手机镜头都能拍彩照，为什么天文望远镜却只拍黑白照片？

　　无论是古代人，还是现代人，对星空总是充满着敬畏。因为夜空中的星星实在是太多了，数都数不过来，这浩瀚无垠的宇宙中总是存在着无数的神秘和可能，远超人类的想象。
　　在1609年的时候，意大利科学家伽利略制作出了世界上第一台望远镜，并用它来观测星空。在人类探索宇宙的征程中，望远镜的发明无疑是伟大的，它能让人类发现一些不一样的，仅凭肉眼难以发现的东西。
　　在所有望远镜中，大家最熟悉的绝对是美国宇航局（NASA）于1990年发射的哈勃太空望远镜。在30多年的时间里，哈勃给大家带来了非常多的精美太空照片。敢问哪个天文爱好者手中没有几张哈勃拍摄的精美照片呢？
　　说到这些照片，现在网上传播的很大一部分太空照片都来源于NASA，并且绝大多数照片都是彩色的，颜色十分绚丽，那现实世界中的太空真有这么美吗？
　　事实上，现实世界中的太空并没有那么绚丽多彩。
　　这么说，NASA发布的彩色太空照片难道都是假的？我们被骗了？
　　其实，我们在网上看到的很多太空宇宙类的照片都是处理过的。简单来说就是给照片美化了一翻，因为天文望远镜拍摄的照片绝大多数都是黑白的。
　　不过，这并不意味着这些照片都是假的，只是因为我们看到的并不是原始照片。
　　NASA发布到网上的照片都是经过一系列标准的技术流程处理过的，处理方式包括叠加、拼接、去噪、上色、矫正等。
　　现在手机摄像头都能拍摄彩色照片，那为什么太空望远镜拍摄的照片很多都是黑白的？
　　这要从颜色的本质和彩色照片的拍摄方法说起。
　　牛顿最早通过三菱镜发现了颜色的秘密，发现太阳光是几种色光的混合，比如红、绿、蓝三种色光混合之后就会形成白光。而黑色、白色以及介于黑与白之间的灰色也是颜色，只是仅包含这三种颜色的照片并不属于彩色照片。
　　能够被人眼看见的光被称为可见光。可见光只是电磁波谱上很窄的一段电磁波，频率在380~750太赫之间，波长在400~780纳米之间。
　　而颜色就是根据人眼对可见光的分辨能力进行划分的。不同的颜色，对应着不同频段的可见光。从数学角度而言，自然界中应该有无数种颜色。只是人眼内分辨颜色的视锥细胞只有三种，它们能够分别感知红绿蓝三种色光。根据三种色光的强弱程度，叠加后就能形成五颜六色。如果人眼多一种感知颜色的视锥细胞，那么我们将会看到色彩更丰富的世界。
　　世界上第1台照相机诞生于19世纪，最初就只能拍摄黑白照片，直到后来才诞生了彩色照相机。
　　在过去，胶卷相机要拍摄彩色照片必须同时拍摄红、绿、蓝三张底片，然后再叠加，最终冲洗出彩色照片。
　　在数码相机时代，则是利用感光芯片拍摄数字照片。一块感光芯片上会被划分出一定数量且尺寸相同的像素。像素是基本的成像单元，一个像素单元包含若干个感光元件构成的感光点，它们只能像人眼中的视杆细胞那样感知光线的强弱变化，并不能分辨光的波长或者频率。
　　要想拍摄彩色数码照片，通常采用拜尔滤光法。
　　这种方法比较简单，只需要在感光芯片上加上滤光层。每一个感光点都对应着一个滤光层中的滤光通道，每一个滤光通道通常只允许红绿蓝三种光线中的其中一种通过。这些滤光通道按照一定的规律按网格排列，通过计算就能得知每一个像素点究竟是什么颜色，这样感光芯片最终就能输出一幅彩色照片。一般来说，像素单元的尺寸越大，感光能力也就越强。现在的智能手机上的感光芯片虽然都有几千万像素，但每个像素单元的尺寸也就1微米多。
　　至于天文望远镜为何总是拍黑白照片，并不是拍不了，主要还是为了研究，毕竟科学家要的就是细节和真实。
　　天文望远镜所要拍摄的对象通常距离十分遥远，那些遥远天体发出的光，经过一段时间的传播，已经衰减得很弱，有时就算进行很长时间的曝光，也只能收集到少量的光线。
　　舍弃滤光层，虽然拍不出彩色照片，但却能够让感光元件捕捉到所有可能接收到的光子。也就是说，拍摄黑白照片可以获得比彩色照片更高的清晰度、对比度等。而拍摄彩色照片不仅涉及到大量计算，还会丢失掉部分细节。毕竟天文望远镜拍摄照片是为了研究，而不是为了视觉体验。
　　此外，天文望远镜的镜头不仅能感知到可见光，还能感知到紫外光、红外光、X射线、伽马射线等。
　　对于这些不属可见光频段的电磁波，对它们的观测其实很重要。比如有些天体虽然在可见光波段不可见，但在红外光波段却是可见的。为了研究，有时就需要将可见光、红外光等多个频段的光波合成一张照片。只是这些频段的电磁波人眼无法感知到，因此在现实世界中并没有对应的颜色。对于这类照片，则需要人为地赋予颜色，这样合成的彩色照片是伪彩色。只有可见光领域才能拍出真彩色照片。
　　有些执行近距离探测任务的探测器或者卫星，就携带有彩色照相机，能够拍摄彩色照片，只是很多时候颜色并没有那么鲜艳，后期照片都会经过处理调整，才会向公众展示。
　　如果把天文望远镜拍摄的原始照片直接发布到网上，相信很多人都看不明白，也并不喜欢，因为这些照片很多都是黑白的，还有很多噪点，看着既不震撼，也缺少美感。只有通过色彩对比，才能让照片中的天体结构分明、轮廓清晰，这样才能让普通人看明白。
　　NASA之所以要不遗余力地向公众展示美化后的太空照片，有两个原因，首先还是为了传播天文知识；其次会因为这些美丽的太空照片博得更多的关注，这样能争取到更多的研究经费。这绝对是一件双赢的事。
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