Többen felfigyeltek arra a hírre, miszerint egyes weboldalak szerzői tudni vélik, hogy a vörös bolygó, a Mars, igazából kék bolygó, csak az amerikai űrhivatal retusálja a képeket. Nem egyszerű ebben a kérdésben eligazodni, mert a NASA hivatalos honlapjain fellelhető képeken is némelykor kék a Mars talaja és égboltja. De akkor mi az igazság, tényleg kék a Mars, vagy itt valamilyen optikai jelenségről van szó? Természetesen az utóbbi. Ha felnézünk az égre egy felhőmentes tiszta éjszakán, szabad szemmel is jól láthatóan vöröses színű a Mars. Javaslom, mindenki nézze meg, a látvány magáért beszél. De akkor hogyan lesz a vörös bolygóból kék bolygó a NASA felvételein? A válasz a digitális fényképezésben és képfeldolgozásban rejlik. De mielőtt erre rátérnénk, nézzük át amit a fényszóródásról tudunk. 

Miért kék az ég?

Gyakorlatiasan megfogalmazva, ha a fény atomokon, molekulákon szóródik, vagyis a részecskék mérete kisebb, mint a fény hullámhossza, akkor a részecskék a kék színt szórják: ez a Rayleigh-szórás (r << λ, ahol λ a szóródó fény hullámhossza, r a szóró részecske sugara). Ha részecskék mérete nagyjából megegyezik a fény hullámhosszának méretével, akkor vörös fényt szórják, ez a Mie-szórás (r >~ λ).

A Mars légköre nagyon poros, vagyis a finom porszemcsék mérete miatt a Mie-szórás adja a légkörének rózsaszínes árnyalatát, amit csak felerősít a diszpergált por, ami maga is vöröses, barnás színezetű. Ezt bárki ellenőrizheti, aki veszi a fáradságot és megnéz egy marsi porvihart, vagy okkultációs technikával ellenőrzi a légkör „portartalmát”. Érdekes kérdés, hogy por nélkül vajon kék színű lenne-e az ég a Marson. A válasz igen, mivel a Mars széndioxid légkörében lévő CO₂ molekulák kisebbek a fény hullámhosszánál (r << λ), elég nehéz lenne ilyen fizikai tényt eltitkolnia a NASA-nak.

Kék napfelkelte a Marson (forrás: NASA)

Természetesen a valóságban a légkör színét az összetételén kívül más dolgok is befolyásolják. A Mars messzebb van a Naptól, mint a Föld, így 40%-kal kevesebb fény éri, ezért a színek árnyalatai is mások, vagyis a légkör megvilágítottsága is befolyásolja színeket. A napszak is fontos, mert minél alacsonyabban van a Nap, annál vastagabb légrétegen kell áthaladnia, például ezért vörös színű a földi naplemente és persze az égbolt. Mondhatni már a földi égbolt is sok színű. Egy tiszta, por- és aeroszolmentes napon a földi légkör ibolyaszínű, ilyet magas hegyekben lehet ritkán megfigyelni. Nagyon poros levegőben, sárgás, rózsaszínes az égbolt (és persze felhőtől, ködtől függően fehér). Természetesen ez a sokszínűség a Mars esetében is megvan. Így a Marson egy viszonylag szélcsendes naplemente természetesen lehet kék színű.

Mire használják a marsi robotok kameráit?

Ha eltekintünk a navigációs kameráktól, amelyek a roverek biztonságos haladását biztosítják (illetve az orbiterek navigációs kameráitól), akkor a következő célokat szokták meghatározni:

• kövek, kráterek, hegyek, stb. távolságának meghatározása,
• felszíni fotometria, kémiai összetételek meghatározása,
• kőzetek ásványtani összetételének vizsgálata,
• kőzetek morfológiájának tanulmányozása,
• a levegőben lévő por tanulmányozása,
• víz és különböző ásványok keresése,

... és ennek a felsorolásnak csak az emberi (és tudományos) leleményesség szab határt. A fentiekhez az is kell, hogy kamerák ne csak látható fényben legyenek képesek működni, hanem több hullámhosszon, a három alapszíntől eltérő színszűrőket is használva. A geológiában, földmegfigyelésben elterjedt módszer a hamis színes képek készítése, amit az űrkutatásban is hasznosítanak. A NASA oldalon fellelhető képek (nem titkoltan) hamis színes képek, a kék szín a bazalt jelenlétét mutatja. Normál felvételen nem kék, hanem sötétbarna vagy fekete színű lenne.

A NASA Pancam nevű marsi kamerája, figyeljük meg a képen a színtárcsát, amit a camera elé forgatnak a hamisszínes és valósághű képek készítéséhez	Hamis színes kép, kék szín a bazalt jelenlétére utal (http://marsrover.nasa.gov/spotlight/20100211b.html)

A Marsra küldött kameráknak külön honlapjuk is van, ahol a kamera működési elvétől kezdve a kutatási anyagon át sok információ található, a kutatókkal is megismerkedhetünk: Pancam , MastCam.

Láthatjuk, nem titkos a NASA kameráinak működése és tudományos céljai. Azon kívül nem csak a NASA kutatja a Marsot. Ha eltekintünk a szovjet szondák elég rossz minőségű felvételeitől, akkor jelen pillanatban is Mars körüli pályán kering az Európai Űrügynökség MarsExpress nevű szondája. A Mars-kutatás nemzetközi ügy, és nem a NASA privát játszótere. Ha megnézzük a legújabb Mars-rovert, akkor finn, német, spanyol, orosz és különböző amerikai egyetemeket találunk a rover műszereinek készítői és üzemeltetői között.

Hogyan készülnek a marsi képek?

Hogyan működik a CCD chip? Egy hordozóréteg (szilíciumlapka) egyik oldalára néhányszor 10 mikrométer vastagságú szigetelő réteget (szilícium-oxid) visznek fel. A hordozórétegről fény hatására elektronok lökődnek ki, ez hívjuk fotoeffektusnak. Ha a lapkára elektródákat helyezünk és pozitív feszültséget kapcsolunk az elektródára, akkor a fotoelektronok felgyűlnek a szigetelőrétegnek az elektródával átellenes pontján. Másszóval egy potenciálgödör alakul ki, amiben a fotoelektronok csapdázódnak. Ha az elektródákat elég távol helyezzük el, akkor különálló, ún. potenciálgödröket kapunk, vagyis pixeleket. Innentől kezdve nincs más dolgunk, mint egy elektródával a kapott elektronokat kivezetnünk, és megmérnünk ezeknek a töltésmennyiségét. Ez nem is olyan egyszerű, többféle megoldás létezik. A kapott jel nagyon gyenge, egy erősítőbe vezetik, mielőtt a számítógép feldolgozza és képpé alakítja. Tehát a digitális kamera csak azt tudja érzékelni, hogy mekkora a fény erőssége, színeket nem lát. Amit így kapunk, azt nyers képnek hívjuk, és komoly digitális képfeldolgozáson esik át, hogy mind tudományosan, mind szépérzékileg használható legyen (természetesen más kritériumoknak kell megfelelni, ha a képet egy képeslapnak szánjuk, és másnak, ha tudományt művelünk).

A Marsra küldött szondákon általában CCD kamerákat használnak, ami sokban eltér a mobiltelefonokban és fényképezőgépekben használt CMOS chipektől. Az egyik lényeges eltérés, hogy a Marsra küldött kamerák a látható fény mellett az infravörös tartományt is érzékelik, sőt van olyan kamera, ami kizárólag infravörösben lát. Egy ilyen kamera képén a színek teljesen eltolódnak a vörös hullámhossz felé, így a valódi színek meghatározása nem könnyű feladat. A másik fontos dolog, hogy a CCD színvak (akárcsak a CMOS), vagyis a kamerákkal kizárólag szürkeárnyalatos képeket készíthetünk, színes képeket nem. A kereskedelemben kapható kamerák, fényképezőgépek színes képeinek előállítására különböző módszerek vannak. Ezek a készülékek is csak színszűrők, prizmák segítségével képesek színes fotókat készíteni, amit laborkörülmények között behangolt szoftver színez át. Persze erre mondhatjuk, hogy egy profi készüléken mindent beállíthatunk; igen, de a beállításhoz látni kell az adott színt és a fényviszonyokat. Erre a Marson - emberi szem hiányában - nincs lehetőség. Egy mobillal, fényképezőgéppel készült képen a színárnyalatok csak nagyon ritkán adják vissza a látottakat. Nyilvánvaló, hogy földi körülmények között (laborban) behangolt kamera alkalmatlan lenne a Mars színeit visszaadni, ugyanakkor tudományos célokra is használhatatlan.

Többek között ezért sem küldenek a Marsra olyan olcsó fényképezőgépet, amely bármelyik hipermarketben kapható, és egyesek szerint ezzel eldőlne a Mars színének kérdése. Nagyon nem, sőt még valótlanabb színeket kapnánk. De akkor hogyan állítják elő színeket? A színeket különböző hullámhosszúságú fénysugarak alkotják, ezért a kamera elé különböző hullámhosszúságú fényt áteresztő színtárcsákat forgatnak, ami csak az adott szín fotonjait engedi át, a többit elnyeli. Vagyis három alapszínnel készült kép szoftveres összedolgozásával megkaphatjuk a táj színeit. Csakhogy az infravörösre érzékeny gépnél ez nem így van. Olyan színeket is hozzá kell keverni egy valósághű kép készítése érdekében, amelyek egy hétköznapi fotónál nem szükségesek, például az ibolyántúli fényt. Persze ez is csak megközelítőleg lesz valósághű. Aki valaha fotózott, tudja, hogy valósághű színeket visszaadni nagyon nehéz feladat.

Hogy mégis legyen valami kapaszkodó a színek kalibrálására, egy olyan színpalettát helyeznek a Mars-szondákra, aminek a párja itt a Földön van. Ezek kalibrálása sokszor "szemmel" történik, így minden kutató egyéni látásától, illetve a fényviszonyoktól függően kicsit más színárnyalatot lát. Eddig nem nagyon volt igény valósághű színek visszaadására, és sok esetben elég botrányosra sikerült képek is születtek. (Valóban sokszor photoshoppal készítenek több szürkeárnyalatos nyers képből színeset). Legújabban megjelentek azok a matematikai módszerek és szoftverek, amelyek az emberi szemnél pontosabban visszaadják a színeket. Ezeknek a szoftvereknek a fejlődését szépen végig lehet követni a különböző Mars-szondák képein. Tehát milyen színek vannak a Marson? A Mars sivatagjai, tájai ugyanúgy mutatnak színkülönbségeket, mint a földi tájak. Az eddigi leszálló szondák képei alapján vannak csokoládébarna tájak, sárgásak, vöröses-barnásak, és persze a sarkokon fehér és rózsaszín felszínt is találunk.

További linkek

Fényszórásról a KFKI oldalain
Hamis színekről a Geoadat - földmegfigyelés oldalán
NASA munkatárs válaszol színes kérdésekre (angolul tudóknak)
CCD alapismeretek 1
CCD alapismeretek 2
Légkörészlelési alapismeretek (Földön)
MCSE - okkultációs szakcsoport
Fotózás