Ist die „Marsblaue Düne“ tatsächlich blau? Und was macht es so?

Es ist tatsächlich überraschend schwierig, die Farbe von etwas so Kleinem auf dem Mars zu bestimmen. Um das am besten zu verstehen, müssen wir etwas mehr über HiRISE und mehr über das menschliche Sehen verstehen.

Die HiRISE-Kamera besteht aus 14 Sensoren vom Typ Besen (Video Mine), 10 davon rot, die nebeneinander liegen, und zwei Paaren im Mittelstreifen, die zwei Bänder abdecken, eines, das Blau/Grün abdeckt, und das zweite, das die Nähe abdeckt Infrarot.

Das menschliche Sehen besteht hauptsächlich aus Sensoren, die 3 Bänder empfangen. Rot und Grün überlappen sich eng, was die Fähigkeit einschränkt, zwischen den beiden Farben zu sehen. Eine typische Reaktionskurve für das Farbsehen eines Menschen ist unten zu sehen.

HIRISE produziert standardmäßig zwei Farbprodukte, eines, das die 3 Farbkanäle verwendet, die normalerweise als Rot, Blau und Grün als Rot, Blau/Grün und Nahinfrarot angesehen werden. Sie erzeugen auch etwas Ähnliches, indem sie nur die beiden Farben verwenden und die Farbe interpolieren, um 3 Farben zu erhalten. Nichts davon ist ganz das, was Menschen sehen können, aber sie sind nah dran. Zum Vergleich hier die HiRISE-Spektralauflösung, wie sie in diesem Dokument zu sehen ist .

Schauen wir uns die beiden Bildtypen an, die HiRISE standardmäßig für dieses Bild bereitstellt.

Was wir wirklich sagen können, ist, dass, was auch immer die Düne ist, sie im Blau/Grün-Band von HiRISE gipfelt. Von den Spezifikationen her bedeutet das in erster Linie 400-600 nm. Das zeigt wirklich den Höhepunkt von Blau und Grün im menschlichen Sehvermögen. Man könnte schließen, dass es wahrscheinlich mehr blau als grün ist und bei etwa 500 nm gipfelt, da der Rotkanal sehr niedrig zu sein scheint, basierend auf der Tatsache, dass das kombinierte Bild sehr blau erscheint.

Die Wahrheit ist, dass es mit HiRISE nicht möglich ist zu wissen, ob es blau oder grün ist, aber es tendiert wahrscheinlich zum Blau. Das einzige Instrument, das funktionieren könnte, ist CRISM , aber es scheint, als hätte es nicht genau diese Stelle abgebildet, die ungefähr dort ist, wo sich der rote Punkt in diesem Bild befindet.

Teil 1, "Ist es eigentlich blau?"

Dies ist ein HiRISE-Bild. Auf der Seite, auf die Ihre Quellseite verlinkt ist, gibt es eine Überschrift „ Über Farbprodukte (PDF) “.

Das ist der gesuchte:

PSP_005000_1000_RGB.NOMAP.JP2 3-Farben-Bild bestehend aus ROT-, BG- und synthetischen blauen Bildern. Das BG-Bild wurde so verzerrt, dass es mit dem RED.NOMAP-Bild übereinstimmt. Der BG (Blau-Grün)-Bandpass akzeptiert hauptsächlich grünes Licht. Die digitalen Zahlen (DNs) des synthetischen blauen Bildes bestehen aus der DN des BG-Bildes multipliziert mit 2 minus 30 % der DN des ROTEN Bildes für jedes Pixel . Dies sind keine eindeutigen Daten, sondern bieten eine ansprechendere Möglichkeit, die Farbvariationen anzuzeigen, die in nur zwei Bandpässen, RED und BG, vorhanden sind.

(Hervorhebung von mir)

Also ja, die Farben in diesem Bild wurden geändert. Hier ist eine unveränderte Version . Beachten Sie, dass HiRISE keine Vollfarbkamera ist, daher ist dies auch nicht repräsentativ für das, was das menschliche Auge sehen würde.

Teil 2, warum sind diese Dünen so dunkel?

Ich habe eine Studie über dunkle Dünen auf dem Mars gefunden . Es erwähnt die Dünen auf diesem Foto nicht speziell, aber es hat sich ähnliche Dünen angesehen.

Die Spektralanalyse zeigt, dass diese Dünen hauptsächlich Olivin- und Pyroxenmineralien enthalten.

Die früher von vielen Autoren berichtete Zusammensetzungsmischung aus unverwitterten Pyroxenen und Olivinen wurde durch Spektralanalyse bestätigt.

Olivin- und Pyroxenmineralien, die als Hauptbestandteile des dunklen Materials entdeckt wurden, könnten auf einen vulkanischen Ursprung analog zur Erde hindeuten. Darüber hinaus müssen diese Mineralien während Zeiten aktiver fluvialer Prozesse auf dem Mars geschützt worden sein; Andernfalls wären sie durch chemische Verwitterung verändert worden. Morphologische Aspekte der dunklen Schichten, die in mehreren Kratern gefunden wurden, zeigen, dass sie nach der Ablagerung begraben und später durch Impakterosion freigelegt wurden.

Hier ist ein Beispiel für diese Mineralien . Das grüne Material ist ein Olivin, das dunklere Material ist ein Pyroxen. Beachten Sie, dass Olivin und Pyroxen Familien sind, einzelne Mitglieder können unterschiedliche Farben haben.

Als ich die großartige Antwort von PearsonArtPhoto aufgriff, war ich fasziniert von der Behauptung, dass das, was wir auf dem Bild sahen, hauptsächlich blau mit fast keinem roten Kanal war.

Also habe ich den folgenden Codeschnipsel geschrieben, um das folgende Bild https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia22512.jpg zu analysieren , das auf meiner Festplatte als "picture.jpg" gespeichert ist.

Die Ausgabe des Schnipsels ist das folgende Bild, das die drei RGB-Kanäle getrennt (erste Reihe), in Graustufen (zweite Reihe) und einen gezoomten Teil der Düne (dritte Reihe) zeigt: Angenommen, das heruntergeladene Bild hat ein originalgetreues Inneres Darstellung der HiRISE-Daten und unter der Annahme, dass ich die Antwort von PearsonArtPhoto richtig verstanden habe (dh der ROTE Kanal im Bild wäre das „ROTE“ HiRISE-Signal, der GRÜNE Kanal ist das „Infrarot“-HiRISE-Signal und der BLAUE Kanal ist das „BLAU/GRÜN“ HiRISE-Signal), dann würde ich sagen:

1. Es gibt viel Infrarotsignal (Wellenlänge > 750 nm gemäß HiRise Spectral Resolution Graph), das wir als Menschen nicht sehen würden, sodass es keinen Einfluss auf die Frage hat, ob die Düne für uns wirklich blau ist oder nicht. Dies erinnert uns jedoch daran, dass die Düne wahrscheinlich keine monochromatische Farbe (dh eine einzelne Wellenlänge) emittiert, sondern eine Kombination von Wellenlängen.
2. Das blau/grüne Signal ist viel aktiver erwartet
3. Das rote Signal ist vielleicht nicht so niedrig (es erreicht bei 255 nicht das Maximum, geht aber immer noch auf 120).

Wenn das rote Signal Null wäre, könnten wir daraus schließen, dass das vom grün/blauen Signal aufgenommene Signal < 525 nm sein muss, also könnte es blau, aber auch grün sein (grün liegt zwischen 495 und 570 nm https://en.wikipedia.org /wiki/Grün ).

Wenn andererseits dieses Rot tatsächlich "signifikant" ist (nicht nur ein gewisses Rauschen), dann sagt uns das Vorhandensein von grün/blau + roten HiRise-Signalen anhand des spektralen Auflösungsdiagramms, dass wir möglicherweise eine einzelne Wellenlänge zwischen 525 nm und 600 nm empfangen wäre mit ziemlicher Sicherheit grün!

Ich möchte jedoch auch an den ersten Punkt erinnern: Es könnte sein, dass die Düne zwei (und mehr) Wellenlängen aussendet, eine im „nur Blau/Grün“-Signalteil (< 525nm) und eine im „roten“ Signalteil (zwischen 600 ns und 750 nm mehr oder weniger). Ich bin mir nicht sicher, was in diesem Fall die vom Menschen wahrgenommene Farbe wäre, ich muss noch darüber nachdenken :)

from PIL import Image
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

jpgfile = Image.open("picture.jpg")
print(jpgfile.bits, jpgfile.size, jpgfile.format)


data_array = np.array(jpgfile)

nrow,ncol,_ = data_array.shape


fig, ax = plt.subplots(3,4)
labels = ['Human RED \n Hirise RED', 'Human GREEN \n Hirise Infrared', 'Human BLUE \n Hirise GREEN/BLUE']
for i in range(3):
    data = np.zeros((nrow,ncol,3),data_array.dtype)
    data[:,:,i] = data_array[:,:,i]
    im = ax[0,i].imshow(data)
    ax[0,i].set_title(labels[i])
ax[0,3].imshow(data_array)


for i in range(3):
    data = np.zeros((nrow,ncol),data_array.dtype)
    data[:,:] = data_array[:,:,i]
    im = ax[1,i].imshow(data,cmap='gray')
    fig.colorbar(im, ax=ax[1,i], orientation='horizontal')
    print(i,data.max(),data.min())
ax[1,3].imshow(data_array)


data_array = data_array[700:1000,1150:1550,:]
for i in range(3):
    data = np.zeros(data_array.shape[0:2],data_array.dtype)
    data[:,:] = data_array[:,:,i]
    im = ax[2,i].imshow(data,cmap='gray')
    fig.colorbar(im, ax=ax[2,i], orientation='horizontal')
    print(i,data.max(),data.min())
ax[2,3].imshow(data_array)


plt.show()

Auszug aus Information for Scientific Users of HiRISE Color Products von Alfred McEwen und Eric Eliason, 10. Oktober 2007:

Was bedeuten die Farben in HiRISE-Bildern?

Die PDS-Produkte sind anders gestreckt als die Produkte im Extras-Verzeichnis. Der PDS-Produktfarbe wird für jeden Farbbandpass derselbe Minimal- und Maximalwert in kalibrierten Reflexionseinheiten (I/F) gegeben. Das Ergebnis ist, dass die Farben relativ blass, aber auch von Ort zu Ort auf dem Mars konsistent sind. (Das PDS-Label (.LBL-Datei) enthält die Informationen zum Umwandeln des DN-Werts in I/F: I/F = DN*SCALING_FACTOR + OFFSET.) Es handelt sich nicht um natürliche Farben, wie sie von normalen menschlichen Augen gesehen werden, da IR , ROT- und BG-Kanäle werden in den Farben Rot, Grün und Blau angezeigt. Bei den Extras-Produkten wird jedes Farbband einzeln gedehnt, um den Kontrast zu maximieren, sodass die Farben für jedes Bild basierend auf der Farbe und Helligkeit jeder Szene unterschiedlich verstärkt werden.

Trotz der variablen Farbverbesserung für die Extras-Produkte können wir einige Verallgemeinerungen vornehmen, um besser zu verstehen, was die gestreckten Farbbilder zeigen. Staub (oder verhärteter Staub) ist im Allgemeinen das röteste vorhandene Material und sieht in der RGB-Farbe rötlich und in der IRB-Farbe gelb aus. Grobkörnigere Materialien (Sand und Felsen) sind im Allgemeinen blauer (oder manchmal violett in der IRB-Farbe), aber auch relativ dunkel, außer wenn sie mit Staub bedeckt sind. Frost und Eis sind ebenfalls relativ blau, aber hell und konzentrieren sich oft auf die Pole oder auf den Polen zugewandten Hängen. Einige Grundgesteine ​​sind auch relativ hell und blau, aber nicht so sehr wie Frost oder Eis, und sie haben charakteristische Morphologien. Die IR- und RED-Bandpässe sind oft stark korreliert, sodass das IR wenig neue Informationen liefert und die RGB-Farbe den RED vs.

Ist die „Marsblaue Düne“ tatsächlich blau?

Nein , „ Die Dünen sind eigentlich grau, erscheinen aber nach einer solchen Strecke relativ blau, weil der Großteil des Mars rot ist .“ (siehe unten).

Die Falschfarbenerzeugung wird verwendet, um bei der Unterscheidung verschiedener Materialien oder Verteilungen zu helfen. Die Manipulationen haben jedoch auch die Aufmerksamkeit des Internets auf sich gezogen, was zu Schlagzeilen von; „Hypnotisierend“, „Atemberaubend“, „Geheimnisvoll“ x 2

NASA Captures Mars' Mesmerizing Blue Sand Dune — But What ...
NASA discovers mysterious blue dune on Mars
Mysterious blue dune spotted on Mars 
Stunning NASA photo shows blue sand dune on Mars, the Red Planet

Der inverse Artikel Here’s the Story Behind the Hypnotisierende Blue Sand Dune NASA Snapped on Mars leistet hervorragende Arbeit, um das Ausmaß der Bildmanipulation zu erklären:

Alfred McEwen, Ph.D., einer der Wissenschaftler, die die High Resolution Imaging Science Experiment – ​​HiRISE – Kamera betreiben, die dieses Foto aufgenommen hat, erklärte Inverse, wie dieses seltsame Bild entstanden ist.

Der große blaue, der „in verstärkter Farbe wie Türkisblau erscheint, besteht aus feinerem Material und/oder hat eine andere Zusammensetzung als die Umgebung“, sagte die NASA in einer Pressemitteilung. McEwen, ein Planetengeologe und Direktor des Planetary Image Research Laboratory an der University of Arizona, erklärte in einer E-Mail an Inverse, inwieweit die Fotoverbesserung die auffällige blaue Farbe erzeugt.

„Die Bilder erhalten in jedem einzelnen Farbbild Min-Max-Dehnungen, um den Kontrast zu erhöhen“, sagt er. „Die Dünen sind eigentlich grau, erscheinen aber nach einer solchen Strecke relativ blau, weil der größte Teil des Mars rot ist.“

In einem Artikel für die HiRISE-Website aus dem Jahr 2016 erklärte McEwan, wie der Farbverbesserungsprozess die obigen Fotos erstellt hat.

Oben ist eine Annäherung an die natürliche Farbe, wie sie von Menschen mit normalem Farbsehen gesehen wird – es sind fast keine Oberflächendetails sichtbar. In der Mitte befindet sich das standardmäßige HiRISE IRB-Farbprodukt, das aus den Infrarot-, Rot- und Blaugrünbildern besteht, die jeweils als Rot, Grün und Blau angezeigt werden und auf die jede Farbe mit einer Min-Max-Streckung angewendet wird. Mit anderen Worten, der dunkelste Pixel im gesamten Bild wird auf Schwarz gesetzt, der hellste Pixel wird auf Weiß gesetzt und alle anderen werden linear interpoliert. Unten befindet sich ein verbessertes Farbprodukt, bei dem jedem Bandpass eine lineare Streckung für das lokale Unterbild gegeben wird, wobei manchmal ein kleiner Prozentsatz der Daten in Schwarz oder Weiß gesättigt wird, um dem Rest der Szene mehr Kontrast zu verleihen, gefolgt von einer Farbsättigungsverbesserung. Jetzt können wir eine Vielfalt von Farben sehen, die verschiedene Oberflächeneinheiten unterscheiden: Staub, Sand,

(Betonung hinzugefügt)

Siehe auch die CNN-Nachricht. Auf dem Roten Planeten wurde ein großer „blauer“ Streifen gefunden .

Auf der referenzierten Seite heißt es:

Unmittelbar südlich der Barchan-Dünengruppe befindet sich eine große Düne mit einer komplexeren Struktur. Diese besondere Düne, die in verstärkter Farbe türkisblau erscheint , besteht aus feinerem Material und/oder hat eine andere Zusammensetzung als die Umgebung.