Спросите Итана №19: Почему на фотографиях Млечный путь искривлён?

http://scienceblogs.com/startswithabang/2014/01/10/ask-ethan-19-why-does-the-milky-way-look-curved/
  • Перевод
image
То, что мы живём на дне гравитационного колодца, на поверхности планеты, покрытой газом, бегающей вокруг ядерного огненного шара на расстоянии 90 миллионов миль от него, и думаем, что это нормально – вот очевидный показатель того, как искажена наша перспектива.
— Дуглас Адамс

Читатель спрашивает:
Меня давно волнует вопрос того, почему Млечный путь на фотографиях выглядит искривлённым, как радуга – вместо того, чтобы быть прямым, какой и должна быть наша галактика. Наверно, я что-то не понимаю в перспективе. Является ли это следствием того, что мы не находимся в плоскости галактики?

Читатель представил пример фотографии, которая его смущает – и если вы сами искали подобные фотографии, то наверняка натыкались и на такие.

image

Я, конечно, понимаю, что не каждый лично видел Млечный путь своими глазами. Даже я видел его всего лишь раза три, и то уже только тогда, когда стал довольно взрослым. Но когда я его видел, он всегда выглядел именно так:

image

На самом деле галактика действительно прямая. Предположение читателя было разумным, поскольку структура спирального рукава нашей галактики достаточно изогнута. Если бы мы находились далеко от плоскости галактики, мы действительно могли бы видеть с нашей точки зрения что-нибудь наподобие изогнутого спирального рукава.

image

Однако мы находимся непосредственно в плоскости нашей галактики, которая представляет собой плоский симметричный диск. Запустив спутник COBE над атмосферой Земли, мы смогли увидеть 360-градусную панораму галактики в инфракрасном свете. В результате мы смогли увидеть нашу галактику, несмотря на пыль, которая преграждает путь свету.



Да, у нашей галактики действительно есть спиральные рукава — но мы находимся в галактической плоскости, и она плоская. Так почему же галактика кажется искривлённой на некоторых фотографиях, когда на самом деле она проводит достаточно прямую линию в небе, когда мы видим её как своими глазами, так и на некоторых других фотографиях?

Проблемы начинаются, когда мы пытаемся запечатлеть большую часть неба, чем это возможно при помощи обычных фотоаппаратов и неискажающих линз. Посмотрите на это прекрасное видео со звёздной вечеринки в Техасе 2009 года, снятое с помощью линзы типа «рыбий глаз». Заметьте, как некоторые части изображения оказываются искажены с течением времени.



Видео это, конечно, хорошее, но оно не объясняет, почему фотографии галактик так искривлены. В конце концов, горизонты на них прямые, и эти фотографии не были сделаны при помощи искажающих линз. Попробуйте подойти к вопросу с более простой стороны: если мы отметим путь Солнца по небу, то безотносительно того, на какой части Земли мы будем находиться, оно будет путешествовать по кругу. И только его часть будет видна наблюдателю, находящемуся в данном месте.

image

Подумайте вот над чем. С левой стороны фотографии Солнце встает на востоке. В верхней части фото Солнце проходит зенит (этот коллаж был сделан в Италии) в южной части неба, а затем идёт вправо и заходит на западе. Разрешите задать вам вопрос: как же это возможно — запечатлеть две точки неба, расположенных на 180 градусов друг от друга, в одной и той же фотографии?

Это невозможно, если только вы не исказили изображение каким-либо образом. В этом случае вам нужно исказить композитное, сделанное из нескольких кадров, изображение, чтобы показать весь путь Солнца при прямом горизонте. Задача это сложная, по той же причине, по которой нельзя сделать плоскую карту сферы, у которой будут все полезные свойства одновременно.

Так почему же всё-таки Млечный путь искривлён на панорамах?

image

Такая красивая картинка делается не из одной фотографии с длинной выдержкой, но является результатом сшивания вместе и соответствующего искажения группы фотографий ночного неба с длинной выдержкой. Автор фото подробно написал о процессе его создания, и мы с вами сейчас пройдём по основным шагам.

Во-первых, для создания такой картинки использованы 13 исходных фотографий. Обратить внимание, что на любой из этих фотографий Млечный путь выглядит совершенно прямым — таким каким вы можете увидеть его собственными глазами.

image

Затем вам нужно сшить все эти картинки вместе, что неминуемо приведёт к искажениям, хотя и не таким сильным. И получите вы нечто вроде такой, не очень красивой, картинки:

image

Все знают, что горизонт должен быть прямым (и не заваленным), поэтому подобная картинка оскорбляет наши чувства. Искажение будет усиливаться с краёв картинки – всё-таки мы проецируем часть сферы на плоскость.

Поэтому мы открываем граф. редактор, photoshop или lightroom, и как следует искажаем картинку, чтобы выпрямить горизонт. И в результате сильно искажаем небо.

image

В результате мы приходим к очень красивой картинке, на которой можно увидеть две точки, разнесённые на 180 градусов друг от друга. Но это происходит за счёт сильного искажения неба, которое, тем не менее, выглядит красиво и показывает больше, чем можно увидеть глазом.

И это ещё не самый плохой вариант – полюбуйтесь-ка 360-градусной панорамой.

image
кликабельно

Если вы хотите включить в фотографию зенит, у вас не остаётся другого выбора, кроме как серьёзно искривить изображение – так же, как искривляются полюса на проекции Меркатора.

Однако 360-градусная картинка того стоит – надо лишь учесть, что изображение определённым образом искажено. Это не галактика искривлена – это искривлено изображение, чтобы вы смогли увидеть всё сразу на плоской поверхности.

image
кликабельно

Вот поэтому самые красивые из фотографий ночного неба выглядят именно так.
Поделиться публикацией
Комментарии 11
    +3
    А нельзя отдельно небо, отдельно землю?
      +1
      А что у вас в этом случае будет происходить ровно на горизонте? Речь же о том, что при создании любой панорамы ее изображение на плоскости будет искривлено тем или иным образом. Если вы каким-то образом и растянете картинку так, что и на земле будет все выглядеть более-менее норм, и в небе, то в районе горизонта у вас будут совершенно дикие искажения и растяжения. Захотите исправить горизонт — «поплывет» что-то еще. Во всяком случае, такой способ проекции панорамных изображений на плоскость, который приведен в статье, широко распространен и более-менее привычен людям, в отличие от каких-нибудь более экзотических проекций.
        +8
        Все-таки можно сфотографировать 180-градусную панораму так, чтобы и млечный путь и горизонт не искривлялись:

        image

        Другой вариант — дождаться момента когда галактический экватор совпадет с горизонтом. Правда в этом случае очень сильно будет мешать засветка, хотя такие панорамы существуют. Сходу не нагуглил именно панораму, вот обычная непанорамная фотка чтобы понять суть.

        image
          0
          Про первую фотку: ну это же частный случай, мы фотографируем протяженный, почти линейный объект. Попробовали бы вы так мичеть что-то огромное сфотографировать, например, все звездное небо целиком.
          –1
          Всё ещё не понимаю, почему нельзя отдельно поработать над землёй, а отдельно нал небом. Пусть для этого придётся дополнительно фоткать именно небо, пусть даже получится не очень реалистично (может даже фотки с другого места), но такие звёздные радуги ещё хуже ведь…
        0
        Про картинку с Солнцем хочется заметить, что точно в точке востока Солнце встает два раза в год, в дни весеннего и осеннего равноденствий, в эти же дни оно садится точно на западе. В остальное время они сдвигаются на северо-восток и северо-запад.
          +1
          По-моему, летом — севернее, а зимой — южнее.
            +2
            точно в точке востока Солнце встает два раза в год, в дни весеннего и осеннего равноденствий,

            В какой-то конкретно взятой точке Земли, Солнце встает на востоке «чуть чаще чем никогда». Момент равноденствия, когда Солнце в своем движении по эклиптике пересекает небесный экватор, длится лишь мгновение. Поэтому, практически невероятно что этот момент точно совпадет с моментом восхода (восхода верхнего краешка солнечного диска или его центра, неважно).

            С другой стороны, поскольку на Земле всегда есть линия длинной примерно 20 тыс. км где Солнце сейчас встает, а в момент равноденствия эта линия совпадает с одним из меридианов, то все же возможно найти такое место где Солнце взойдет точно на востоке. Однако, если вы приедете туда, полюбуетесь восходом точно на востоке и останетесь дожидаться заката, будет неверно что
            в эти же дни оно садится точно на западе

            Поскольку от восхода до захода пройдет примерно 12 часов, то к вечеру Солнце уже значительно сместится к северу (весной) или к югу (осенью).

            А еще можно вспомнить об атмосферной рефракции из-за которой Солнце появляется из-за горизонта немного раньше положенного :)
              0
              Еще интересный момент — в окрестностях полюса можно разыскать такую точку где Солнце взойдет на точно востоке, но не будет садиться ни на западе ни где-то еще до осени.
                0
                А что там насчет экватора? Не точно на востоке-западе?
                  0
                  Экватор в этом плане ничем не лучше любого другого места.

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое