Красим Марс своими руками

В недавнем топике ^[1] по следам печальной истории «Фобос-Грунта» была затронута версия о заговоре руководства НАСА, якобы заставляющего сотрудников перекрашивать марсианские снимки с голубым, почти земным небом и кучей зеленой растительности в сплошные чужие красно-рыжие тона. Тема вызвала приличный отклик, и, я думаю, многим хабрапользователям было бы интересно самим поучаствовать в сеансе разоблачения жуликов космического масштаба. Либо «утки» такого же масштаба — смотря что покажет нехитрый эксперимент.

Нам понадобится:

1. Совсем чуть-чуть простейшей теории о том, что и как снимают камеры марсоходов.
2. Несколько исходных снимков ^[2] этих камер.
3. Любой графический редактор, позволяющий работать с цветовыми каналами (хотя бы GIMP).

Теоретическая часть топика основана на кратком вольном пересказе подборки написанных по горячим следам (в 2004 г.) грамотных постов с какого-то, судя по всему, (анти)конспирологического форума, ныне доступной в веб-архиве ^[3].

1. Теория

Сразу уточним, что будем работать с материалами марсоходов-близнецов «Спирита» и «Оппортьюнити», второй из которых до сих пор функционирует (вот уже 9-й год!).

Нас интересуют снимки панорамных камер ^[4] (внешняя пара «глаз», похожих на стереоглаза Джонни-Пятого и Валл-И из соотв. фильмов:) — именно из них собираются «цветные» панорамы марсианских ландшафтов, вызывающие у многих недоверие.

Эти камеры — не цветные. В отличие от обычных цифровых фотоаппаратов, где каждый пиксель снимается одновременно на три чувствительных элемента через три светофильтра, камеры марсходов делают снимки на одну черно-белую матрицу последовательно, механически меняя фильтр. У правой и левой камер слегка разные наборы фильтров, вот такие:

Как видим, для двух УФ- и одного ИК-фильтра спецификация камер ^[5] не уточняет значения полосы, и для двух «солнечных» вообще ее не раскрывает. Но нас интересует видимая часть спектра, для которой всё хорошо документировано. Фильтры очень избирательные (интерференционные) и охватывают лишь выборочные участки спектра, так что о точной цветопередаче можно забыть уже начиная отсюда. НАСА объясняет это тем, что задача «фотографировать Марс на открытки» перед марсхододами и не стояла, а успешно решалась другая задача — опознавать марсианские минералы. Нас же интересует, что можно получить хотя бы из этих данных.

Снимки марсоходов выложены здесь ^[2]. У файлов «неприличные» имена ^[6] типа «2P126644567ESF0200P2095L2M1.JPG», где жирным я выделил использованный фильтр (другие значимые части: первая цифра — марсоход (1 — «Оппортьюнити», 2 — «Спирит»), P — камера, наша панорамная, 9 цифр за ней — метка времени, число секунд с полудня 1.01.2000, 02 и 00 — номера остановки марсохода и его положения на ней соотв-но, остальное — технические детали).

Чтобы сделать цветной снимок, нужно взять три черно-белых, снятых через красный, зеленый и синий фильтры соответственно, и подставить в качестве исходников соответствующих каналов.

2. Практика

Я выбрал для экспериментов снимки панорамной камеры «Спирита», сделанные на 1846-й марсианский день его приключений. В этот день он снимал преимущественно ту самую калибровочную мишень («солнечные часы» с четырьмя цветными метками, схемой орбит двух планет и чуть пафосной надписью «Два мира, одно солнце» рядом), из-за которой до сих пор возникают споры. И как раз через все (почти) нужные нам фильтры.

С синим и зеленым каналами вопросов не возникает — фильтры L6 и L5 отлично подходят (обратите внимание на яркость соотв. меток):

А вот для красного возможны варианты. Как объясняет НАСА, часть панорам использовала в качестве исходника красного канала снимок через L4 (красный почти на границе с оранжевым), а часть — через L2 (ближний ИК). Сравним оба варианта:

И в скомпонованном виде (слева — с оранжево-красным фильтром, справа — с ИК):

3. Результаты и обсуждение

Как видим, рыжая марсианская пыль, за пять лет плотно облепившая «ручку» в центре мишени, стала контрастнее, но своего оттенка не изменила! Общий тон картинки слегка «сполз» в красноту (опять же подчеркнув «ржавые» пятна наверху), но несильно. А вот с цветными метками при выборе красно-инфракрасного фильтра и впрямь происходит полный массаракш — как на тех панорамах, которые уже 9-й год беспокоят конспирологов.

Но присмотримся к исходному снимку с L2. Почему на нем синяя метка, которая даже через синий фильтр L6 была лишь светло-серой, вдруг засияла ослепительной белизной? Разгадка — несовершенство самой краски, которой метка нанесена. Вот как выглядит спектр отражения всех четырех меток:

Т.е. оранжевый и оранжево-красный синяя метка поглощает почти полностью, а вот красно-инфракрасный резко начинает снова отражать, и уже в ближайшем ИК-диапазоне сияет вдвое ярче, чем в своем родном синем. Что мы и видим на всех снимках через ИК-фильтр!

Другие метки, как видно, тоже страдают избыточным отражением в ИК-диапазоне, но с синей этот эффект особенно разителен. Кроме того, видно, что в обоих вариантах «не повезло» желтой метке — вместо четкого цвета (как на страничке ^[7] этой калибровочной мишени на сайте НАСЫ) получился какой-то невнятный песочный цвет. Как показывает график, максимум отражения этой желтой краски в видимом свете «пролетел» между полосами фильтров L5 и L4. Имеющиеся фильтры просто не позволяют показать желтую метку во всей ее красе. Интересно, на самом Марсе ничего с похожим спектром не завалялось?..

4. Выводы и направления для дальнейших поисков

Итак, наш эксперимент показал, что для ответа на главный вопрос обывателя «так какого же всё-таки цвета небо на Марсе?» данных нам не хватает. Мы выяснили, что публикуемые «цветные» снимки Марса могут давать лишь приблизительное представление о реальных цветах, и однозначно сказать, которое из «приближений» лучше, мы не можем, с учетом особенностей спектра эталонных меток даже передача их цвета — далеко не лучший критерий. И поймать НАСУ (которая всегда честно предупреждала о «приблизительности» цветов на своих снимках, хоть и мелким шрифтом на отдельной странице:) на очевидном вранье нам не удалось.

Но может быть, уважаемое читатели подскажет, как из этих снимков можно получить больше данных — именно тех, что интересуют «простого налогоплательщика», т.е. о реальном цвете марсианского неба и марсианской травы поверхности? Должны же быть какие-то алгоритмы интерполяции недостающих данных? Любые конструктивные идеи в комментариях приветствуются!

Автор: SelenIT2