ウェッブ宇宙望遠鏡の画像プロセッサは、天文台の赤外線データを一般の人々にとって畏敬の念を抱かせる画像に変換したことで、2023年ギズモード・サイエンス・フェアの受賞者となった。
質問
私たちはどれだけ過去を遡ることができるのでしょうか。そして観測可能な最古の光は、宇宙についての私たちの知識をどのように変えることができるのでしょうか。
結果
100億ドルを投じたウェッブ宇宙望遠鏡は、宇宙最初期の光の一部を撮影してきました。その中には、ビッグバンからわずか数億年後の源からのものも含まれています。この望遠鏡は赤外線と近赤外線の波長の光を取り込むため、ハッブル宇宙望遠鏡のような望遠鏡よりも赤い光を捉えることができます。これは特に遠方の源の観測に優れています。遠方の源の光は、宇宙の膨張によって引き伸ばされて地球に届くため、より赤く見えるのです。この望遠鏡は、原始銀河や古代の星の観測に加え、太陽系外惑星の大気や、宇宙空間の巨大な塵の雲の中に広がる星形成領域など、これまで知られていなかった詳細を明らかにし、さらには太陽系の惑星の新たな姿も見せてくれました。
しかし、人間の目は赤外線を見ることができません。そのため、ウェッブ観測のデータは可視波長に変換される必要があり、これは科学であると同時に芸術でもあります。画像処理プロセッサは、科学的に最も興味深い点に応じて、画像のどの側面を強調し、どの側面を抑制すべきかを判断しなければなりません。ある画像では、星雲内の2種類のガスのコントラストを強調するかもしれませんし、別の画像では、星形成の活発な領域に鮮やかな色彩を与えるかもしれません。彼らの努力がなければ、ウェッブ観測から得られた素晴らしい成果はどれも、その美しさや魅力を著しく損なうものになっていたでしょう。
なぜ彼らはそれをしたのか
「最初の画像は、望遠鏡の性能と威力を示すものでした。これらの画像を通して宇宙の自然の美しさを披露すること以上に、それを示す良い方法があるでしょうか？」と、宇宙望遠鏡科学研究所のシニア科学ビジュアル開発者、ジョー・デパスクアーレ氏は述べた。「データを受け取り、そこに秘められた本来の美しさを明らかにできる人材の存在は、情報を一般の人々に届ける上で、このプロジェクトにとって非常に重要なのです。」
「目標は常に、人々に教育とインスピレーションを与えることです。それら全てを実現しつつ、Webbに特化することで、科学的なテーマ、そしてそれが何をするべきか、何ができるのかをアピールできるようにしています」と、宇宙望遠鏡科学研究所の科学ビジュアル開発者、アリッサ・ペイガン氏は語る。「まるで古代遺跡を探検しているような感じです。赤外線データがあれば、すべてが遺跡のようですから。」
「私にとって、このプロジェクトに取り組む上で最もエキサイティングなのは、ウェッブ計画からどのような未来の科学成果が生まれるのかという期待感です。現時点では、私たちにはまだ想像もできません」と、宇宙望遠鏡科学研究所の研究天体物理学者、アントン・コークモア氏は述べた。「ウェッブ計画全体には約2万人のスタッフが関わっています。私たちだけではありません。皆さんが目にしているのは、その努力の積み重ねの成果です。このシステム全体がこれほど優れた性能を発揮できるという事実は、人類のためにも、私たちが誇りに思うべきことだと思います。」
ウェッブ望遠鏡の画像プロセッサが勝者である理由
ウェッブの画像処理装置は、膨大な量の赤外線データを、私たちの視覚的な楽しみのために、丹念にフルカラーに変換しています。このチームは小規模で、宇宙望遠鏡の開発に携わってきた2万人以上のメンバーのうち、わずか数名で構成されています。彼らはウェッブの主要な撮像素子である中間赤外線装置（MIRI）と近赤外線カメラ（NIRCam）からのデータを処理しています。ウェッブが生成する合成画像は、数百、数千枚の個々の画像をつなぎ合わせたもので、数億ピクセルにもなります。彼らの研究により、これまでにないほど詳細な新天体や、これまでにないほど詳細な既知の天体が見えてくるのです。
ウェッブ望遠鏡の設計、打ち上げ、そして運用開始までには30年の歳月と100億ドルの費用がかかりました。現在、ウェッブ望遠鏡は運用を開始し、驚異的な精度で動作しています。NASA、欧州宇宙機関（ESA）、カナダ宇宙庁（CSA）は、ウェッブ望遠鏡から得られる成果を最大限に活かしたいと考えています。ウェッブ望遠鏡の画像は、30年前にハッブル宇宙望遠鏡がそうであったように、新世代の宇宙科学者たちに、大気圏の境界を越えて考えるよう刺激を与えています。
次は何？
ウェッブ宇宙望遠鏡は約20年間の運用に耐える燃料を搭載しています。ウェッブ宇宙望遠鏡のチームは、その間に更なる発見を可能にし、最古の恒星や銀河、太陽系外惑星、さらには太陽系内の天体の新たな姿を探求する予定です。ウェッブ宇宙望遠鏡はまた、将来の宇宙観測衛星の基盤を築くものでもあります。ローマン宇宙望遠鏡（今世紀中に打ち上げ予定）は、ダークエネルギーと宇宙の加速膨張を探査します。NASAは、近くの恒星を周回する太陽系外惑星の居住可能性を研究する望遠鏡の計画も進めています。
「現時点での最大の課題は、非常に新しい望遠鏡と非常に新しい機器を搭載しており、機器の特性を完全に把握するには時間がかかることです」とコーケモア氏は述べた。「機器の限界まで追い込むには、数年間運用する必要があります。」
チーム
宇宙望遠鏡科学研究所の上級科学ビジュアル開発者であるジョー・デパスクアーレ氏、宇宙望遠鏡科学研究所の研究天体物理学者であるアントン・コークモア氏、および宇宙望遠鏡科学研究所の科学ビジュアル開発者であるアリッサ・パガン氏。
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詳細: ウェッブ望遠鏡の画像はどのようにカラー化されるのか?
