L'univers en couleur

2009/03/01 Etxebeste Aduriz, Egoitz - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astronomia

(Photo: Rayons X: NASA/CXC/JHU/D.Strickland; Visible: NASA/ESA/STScI/AURA/The Hubble Heritage Team; infrarouge: NASA/JPL-Caltech/Univ. AZ/C. Engelbracht.)

Les astronomes aiment jouer avec les couleurs. Les images obtenues à travers les télescopes sont manipulées, puis nous montrent des images choquantes, élégantes de couleurs. Parfois, ils essaient, surtout avec les planètes, de les montrer comme nous le verrions vraiment à l'œil nu, mais parfois les colorations sont absolument fausses. En tout cas, il y a presque toujours des images colorées artificiellement.

Mais la vérité est que les couleurs n'est pas un jeu. Au contraire, les couleurs sont un outil très précieux pour les astronomes. Ils aident à voir ce que nous ne pourrions pas voir autrement, ou à savoir plus ou moins comment nous le verrions si nous étions là.

La plupart des informations proviennent de l'univers sous forme d'ondes électromagnétiques, qui sont les seules capables de se propager sous vide. Nos yeux ne détectent que certaines de ces ondes, qui font partie de la lumière visible, ou les couleurs que nous connaissons. Mais nous avons aussi des yeux plus puissants. Le prestigieux télescope Hubble voit beaucoup plus de "couleurs" que nous, y compris ceux que nous voyons. Cependant, le Hubble prend des photos en noir et blanc, puis les astronomes peintres les donnent.

Couleur réelle

La couleur "réelle" de Mars. La photo des couleurs de gauche nous montre comment nous pourrions voir plus ou moins Mars. Le télescope spatial Hubble est une composition réalisée avec trois photographies prises en lumière rouge (673 nm), verte (502 nm) et bleue (410 nm). À droite, vous pouvez voir ce qui est extrait en bleu, en soulignant la structure des nuages, tout comme dans les images satellites de la Terre qui sont utilisés pour prédire le temps.

(Photo: Phil James (Univ. Tolède), Todd Clancy (Space Science Inst., Boulder, CO), Steve Lee (Univ. Colorado), NASA.)

Pour imiter ce que nos yeux verraient, ils partent de trois photographies prises en noir et blanc. Ces photos sont généralement des filtres, dans ce cas avec filtre rouge, vert et bleu. Chaque filtre laisse passer uniquement la couleur correspondante et ce que reflète la photo en noir et blanc est la quantité de lumière ou de rayonnement émis par un corps donné pour chaque couleur. Ensuite, pour obtenir l'image en couleur, on donne la couleur correspondant à chaque photo en noir et blanc et on superpose les trois.

Les images ainsi obtenues sont souvent étiquetées comme “couleur réelle” ou “couleur naturelle”; les plus sensées préfèrent “couleur réelle approximative”. Il est similaire au processus qui effectue un appareil photo numérique automatiquement. Mais le Hubble a presque 40 filtres et en plus de la lumière visible est capable de voir UV et infrarouge, oui, toujours en noir et blanc. Ainsi, le Hubble peut prendre beaucoup plus de types de photos qu'un appareil photo classique. Selon les filtres utilisés et la couleur donnée à chaque photo, le résultat final sera plus ou moins proche de la réalité.

Cela donne beaucoup de jeu. Par exemple, et suivant le spectre de la lumière visible, entre les gaz d'une nébuleuse, les atomes d'oxygène, les atomes d'hydrogène et les ions d'azote émettent de la lumière à différentes longueurs d'onde. Chaque élément a sa propre longueur d'onde exacte, mais dans ce cas, les trois entrent dans la zone rouge. Nous ne pourrions pas les différencier : nous verrions tout rouge. Mais si nous photographions avec un filtre pour chacune de ces longueurs d'onde spécifiques, puis nous donnons une couleur à chacune d'elles, comme le rouge à l'hydrogène, le bleu à l'oxygène et le vert à l'azote, l'image obtenue nous donnera beaucoup plus d'informations.

Invisible en couleur

Saturne en couleurs vives. Si nous allions à Saturne, nous ne verrions jamais ces couleurs. Cette image fausse couleur est réalisée avec des photographies prises par la sonde Cassini en trois longueurs d'onde de la zone infrarouge: Les longueurs d'onde des micromètres 2,3, 3 et 5,1 ont reçu respectivement une couleur bleue, verte et rouge. Dans la zone nuit (à droite), on peut voir le rayonnement thermique de Saturne à 5,1 m (rouge). Les épais nuages atmosphériques empêchent ce rayonnement et sont considérés comme des bandes ou des cicatrices foncées. D'autre part, les particules de glace dans les anneaux reflètent les ondes de 2,3 m (en bleu) et absorbent les méthanes de l'atmosphère de Saturne. Le contraire se produit à 3 mm (en vert) : la glace absorbe et reflète les différences de la planète illuminée par le Soleil.

(Photo: NASA/JPL/University of Arizona)

D'autre part, de nombreux messages envoyés par l'univers nous arrivent dans des longueurs d'onde invisibles pour nous. Si nous ne l'avions pas pris en compte, beaucoup de corps astronomiques ne les connaîtraient même pas, puisque le rayonnement émis par eux arrive sur Terre sous forme de rayons X, infrarouges, ultraviolets, radio-ondes ou micro-ondes.

Pour connaître les secrets de l'univers, il est indispensable d'avoir des yeux qui voient toutes ces radiations. Le rayonnement proche de l'infrarouge, par exemple, ne s'éteint pas aussi rapidement que la lumière visible, ce qui permet de voir des zones ombragées par la poussière interstellaire, comme les parties les plus denses des nébuleuses et des centres des galaxies. Dans le projet 2MASS exploré le ciel avec deux télescopes qui détectent l'infrarouge à proximité: Entre 1997 et 2001, un million et demi de galaxies ont été détectées, la moitié non répertoriées auparavant.

Les galaxies les plus proches sont également visibles dans la lumière, mais si elles sont observées avec d'autres yeux, on peut en savoir beaucoup plus sur elles. Dans la lumière ultraviolette, les zones de génération stellaire et les jeunes étoiles éclairent; dans l'infrarouge, la poussière interstellaire et le gaz deviennent visionnaires; les ondes radio permettent de détecter des molécules comme H 2 , CO et NH 3; et si nous servons les rayons X, nous pouvons voir les zones d'énergie la plus élevée de la galaxie. Ainsi, la combinaison de chacun d'eux est essentielle pour savoir ce qui se passe dans une galaxie, comment elle évolue et quelle relation elle a avec le milieu.

Certaines de ces radiations, comme l'ultraviolet, l'infrarouge lointain et les rayons X, n'atteignent pas la surface terrestre. C'est pourquoi il est indispensable que les yeux sortent dans l'espace pour les voir. Avec l'infrarouge lointain, nous pouvons accéder à des zones totalement opaques dans la vue. La plupart des découvertes faites sur cette longueur d'onde ont été faites à la fin du siècle dernier: Le satellite IRAS a trouvé 350.000 nouveaux objets astronomiques. D'autre part, depuis l'année 2.003, dans l'espace il y a un autre œil qui voit sur cette longueur d'onde: Télescope Spitzer. Avec lui, nous avons reçu certaines des images les plus étonnantes de ces dernières années.

En dehors de la vue, nous ne pouvons pas voir le reste des radiations, il est donc indispensable de nouveau le travail des astronomes peintres. Si nous voulions étudier une seule vague, il suffirait peut-être de l'image en noir et blanc prise par le télescope, mais nos yeux la voient en couleur avec plus de détails qu'en niveaux de gris. Pour voir plusieurs longueurs d'onde en un seul coup d'œil, l'aide des couleurs est inestimable.

Trois perspectives de la nébuleuse Eagle. Ces trois photographies ont été prises par Spitzer sur différentes longueurs d'onde infrarouge. Dans la première, de nombreuses étoiles et structures de poussière sont parfaitement visibles. La seconde est le portrait d'une mort dans laquelle on voit comment une étoile explosive a chauffé la poussière de la zone. Et le troisième souligne le contraste entre la poussière chauffée par l'explosion (verte) et les nuages rampants les plus froids (rouges, bleus, mûres).

(Photo: NASA/JPL-Caltech/N. Flagey (IAS/SSC) A. Noriega-Crespo (SSC/Caltech)

Dans la photo d'entrée, par exemple, vous pouvez voir la galaxie M 82 à différentes longueurs d'onde. Dans la vue (jaune-vert) on peut voir le disque d'une galaxie spirale; le gaz ionisé chaud qui émet (orange) montre l'existence de forts vents galactiques, provoqués par la génération d'étoiles au centre de la galaxie; dans le lointain infrarouge (rouge), on peut voir qu'il émet en plus de gaz, poussière; et le gaz qui chauffe des millions de degrés de collision entre le matériau bleu émet.

Jeu de couleurs

Les peintres sont libres de donner la couleur qu'ils veulent à chaque longueur d'onde. En général, l'objectif est que le contraste et la visibilité soient aussi grands que possible, et dans cela l'art des astronomes aura sûrement beaucoup à dire. Cependant, pour certains corps, on utilise souvent le même code de couleur et si on les habille avec d'autres couleurs, on nous rend rares.

Cependant, dans ces cas oui, les couleurs sont absolument faux, pure invention. C’est pourquoi nous verrons souvent l’étiquette de “couleur fausse” dans ce type de photos. Mais sans cela, nous ne pourrions pas voir de quoi sont faites les planètes, les nébuleuses et les galaxies, ou quelle est leur température, etc.

Sept couleurs. Pour colorier cette galaxie NGC 1512, les astronomes ont utilisé sept couleurs. L'image centrale a été complétée par les photographies prises en deux longueurs d'onde de l'ultraviolet Hubble, trois de la vue et deux de l'infrarouge (de gauche à droite). Ce sont les couleurs qui ont choisi de mettre en évidence les groupes de jeunes étoiles de l'extérieur de la galaxie.

(Photo: NASA, ESA, Dan Maoz (Tel-Aviv University, Israel, and Columbia University, USA)

Ceux qui viennent au nom de la couleur réelle sont également des approximations simples. Mais qu'est-ce que la couleur réelle? Les couleurs changent continuellement sur Terre, qu'il soit nuageux ou clair, le soleil plus ou moins haut, ou dans l'atmosphère plus ou moins de poussière… et tous sont réels. En ce qui concerne les photos, elles ne seront jamais 100% reflet de la réalité : chaque appareil photo tire les couleurs à sa manière et si on les voit sur un écran les couleurs varient selon leur configuration.

Dans le cas de l'univers, de nombreuses couleurs sont fausses et d'autres seulement des approximations. Donc, si vous voulez savoir comment est la réalité, il suffit d'aller dans l'univers et regarder avec vos yeux.