//

Por que os telescópios espaciais tiram fotos em preto-e-branco?

Até a câmera do seu celular capta imagens coloridas, por que telescópios de bilhões de dólares captam imagens monocromáticas?

Início
10 minutos de leitura

A triste verdade: o Telescópio Espacial Hubble não tira fotos coloridas. As imagens coloridas são, na verdade, processadas e geradas em softwares de computador. Mas isso não quer dizer que as imagens são falsas e que o mundo é uma mentira, longe disso! O que quero dizer é que, ao contrário do seu celular, que tira fotos coloridas com apenas um apertar de botão, os telescópios precisam de várias tomadas enxergando diferentes “cores” para, depois, juntar essas imagens em uma imagem só.

Nesse texto, vamos entender o porquê de telescópios espaciais tirarem imagens preto-e-branco, o quão importante as imagens monocromáticas são para a astronomia profissional, e como os astrônomos conseguem transformar essas imagens em fotos coloridas.

Captando comprimentos de onda específicos

Diagrama do espectro visível da luz. Ondas mais longas que as visíveis pertencem ao infravermelho, ondas mais curtas são do ultravioleta.

A luz é uma onda eletromagnética. As cores nada mais são do que diferentes comprimentos de onda dessa onda eletromagnética. O vermelho tem comprimentos de onda mais longos, o azul tem comprimentos de onda mais curtos, todos dentro de uma pequena faixa que chamamos de luz visível.

Um sensor de imagem RGB de uma câmera digital.

As fotos do seu celular ou de uma câmera DSLR profissional são coloridas pois em cada pixel do sensor existem outros três subpixels bem menores, captando as ondas vermelhas (R), as ondas verdes (G) e as ondas azuis (B), tudo de forma simultânea — conforme a ilustração. A intensidade de cada uma dessas três cores em diferentes combinações forma todas as outras cores (como se fosse uma mesa de mixagem). Em seguida, o processador do seu celular empilha essas três imagens em questão de milissegundos, formando a imagem completa em RGB. Por isso dizemos que as imagens coloridas são imagens RGB, pois cada pixel possui, na verdade, três canais de cor: vermelho, verde e azul.

Os três canais de cor da foto de um pássaro. Observe como o peito azul do pássaro fica escuro nos filtros vermelho e verde, mas fica brilhante no azul. O mesmo vale para a cabeça do pássaro, brilhante no vermelho. (Imagem: Ed Harcourt/St. Lawrence University)

Um telescópio não funciona dessa forma. Um telescópio possui apenas um conjunto de sensores que pode captar apenas a intensidade de um determinado comprimento de onda de cada vez, por meio de filtros. Isso significa que para tirar uma imagem colorida, o Hubble deve tirar uma imagem captando apenas o vermelho, depois apenas o verde e depois apenas o azul, e colocar essas três imagens uma em cima da outra para montar uma imagem colorida. Esse método traz só vantagens, pois esses filtros podem ser trocados e ajustados dependendo da observação a ser feita: ora posso tirar fotos no infravermelho-próximo, ora posso tirar fotos no ultravioleta, e ora posso tirar no espectro visível, aproveitando toda a área de sensibilidade do sensor para uma infinidade de “cores”.

Por que as imagens monocromáticas são importantes?

Espectrometria de Eta Carinae mostra quais são os comprimentos de onda mais emitidos. Esses comprimentos de onda bem definidos permitem que telescópios captem emissões de hélio, ferro e níquel. As imagens, depois, são empilhadas formando uma imagem colorida. (Imagem: NASA/ESA).

Porque as imagens monocromáticas nos permitem enxergar fenômenos que são invisíveis em determinados comprimentos de onda, mas visíveis em outros. Uma nebulosa de emissão, como a Nebulosa de Órion, rica em hidrogênio, se torna mais visível e mais brilhante quando captamos imagens no comprimento de onda do hidrogênio-alfa (656,46 nanômetros), a “cor do hidrogênio”, ou seja, no espectro de emissão do hidrogênio. Se queremos captar se determinada nebulosa é rica em hélio ou carbono, podemos fotografar as nebulosas na “cor” desses determinados elementos (em termos técnicos, no espectro de emissão desses elementos) e, depois, sobrepor essas imagens.

Observe a imagem abaixo, retirada do site AstroBackyard, usando filtros de banda estreita de enxofre (SII), hidrogênio-alfa (Ha) e oxigênio (OIII) para captar imagens monocromáticas da Nebulosa do Véu. Observe como a imagem em Ha te dá mais detalhes das nuvens de hidrogênio, enquanto o OIII te dá detalhes mais nítidos do filamento central de maior metalicidade. Como o sensor capta a intensidade dessa onda, quanto mais branco maior a intensidade dessa onda. Por isso as imagens monocromáticas são importantes, porque elas nos revelam detalhes invisíveis.

Composição de três imagens de diferentes comprimentos de onda de enxofre, hidrogênio e oxigênio (SII, Ha e OIII) em uma única imagem RGB. (Imagem: AstroBackyard).

A imagem final em RGB são as três imagens combinadas. Elas não representam, necessariamente, como são visíveis a olho nu (pois posso aplicar quaisquer cores para destacar quaisquer comprimentos de onda) mas apenas empilham essas imagens formando uma única imagem colorida.

Como as imagens são compostas?

Listra de filtros da câmera WFPC2 do Telescópio Espacial Hubble. (Imagem: ESA/Hubble)

Os telescópios espaciais possuem uma série de filtros capazes de permitir a passagem apenas de determinados comprimentos de onda. São chamados de filtros de banda estreita. Esses telescópios espaciais possuem uma espécie de “roda” onde esses filtros podem ser trocados e selecionados de acordo com o tipo da pesquisa que o astrônomo deseja realizar. Então, se desejo observar fenômenos de alta energia devo observar em comprimentos de onda mais curtos (como ultravioleta); se busco por assinaturas de calor, devo observar no infravermelho.

Essas imagens são obtidas como fotos monocromáticas, que indicam apenas a intensidade daquela emissão. Pontos brancos tem grande intensidade; quanto mais em direção ao preto, menor a intensidade daquela emissão. Se tirarmos a foto de uma árvore com um filtro vermelho, por exemplo, ela vai parecer preta. Mas se tirarmos uma foto dessa mesma árvore com o filtro verde ela vai parecer branca.

Essas imagens podem ser coloridas em softwares de computador de acordo com seu comprimento de onda no espectro eletromagnético. Imagens no espectro do verde podem ser coloridas de verde, no espectro do amarelo podem ser coloridas de amarelo, mas os telescópios espaciais podem ainda fotografar no ultravioleta (pintando de roxo, por exemplo) e no infravermelho (pintando de vermelho intenso). Observe que ultravioleta e infravermelho são invisíveis para nós, mas os telescópios as enxergam e essas “cores invisíveis” podem ser inseridas na imagem, tornando-a mais rica.

A imagem de uma galáxia pode ser composta por sete filtros em uma ampla gama do espectro: do ultravioleta ao infravermelho. As imagens são originalmente monocromáticas e coloridas artificialmente. Veja que não enxergamos ultravioleta, então a coloração é artificial. (Imagem: ESA/Hubble).

Essas imagens são coloridas artificialmente de acordo com seu comprimento de onda por meio de softwares de computador, como o SAOImageDS9 ou o Aladin, uma aplicação que astrônomos profissionais usam para empilhar e processar imagens astronômicas, formando uma imagem RGB composta.

Ilustração do que seria a composição de uma imagem. Os frames de diversas cores são empilhados, formando uma única imagem colorida. (Imagem: ESA/Hubble)

É assim que os telescópios espaciais funcionam!

Brunno Pleffken Hosti

Professor. Graduando em Licenciatura em Física pela Pontifícia Universidade Católica do Paraná (PUCPR). Extensão em Astrofísica pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC). Editor do Espaço-Tempo.

Publicação anterior

Teletransporte: é realmente possível?