什么？天文照片全是PS过的？！

很多人对天文感兴趣，是被一幅幅壮观绚丽的天文美图带入坑的。可你是否知道，这些美图都是后期做出来的？

部分朋友的反应可能是震惊脸，什么什么，天文学也玩网红那一套？退坑退坑……

别走啊，天文学“P图”可不是自拍完了套几个滤镜完事，而是既需要科学知识又需要艺术造诣的精细工作，还能帮助人们更直观地认识宇宙呢。接下来就通过几张著名的图片，跟大家聊聊天文美图“P图”基本功。

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这张图，为啥形状那么怪？

以“旅行者1号”探测器拍的“太阳系全家福”为例，当时是1990年2月，“旅行者1号”已飞到64亿公里以外，它回望太阳系，拍摄制作了这张著名的图片。

太阳系全家福，1990年2月14日，“旅行者1号”拍摄。图源NASA

这图的造型为什么这么奇葩呢？那当然是因为拼图了。

图片的主体部分，实际上是由39张单独的照片拼接连缀而成。其中，每个标记字母的地方就是一颗（基本看不见的）行星，如J表示木星（Jupiter）、E表示地球（Earth）、V表示金星（Venus）等等。

有过拍合影经验的朋友可能会问，为什么这里不直接用广角镜头来张全家福呢？这是因为天文观测的视野通常非常非常小。能拍下这些照片还多亏了探测器要拍摄行星全身照，出发时带了个视野稍宽的相机，从天文观测的角度来说，每张小照片已经算是“广角”了！而周边的6张小彩图，是探测器在同样的位置，用视野更窄的相机拍摄的。

“旅行者1号”拍摄这一系列照片时，需要多次调整镜头指向、设置曝光参数。地面合成时，要忠实地复现这些变化，才能把图片拼接到正确的位置。

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这些图，为啥右上角缺一块？

下面这些图，右上角都有个可疑的缺口，这是怎么回事呢？这事其实还是拼图的锅。

三图依次为：后发座M100、IC 2944（走鸡星云）、哈勃深空。图源NASA

有的拍摄任务并不需要改变太空望远镜的朝向，但因为设计或当时的技术限制，还是要拼图完成。例如“哈勃”望远镜，在1993年到2009年间，它使用第二代广域和行星相机（WFPC2），有4块800×800的CCD感光片。我们看到的最终照片，都是由四幅图片拼接而成的。

这4个CCD中，有1个与众不同，它的视野比其他几块小，但像素一样多，这样它就可以用来拍摄天体的某个局部，供天文学家研究细节。比如，鹰状星云“创世之柱”的照片，本来应该是下图这样：

“创世之柱”，1995年4月1日，“哈勃”望远镜拍摄。图源NASA

不过，向大众展现时，就得把这个用来放大局部的角缩小，才能和其他三个角拼接成一幅衔接流畅的照片，像下图这样，右侧星云柱上下接合完美：

有得必有失，图片衔接是流畅了，却造成了一个没有内容的缺口。天文学家是有底线的，不会造个虚假背景放在这里。所以，“哈勃”望远镜的许多照片，都有这个标志性的阶梯状暗角，直到2009年，它更新换代，使用了第三代广域相机（WFC3），这个暗角才消失不见。

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这张图，直接拍相机会烧坏……

除了视野方面的问题，有时，图片拼接则是因为被摄对象条件太极端，无法一下子看全。

比如下面这幅日冕物质抛射，羽状抛出的物质是由SOHO太阳探测器的LASCO光谱仪拍摄的，但LASCO从来只敢遮着太阳观察日冕。因为假如它在无遮挡的情况下直接“看”一眼太阳，那就是最后一眼——设备会当场烧坏。而下图中间的太阳，是由探测器上的EIT望远镜在极紫外波段拍到的，比起正常尺寸放大了些，填到中间，以增强图片效果。这两台仪器，一个不敢看太阳，一个看不到外层日冕，各自拍一部分，拼到一起，就还挺美的。

日冕物质抛射，2002年1月8日，SOHO拍摄。图源NASA

正常尺寸图片中间的太阳小一圈 | 来源Credit: ESA/NASA/SOHO

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给天文照片“磨皮”，绝对是力气活……

很多天文美图，看上去辽阔深远又通透清澈，但实际上，原图都是点点划划惨不忍睹的。

比如下图是笔者在2015年冬天拍摄的猎户座大星云，谈不上是张好片子，因为是户外随兴拍摄，手边只有一个白天拍鸟的长焦相机，也没有赤道仪用来消除地球自转造成的星光拉丝，只好把相机的感光度调得很高很高，以缩短曝光时间。但相机感光度一高，噪点就噌噌噌地上去了，让人无法分辨一些亮点究竟是真恒星呢，还是卫星或太空垃圾呢，还是相机自己的噪点呢？

这时，就需要叠图来增强信号抑制噪点了。

请留意图中圈出的4个光点。

猎户座大星云，2015年12月。曲炯拍摄

我拍了十几幅照片，选了几张质量不错的，仔细地在PS里把它们的亮星对齐，然后，我把上面几个图层设为“变暗”——也就是说，对于每个像素，只显示所有图层中最暗的那个。如果那里有一颗真恒星，它应该在所有的图层的同一位置都是亮的，最终会显示出来。如果那只是一颗卫星、一架飞机、一个高感光度造成的噪点，那么它就会被其他图层投票“拉黑”，消失在深色的背景中。

叠加合成的照片如下，画面干净许多，真星星都留下来了，上图圈出的亮点不见了。我检查了一下，每幅照片里都有它们，在恒星的背景下缓缓移动，可能是卫星吧。

叠图后的合成照片，是不是已经清爽了许多？

严肃的天文观测中，图像叠加技术当然要比这个“五分钟PS教程”复杂得多， 再以前面提过的哈勃深空为例，这张照片是1995年底拍摄的大熊座内一个极暗的天区。除了前景里的几颗银河系恒星之外，可看到的3000多个天体几乎全是遥远的星系，直抵百亿光年以外。如此遥远暗淡的星光，迫使“哈勃”望远镜用了10天时间，环绕地球150周，对着同一天区累计曝光141小时。最终，选取342张照片叠加，去除宇宙射线和地球散射光干扰，增强真正的信号，才合成了我们今天看到的哈勃深空图像。