Изображение предоставлено: JHU
Несколько недель назад астрономы из Университета Джона Хопкинса объявили, что если вы усредните цвет всех звезд во Вселенной, то получится аквамариновый цвет. Что ж, оказывается, в их программном обеспечении была ошибка, из-за которой цвета смешивались неправильно. Как только они подавили ошибку и заново провели вычисления, средний цвет всей вселенной стал бежевым.
Какого цвета Вселенная? На этот, казалось бы, простой вопрос астрономы так и не ответили. Трудно провести точный и полный учет всего света во Вселенной.
Однако с помощью 2dF Galaxy Redshift Survey - нового обзора более 200 000 галактик, который измеряет свет от большого объема Вселенной - мы недавно смогли попытаться ответить на этот вопрос. Мы построили то, что мы называем «космическим спектром», который представляет собой всю сумму всей энергии в локальном объеме Вселенной, излучаемой на разных длинах оптических волн света. Так выглядит космический спектр:
Это график энергии, излучаемой во Вселенной для разных длин волн света (данные здесь). Ультрафиолетовый и синий свет находятся слева, а красный свет - справа. Он построен путем сложения всех индивидуальных спектров отдельных галактик в обзоре 2dF. Сумма представляет собой свет всех звезд. Мы считаем, что, поскольку обзор 2dF настолько велик (достигает нескольких миллиардов световых лет), этот спектр действительно репрезентативен. Мы также можем показать космический спектр следующим образом:
Здесь мы указали приблизительный цвет, который глаз мог бы видеть на каждой длине волны света (хотя на самом деле мы не можем видеть много света ниже 4000 ангстрем, ближнего ультрафиолета; и, строго говоря, мониторы не могут точно отображать монохроматические цвета, цвета радуги) .
Вы можете думать об этом как о том, что увидел бы глаз, если бы мы пропустили весь свет во Вселенной через призму, чтобы получить радугу. Интенсивность цвета пропорциональна его интенсивности во Вселенной.
Так какой же средний цвет? то есть цвет, который наблюдатель увидел бы, если бы у него была Вселенная в коробке, и он мог бы видеть весь свет сразу (и он не двигался, для реального наблюдателя на Земле, чем дальше галактика от нас, тем больше она красное смещение (перед объединением мы уменьшили красное смещение всего нашего света).
Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны вычислить среднюю реакцию человеческого глаза на эти цвета. Как нам выразить этот цвет? Самый объективный способ - указать значения x, y CIE, которые определяют расположение цвета на диаграмме цветности CIE и, следовательно, стимул, который будет видеть глаз. Любой спектр с одинаковыми x, y должен давать одинаковый воспринимаемый цвет. Эти числа равны (0,345,0,345), и они надежны, мы рассчитали их для различных подвыборок исследования 2dF, и они незначительно различаются. Мы даже вычислили их для спектроскопического обзора Sloan Digital Sky Survey (который обгонит 2dFGRS как самый большой обзор красного смещения где-то в 2002 году), и они, по сути, те же самые.
Но какой на самом деле цвет? Что ж, чтобы сделать это, мы должны сделать некоторые предположения о человеческом зрении и степени общего освещения. Нам также необходимо знать, какой монитор используете вы, читатель! Конечно, это невозможно, но мы можем сделать среднее предположение. Итак, вот цвета:
Что это за цвета? Они представляют цвет Вселенной для разных белых точек, которые представляют адаптацию человеческого глаза к разным видам освещения. Мы будем воспринимать разные цвета в разных обстоятельствах, и спектр, который кажется «белым», будет различаться. Распространенным стандартом является «D65», который близок к тому, чтобы дневной свет (в слегка облачном небе) устанавливался на белый цвет, а по сравнению с ним Вселенная кажется красноватой. «Illuminant E» (точка белого с равной энергией) - это, возможно, то, что вы увидите для белого цвета при адаптации к темноте. «Источник света А» представляет внутреннее освещение, по сравнению с которым Вселенная (и дневной свет) очень синяя. Мы также показываем цвета с гамма-коррекцией 2,2 и без нее, что лучше всего подходит для отображения на обычных мониторах. Мы предоставляем линейный файл, поэтому вы можете применить свою собственную гамму, если хотите.
Почти наверняка вам нужно смотреть на цветные пятна с надписью «гамма», но не все дисплеи одинаковы, поэтому ваш пробег может отличаться.
Так что же случилось с «бирюзой»?
Мы нашли ошибку в нашем коде! В нашем первоначальном расчете, который вы, возможно, читали в прессе, мы использовали (добросовестно) программное обеспечение с нестандартной точкой белого. Скорее предполагалось использовать белую точку D65, но не применили ее. В результате эффективная белая точка была несколько более красной, чем у источника света E (как будто вокруг были какие-то красные неоновые огни) на 0,365,0,335. Хотя значения x, y Вселенной не изменились по сравнению с нашим первоначальным расчетом, смещение белой точки сделало Вселенную 'бирюзовой'. (то есть x, y остается прежним, но соответствующие эффективные значения RGB сдвигаются).
Излишне говорить, что после того первого расчета у нас было много переписки с учеными-цветоводами, и теперь мы написали собственное программное обеспечение для получения более точного значения цвета. Мы признаем, что цвет Вселенной был своего рода уловкой, чтобы попытаться сделать нашу историю о спектрах более доступной. Тем не менее, это действительно вычислимая вещь, поэтому мы считаем важным сделать это правильно.
Мы хотели бы отметить, что наше первоначальное намерение было просто забавной сноской в нашей газете, оригинальная история в прессе превзошла наши самые смелые ожидания! Ошибка потребовала некоторого времени, чтобы осознать и отследить. Лишь немногие специалисты по цвету смогли обнаружить ошибку. Одна из моральных составляющих этой истории заключается в том, что нам следовало уделить больше внимания аспекту «науки о цвете», чтобы он тоже был рассмотрен.
Хватит разговоров. Так какого цвета Вселенная?
Неужели ответ так близок к белому, что трудно сказать. Вот почему такая маленькая ошибка имела такой большой эффект. Чаще всего выбирают белый цвет D65. Однако, если ввести луч космического спектра в комнату, сильно освещенную только лампочками (источник света A), он будет казаться очень синим, как показано выше. В целом, вероятно, Illuminant E является наиболее подходящим для взгляда на Вселенную издалека в темноте. Итак, наше новое предположение:
БЕЖЕВЫЙ
Хотя можно утверждать, что он может выглядеть более розоватым (как D65 выше). Удачи, если вы заметите разницу между этим цветом и белым! Вы должны просто увидеть это, однако, если бы мы сделали фон страницы черным, это было бы очень сложно! Мы получили множество предложений по этому цвету по электронной почте. У нас есть первая десятка, и мы считаем, что победителем стал «Cosmic Latte» с пристрастием к кофеину!
Моделирование Вселенной
Из-за всех этих сложностей мы решили убедиться в этом сами. Марк Фэирчайлд из Munsell Color Laboratories в Рочестере, штат Нью-Йорк, работает с нами над моделированием космического спектра, они могут управлять источниками света, чтобы обеспечить точно такую же стимуляцию красных / зеленых / синих глаз, какую вы бы видели в космическом спектре. После этого мы сможем увидеть это при различных условиях освещения, возможно, имитируя глубокий космос, и собственными глазами увидеть истинный цвет Вселенной.
Настоящая научная история
Конечно, нашим настоящим мотивом для расчета космического спектра было нечто большее, чем создание этих красивых цветных изображений. Цвет интересен, но на самом деле космический спектр богат деталями и говорит нам гораздо больше об истории звездообразования во Вселенной. Вы, возможно, заметили выше, что космический спектр содержит темные линии и яркие полосы, которые соответствуют характерному излучению и поглощению различных элементов:
Они могут напоминать вам линии фраунгофера в солнечном спектре. Действует точно такой же процесс атомной абсорбции. Сила темных линий определяется температурой звезд, составляющих космический спектр. У более старых звезд более холодная атмосфера, и их линии образуют другой набор линий, чем у горячих молодых звезд. Анализируя спектр, мы можем определить их относительные пропорции и попытаться сделать вывод, какой была скорость звездообразования в прошлые эпохи Вселенной. Кровавые подробности этого анализа приведены в Baldry, Glazebrook, et al. 2002. Простая картина предполагаемых нами наиболее вероятных историй звездообразования во Вселенной показана здесь:
Все эти модели дают правильный космический спектр в обзоре 2dF, и все они говорят, что большинство звезд во Вселенной сегодня сформировались более 5 миллиардов лет назад. Это, конечно, означает, что цвет Вселенной был бы другим в прошлом, когда было больше горячих молодых голубых звезд. Фактически, мы можем рассчитать, что это будет из нашей наиболее подходящей модели. Эволюция цвета с 13 миллиардов лет назад до 7 миллиардов лет в будущем выглядит следующим образом при наших различных предположениях:
Вселенная изначально была молодой и голубой, и постепенно становилась все краснее по мере того, как увеличивалась популяция эволюционировавших «красных» гигантских звезд. Скорость образования новых звезд резко снизилась за последние 6 миллиардов лет из-за уменьшения запасов межзвездного газа для образования новых звезд. Поскольку скорость звездообразования продолжает снижаться, и все больше звезд становятся красными гигантами, цвет Вселенной становится все краснее и краснее. В конце концов все звезды исчезнут, и не останется ничего, кроме черных дыр. Они тоже в конечном итоге испарятся в результате процесса Хокинга, и ничего не останется, кроме старого света, который сам покраснеет по мере того, как Вселенная будет расширяться навсегда (в текущей космологической модели).
Первоисточник: Выпуск новостей JHU
