人员的图片处理必须以这些数据为基础。

这个过程就如同为了在雾霾天拍出故宫宫墙最真实的颜色，先拍摄下黑白效果的照片，再根据墙体建筑时间、建筑材料、维修次数、维修材料以及北京的气候等一系列数据计算出一个相对准确的“红色”进行填充。

色彩翻译：裸眼之外的太空

既然如此，那么经过NASA处理的照片，是不是都尽可能准确地呈现了人类眼中的宇宙呢？

不一定。因为并非所有天文图片处理都是为了呈现宇宙在人类肉眼观察下的模样。

这张图片与前面的“创世之柱”同时拍摄，同时发布在哈勃空间望远镜官网上，拍摄的是同样的M16鹰状星云。而且，它们都是真的。

两张图片之所以看上去有天壤之别，是因为前者呈现的是可见光，而后者呈现的则是人类肉眼不可见的红外光。可见光版本的“创世之柱”，几乎接近宇航员坐飞船飞过鹰状星云时能够看到的情景。而后者则通过将红外光可视化，突出了“创世之柱”中新星的诞生，具有极高的研究价值。

Robert Hurt是NASA红外处理分析中心的一名天文学家，他的日常工作便是将天文望远镜收集到的不可见光具象化。

“我的工作基本上就是从原始黑白图片中获取信息，将分布在红外光谱中的数据重新排布在可见光的范围之内。一般情况下是利用Photoshop中红色、绿色和蓝色的图层，尽量将不可见的红外光用可见的色彩准确表现出来。这是个视觉翻译的过程。”

丨 色彩图谱，相当于这个翻译过程用到的字典。人类可见光（七彩部分）在光谱上所占比重很小。

丨 猎户座星云M42的处理过程。M42自身的颜色均属于肉眼不可见的红外波段。在成图中，红色表示波长相对较长的红外光，而蓝色表示波长相对较短的红外光。

此外，天文图片处理还能够帮助人们识别人类肉眼不可察觉的差异。

这张猫眼星云照片所呈现出的颜色，与其实际颜色截然不同。根据哈勃所采集的数据，猫眼星云原本的颜色是三种波长相近的红光，分别相当于氢原子、氧原子和氮离子（失去一个电子后的氮原子）辐射光。然而人的肉眼是无法区分这三种光线的。因此在图片处理过程中，NASA的工作人员分别使用红色、蓝色和绿色替代三种光线，来强调猫眼星云中化学成分的差异。

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没错，你的宇宙被NASA PS 过了，但这没有什么值得大惊小怪的。太空图像处理在世界各地的天文研究当中都是必要步骤。

另外，NASA也并没有试图掩盖什么事实。所有未经PS的原始图片都乖乖躺在NASA官网的图片库里，免费向全世界公众开放。

丨 卡西尼号最后一张未经处理的原始照片，长这样。

如果你真的好奇这些壮观的宇宙图片处理前的样子，你总能根据照片拍摄时间在原始图库中找到答案。

丨 土卫二在土星地平线上缓缓落下。右边是处理后的图片，而左边的原图在卡西尼原始素材库中很容易找到。

那么，网上盛传的那张丑陋的“地球素颜照”是假的吗？

也不是。这是欧洲宇航局“重力场与稳态海洋环流探测”（GOCE）项目中绘制的地球重力场分布图。不比“蓝色大理石”真，也不比它假。

对于浩瀚无垠的宇宙来说，“真实”值得以多样的角度来进行探索。以人类有限的感官水平来定义真实尚且显得狭隘，就不要用“PS即为作假”这样的概念揣度宇宙了。

参考文章：

[1] Introduction GOCE, ESA.

[2] A short introduction to astronomical image processing, Hubble Site, ESA.

[3] Truth Behind the Photos: What the Hubble Space Telescope Really Sees, Space.com.

[4] Conspiracy Debunked: NASA Photoshops Images for Good Reason, Space.com.

[5] The Cosmic Hearth, AstroPix.

[6] Robert Hurt, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology.

[7] How Photoshop Helps NASA Reveal the Unseeable, Adobe.

[8] Suomi-NPP's 'Marble' Collection, NASA.

[9] Gallery: The art and science of space photography, TED. 

[10] Robert Simmon AKA Mr. Blue Marble, NASA.

图片来源/NASA、ESA

编辑/韩羽桐、Arcturus

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