Исследователи из Северо-Западного университета и Университета Цинхуа в Пекине представили новую стратегию для решения этой проблемы. Команда адаптировала известный алгоритм компьютерного зрения, используемый для повышения резкости фотографий, и впервые применила его к астрономическим изображениям, полученным с наземных телескопов. Четкость изображения приблизилась к качеству орбитальных телескопов.
Изображение далекой галактики, размытое атмосферой.
Космос выглядел бы гораздо лучше, если бы атмосфера Земли не подвергала его постоянной фотобомбардировке.
Даже изображения, получаемые лучшими наземными телескопами, размыты из-за смещения воздушных масс в атмосфере. Эта размытость затемняет формы объектов на астрономических снимках, иногда приводя к ошибкам в физических измерениях, которые необходимы для понимания природы Вселенной.
Теперь исследователи из Северо-Западного университета и Университета Цинхуа в Пекине представили новую стратегию для решения этой проблемы. Команда адаптировала известный алгоритм компьютерного зрения, используемый для повышения резкости фотографий, и впервые применила его к астрономическим изображениям, полученным с наземных телескопов. Исследователи также обучили алгоритм искусственного интеллекта на данных, смоделированных в соответствии с параметрами изображения обсерватории Веры К. Рубин, поэтому, когда обсерватория откроется в следующем году, инструмент будет с ней совместим. И атмосферные помехи уже не помешают.
Хотя астрофизики уже используют технологии для удаления размытости, адаптированный алгоритм, управляемый искусственным интеллектом, работает быстрее и создает более реалистичные изображения. Полученные изображения не содержат размытости и более правдивы. Они также красивы — хотя это и не является целью технологии.
«Цель фотографии часто состоит в том, чтобы получить красивое, приятное на вид изображение», — говорит Эмма Александр из Северо-Западного университета, старший автор исследования. — «Но астрономические изображения используются для науки. Правильно очищая изображения, мы можем получить более точные данные».
Шум атмосферы
Когда свет исходит от далеких звезд, планет и галактик, он проходит через атмосферу Земли, прежде чем попасть в наши глаза. Наша атмосфера не только блокирует определенные длины волн (например, ультрафиолет), но и искажает свет, который достигает Земли. Даже ясное ночное небо содержит движущийся воздух. Вот почему звезды мерцают, и почему лучшие наземные телескопы расположены на больших высотах, где атмосфера более разреженная.
«Это немного похоже на то, как если бы мы смотрели вверх со дна бассейна», — говорит Александр. — «Вода колеблется и искажает свет».
«Очищенное» от шума изображение
Размытие становится проблемой, когда астрофизики анализируют изображения для извлечения космологических данных. Изучая видимые формы галактик, ученые могут обнаружить гравитационное воздействие крупномасштабных космологических структур, которые искривляют свет на пути к нашей планете. Из-за этого эллиптическая галактика может казаться, например, более вытянутой, чем на самом деле. Но атмосферное размытие смазывает изображение и искажает истинную форму галактики. Устранение размытия позволяет ученым собрать точные данные о форме.
«Небольшие различия в форме могут рассказать нам о гравитации во Вселенной», — говорит Александр. — «Эти различия уже трудно обнаружить. Если вы посмотрите на изображение с наземного телескопа, форма может быть искажена. Трудно понять, вызвано ли это гравитационным эффектом или атмосферой».
Когда обсерватория Веры К. Рубин официально откроется в следующем году, ее телескопы начнут десятилетнюю глубокую съемку огромной части ночного неба. Поскольку исследователи обучили новый инструмент на данных, специально разработанных для моделирования предстоящих снимков Рубин, обсерватория сможет работать с очищенными от атмосферных помех снимками.