Vaizdo kreditas: JHU
Astronomai iš Johno Hopkinso universiteto prieš kelias savaites paskelbė, kad įvertinus visų visatos žvaigždžių spalvų vidurkį, rezultatas būtų akvamarino spalva. Na, paaiškėja, kad jų programinėje įrangoje buvo klaida, dėl kurios spalvos buvo neteisingai sumaišytos. Kai jie pašalino klaidą ir perskaičiavo, vidutinė visos visatos spalva tapo smėlio spalvos.
Kokia yra Visatos spalva? Į šį, atrodytų, paprastą klausimą astronomai niekada iš tikrųjų neatsakė. Sunku tiksliai ir visapusiškai surašyti visą šviesą Visatoje.
Tačiau naudodami 2dF Galaxy Redshift Survey – naują daugiau nei 200 000 galaktikų tyrimą, kuris matuoja didelio Visatos tūrio šviesą – neseniai galėjome pabandyti atsakyti į šį klausimą. Sukūrėme tai, ką vadiname „kosminiu spektru“, kuris atspindi visą energijos sumą vietiniame visatos tūryje, skleidžiamą esant skirtingam optiniam šviesos bangos ilgiui. Štai kaip atrodo kosminis spektras:
Tai yra Visatoje skleidžiamos energijos skirtingiems šviesos bangų ilgiams grafikas (duomenys čia). Ultravioletinė ir mėlyna šviesa yra kairėje, o raudona - dešinėje. Tai sukonstruota sudedant visus atskirų galaktikų spektrus 2dF tyrime. Suma reiškia visų žvaigždžių šviesą. Manome, kad kadangi 2dF tyrimas yra toks didelis (siekia kelis milijardus šviesmečių), šis spektras yra tikrai reprezentatyvus. Taip pat galime parodyti kosminį spektrą taip:
Čia mes įtraukėme apytikslę spalvą, kurią akis matytų esant kiekvienam šviesos bangos ilgiui (nors iš tikrųjų negalime matyti daug šviesos žemiau maždaug 4000 angstremų, artimo ultravioletinio spindulio; ir griežtai tariant, monitoriai negali tiksliai parodyti vienspalvių spalvų, vaivorykštės spalvų) .
Galite galvoti apie tai, kaip tai, ką akis pamatytų, jei visą Visatos šviesą per prizmę sukurtume vaivorykštę. Spalvos intensyvumas yra proporcingas jos intensyvumui Visatoje.
Taigi, kokia yra vidutinė spalva? ty spalva, kurią stebėtojas matytų, jei būtų visata dėžutėje, ir galėtų matyti visą šviesą vienu metu (ir ji nejudėtų, tikram stebėtojui žemėje, kuo toliau nuo mūsų galaktika, tuo labiau ji yra raudonasis poslinkis. Prieš sujungdami pašalinome visos šviesos poslinkį).
Norėdami atsakyti į šį klausimą, turime apskaičiuoti vidutinį žmogaus akies atsaką į šias spalvas. Kaip išreiškiame šią spalvą? Objektyviausias būdas yra cituoti CIE x,y reikšmes, kurios nurodo spalvos vietą CIE spalvingumo diagramoje, taigi ir stimulą, kurį matys akis. Bet koks spektras, turintis tą patį x,y, turi duoti tą pačią suvokiamą spalvą. Šie skaičiai yra (0,345,0,345) ir yra tvirti, juos apskaičiavome skirtingoms 2dF tyrimo imtims ir jie skiriasi nežymiai. Mes netgi apskaičiavome juos Sloan Digital Sky Survey spektroskopiniam tyrimui (kuris 2002 m. aplenks 2dFGRS kaip didžiausią raudonojo poslinkio tyrimą), ir jie iš esmės yra tokie patys.
Bet kokia yra tikroji spalva? Norėdami tai padaryti, turime padaryti tam tikras prielaidas apie žmogaus regėjimą ir bendro apšvietimo laipsnį. Taip pat turime žinoti, kokį monitorių naudojate jūs, skaitytojau! Žinoma, tai neįmanoma, bet galime padaryti vidutinį spėjimą. Taigi čia yra spalvos:
Kas yra visos šios spalvos? Jie atspindi visatos spalvą skirtingiems baltiems taškams, kurie atspindi žmogaus akies prisitaikymą prie skirtingo apšvietimo. Skirtingomis aplinkybėmis suvoksime skirtingas spalvas, o „baltos“ spektro rūšis skirsis. Įprastas standartas yra „D65“, kuris yra artimas tam, kad dienos šviesa (šiek tiek apsiniaukusiame danguje) būtų balta, o palyginus su juo visata atrodo rausva. „Apšviečiamasis E“ (lygios energijos baltas taškas) yra tai, ką galbūt pamatytumėte baltą, kai pritaikytumėte tamsą. „Illuminant A“ reiškia patalpų apšvietimą, palyginus su juo Visata (ir dienos šviesa) yra labai mėlyna. Taip pat rodome spalvas su gama korekcija 2,2 ir be jos, o tai yra geriausias būdas rodyti tipiniuose monitoriuose. Pateikiame linijinį failą, todėl, jei norite, galite pritaikyti savo gama.
Beveik neabejotinai reikia pažvelgti į spalvų pleistrus, pažymėtus „gama“, bet ne visi ekranai yra vienodi, todėl jūsų rida gali skirtis.
Taigi, kas atsitiko su „turkiu“?
Savo kode radome klaidą! Pradiniame skaičiavime, kurį galbūt skaitėte spaudoje, naudojome (sąžiningai) programinę įrangą su nestandartiniu baltu tašku. Greičiau turėjo būti naudojamas D65 baltas taškas, bet jo netaikė. Rezultatas buvo efektyvus baltas taškas, šiek tiek raudonesnis nei „Illuminant E“ (tarsi aplinkui būtų raudonos neoninės lemputės) – 0,365,0,335. Nors Visatos x,y reikšmės nesikeičia, palyginti su mūsų pradiniu skaičiavimu, dėl baltojo taško poslinkio visata atrodė „turkio spalva“. (t. y. x,y, išlieka toks pat, bet atitinkamos efektyvios RGB reikšmės pasislenka).
Nereikia nė sakyti, kad nuo pirmojo skaičiavimo mes daug susirašinėjome su spalvų mokslininkais ir dabar sukūrėme savo programinę įrangą, kad gautume tikslesnę spalvų vertę. Pripažįstame, kad Visatos spalva buvo kažkoks triukas, siekiant, kad mūsų istorija spektruose būtų prieinamesnė. Nepaisant to, tai iš tikrųjų apskaičiuojamas dalykas, todėl manome, kad svarbu tai padaryti teisingai.
Norėtume atkreipti dėmesį, kad mūsų pradinis ketinimas tebuvo linksma išnaša mūsų straipsnyje, originali spaudos istorija pranoko mūsų drąsiausius lūkesčius! Klaidą suvokti ir susekti prireikė šiek tiek laiko. Tik keletas spalvų mokslininkų turėjo patirties, kad pastebėtų klaidą. Vienas iš šios istorijos moralų yra tas, kad turėjome daugiau dėmesio skirti „spalvų mokslo“ aspektui ir tai taip pat vertinti.
Užteks kalbų. Taigi, kokios spalvos yra Visata?
Tikrai atsakymas toks artimas baltai, kad sunku pasakyti. Štai kodėl tokia maža klaida turėjo tokį didelį poveikį. Dažniausias baltos spalvos pasirinkimas yra D65. Tačiau jei į patalpą, stipriai apšviestą tik elektros lemputėmis, būtų įvestas kosminio spektro spindulys (šviestuvas A), jis atrodytų labai mėlynas, kaip parodyta aukščiau. Apskritai, turbūt „Illuminant E“ yra pats teisingiausias, norint žiūrėti į Visatą iš tolo tamsiomis sąlygomis. Taigi mūsų naujas geriausias spėjimas yra:
BĖŽAS
Nors galima ginčytis, ar jis gali atrodyti labiau rausvas (kaip D65 aukščiau). Sėkmės, jei matote skirtumą tarp šios spalvos ir baltos! Turėtumėte tai tiesiog pamatyti, tačiau jei puslapio foną būtume padarę juodą, būtų labai sunku! El. paštu gavome daugybę pasiūlymų dėl šios spalvos. Turime dešimtuką, o nugalėtoju laikome „Cosmic Latte“, kuri yra šališka kofeinui!
Visatos modeliavimas
Dėl visų šių sudėtingumo nusprendėme įsitikinti patys. Markas Fairchildas iš Munsell Color Laboratories, Rochester, NY, bendradarbiauja su mumis, kad sukurtų kosminio spektro modeliavimą. Jie gali valdyti šviesos šaltinius, kad suteiktų lygiai tokią pat raudonų/žaliųjų/mėlynų akių stimuliaciją, kaip matote iš kosminio spektro. Tada galėsime tai pamatyti įvairiomis apšvietimo sąlygomis, galbūt imituodami giliąją erdvę, ir patys pamatyti tikrąją Visatos spalvą.
Tikra mokslo istorija
Žinoma, tikrasis mūsų motyvas apskaičiuoti kosminį spektrą buvo daug daugiau nei šių gražių spalvotų paveikslėlių kūrimas. Spalva įdomi, bet iš tikrųjų kosminis spektras yra turtingas detalių ir mums daug daugiau pasako apie žvaigždžių formavimosi Visatoje istoriją. Galbūt pastebėjote aukščiau, kad kosminiame spektre yra tamsių linijų ir ryškių juostų, kurios atitinka būdingą skirtingų elementų emisiją ir sugertį:
Tai gali priminti Fraunhoferio linijas Saulės spektre. Vyksta lygiai toks pat atominės absorbcijos procesas. Tamsiųjų linijų stiprumą lemia žvaigždžių, prisidedančių prie kosminio spektro, temperatūros. Senesnės žvaigždės turi vėsesnę atmosferą ir sukuria kitokį linijų rinkinį nei karštos jaunos žvaigždės. Analizuodami spektrą galime nustatyti santykines jų proporcijas ir pabandyti padaryti išvadą, koks buvo žvaigždžių formavimosi greitis praeitais Visatos amžiais. Išsamios šios analizės detalės pateiktos Baldry, Glazebrook ir kt. 2002. Čia parodytas paprastas mūsų numanomų žvaigždžių formavimosi Visatoje istorijos paveikslas:
Visi šie modeliai suteikia teisingą kosminį spektrą 2dF tyrime ir visi jie teigia, kad dauguma žvaigždžių šiandieninėje Visatoje susiformavo daugiau nei prieš 5 milijardus metų. Tai, žinoma, reiškia, kad Visatos spalva praeityje būtų buvusi kitokia, kai buvo daugiau karštų jaunų mėlynų žvaigždžių. Tiesą sakant, galime apskaičiuoti, kas tai būtų pagal mūsų geriausiai tinkantį modelį. Remiantis įvairiomis prielaidomis, spalvos raida nuo 13 milijardų metų iki 7 milijardų metų ateityje atrodo taip:
Visata prasidėjo jauna ir mėlyna, o didėjant išsivysčiusių „raudonųjų“ milžiniškų žvaigždžių populiacijai, ji palaipsniui tapo raudonesnė. Per pastaruosius 6 milijardus metų naujų žvaigždžių susidarymo greitis smarkiai sumažėjo dėl tarpžvaigždinių dujų atsargų, skirtų naujoms žvaigždėms formuotis, mažėjimo. Žvaigždžių formavimosi greičiui toliau mažėjant ir vis daugiau žvaigždžių tampant raudonosiomis milžinėmis, Visatos spalva taps vis raudonesnė. Galiausiai visos žvaigždės išnyks ir neliks nieko kito, tik juodosios skylės. Jie taip pat ilgainiui išgaruos per Hokingo procesą ir nieko neliks, išskyrus seną šviesą, kuri pati paraus, nes Visata amžinai plečiasi (dabartiniame kosmologiniame modelyje).
Originalus šaltinis: JHU naujienų pranešimas