Lässt sich das „unsichtbare“ Farbgebiet abbilden? [geschlossen]

EDIT: Aus der Diskussion in den Kommentaren entnehme ich, dass Sie nach der Aufteilung von Teilen des unsichtbaren Spektrums in das Äquivalent von "Farben" fragen. Wir haben das in gewissem Sinne effektiv getan. Verschiedene Teile des unsichtbaren Spektrums haben unterschiedliche Namen. Die Wellen mit der niedrigsten Frequenz („roteste“) sind Radiowellen, dann Mikrowellen, dann Infrarotstrahlen, dann sichtbares Licht, dann Ultraviolett, dann Röntgenstrahlen, und die Wellen mit der höchsten Frequenz („blauste“) werden Gammastrahlen genannt. Jeder von ihnen hat einen Namen, weil er anders mit seiner Umgebung interagiert (und ihm ein anderes "Gefühl" verleiht). Gammastrahlen sind sehr zerstörerisch und reißen Atome auseinander, während Radiowellen sie nur sanft auf und ab bewegen. (Es gibt tatsächlich einen Teil des elektromagnetischen Spektrums, den Sie könnendirekt fühlen, auch wenn Sie es nicht sehen können - Infrarotstrahlen in einem bestimmten Frequenzbereich interagieren mit dem Wasser in Ihrem Körper, und Sie spüren als Ergebnis Wärme.)

Wenn Sie die verschiedenen benannten Teile des Spektrums in feinere Kategorien einteilen möchten, gibt es auch verschiedene Namensschemata, und kein Schema ist objektiv richtig. Beispielsweise können UV-Strahlen in UVA, UVB und UVC (von den niedrigsten bis zu den höchsten Frequenzen) unterteilt werden. Röntgenstrahlen können "weich" oder "hart" sein (wobei "hart" eine höhere Frequenz ist). Infrarotstrahlen können "nahes Infrarot" (Hochfrequenz) oder "fernes Infrarot" (Niederfrequenz) sein. Es gibt eine bestimmte Kategorie von Mikrowellen, die als „Millimeterwellen“ bezeichnet werden und Wellenlängen von etwa einem Millimeter haben. Sie können auch „Farben“ in den verschiedenen Frequenzbändern identifizieren, basierend auf den Filtern, die auf verschiedene Arten von Teleskopen angewendet werden, wie unten zu sehen ist. Für eine noch genauere Vorstellung von Farbe, man könnte einzelne atomare Übergänge betrachten (wie etwa den Übergang des Elektrons in einem Wasserstoffatom von seinem ersten angeregten Zustand in seinen Grundzustand), die eine wohldefinierte Frequenz und damit eine ganz bestimmte „Farbe“ haben. Diese Farben werden normalerweise nach den Merkmalen des Übergangs benannt, der sie erzeugt hat (zum Beispiel heißt der, auf den ich mich gerade bezogen habe, H$\alpha$, oder die Lyman-Alpha-Linie). Eine Datenbank mit atomaren Übergangslinien finden Sie hier: https://www.nist.gov/pml/atomic-spectra-database . In der ursprünglichen Antwort unten geht es darum, wie Sie Maschinen (normalerweise Teleskope) dazu bringen, diese Farben wahrzunehmen, und wie Sie die von ihnen wahrgenommenen Daten in eine für Menschen lesbare Form (dh ein Farbbild) umwandeln können.

ENDE BEARBEITEN

Der Akt der Kartierung des elektromagnetischen Spektrums außerhalb des sichtbaren Bereichs definiert im Wesentlichen den größten Teil des Gebiets der Astronomie. Astronomen verwenden Infrarot-, UV-, Radio-, Röntgen-, Gammastrahlen- und Mikrowellenteleskope, um genau das zu tun, wovon Sie sprechen – den Himmel über den gesamten unsichtbaren Bereich zu kartieren. Wenn Sie diese Teleskope auf gewöhnliche, nicht-astronomische Objekte richten würden, würden sie genauso gut funktionieren (tatsächlich werden viele Teleskope so kalibriert).

Um einen bestimmten Teil des unsichtbaren Spektrums zu isolieren, verwenden Astronomen Linsen und Spiegel unterschiedlicher Größe, Form und Zusammensetzung. Daher hängt die Empfindlichkeit eines Geräts für das unsichtbare Spektrum stark von seinem Design ab. Bei einem UV- oder Infrarot-Teleskop sehen die Spiegel ziemlich ähnlich aus wie die üblichen Spiegel im sichtbaren Bereich. Für Radioteleskope müssen Sie aufgrund der viel längeren Wellenlänge von Radiowellen nicht die gleichen Toleranzen haben, daher sind ihre "Spiegel" riesige Metallparaboloide. Bei Röntgen- und Gammateleskopen hingegen ist die Reflexion und Fokussierung sehr schwierig, da die Wellenlänge der Strahlung etwa gleich groß wie (oder kleiner als) der Abstand zwischen den Atomen im Spiegel ist, also "Spiegel". normalerweise dichte Platten, die so angeordnet sind, dass Röntgen- und Gammastrahlen sie in einem streifenden Winkel treffen. Darüber hinaus beeinflusst das Design der "Kamera" die Reaktion des Teleskops auf verschiedene Teile des Spektrums. Für UV- und Infrarot-Teleskope wird ein CCD verwendet, ähnlich wie bei Kameras für den sichtbaren Bereich. In Radioteleskopen wird eine Radioantenne (oder ein Array solcher Antennen) verwendet. In Röntgen- und Gammateleskopen wird ein Szintillationskristall oder eine Siliziumstreifenanordnung verwendet, die beide die Tatsache ausnutzen, dass Röntgen- und Gammastrahlen ionisierende Strahlung sind, die ein gewöhnliches CCD zerstören würde.

An diesem Punkt haben Sie ein Gerät, das für einen bestimmten Teil des unsichtbaren Spektrums empfindlich ist. Seine Ausgabe ist ein Schwarz-Weiß-Bild, das die Intensität der Strahlung darstellt, die von einem bestimmten Punkt kommt. Um dieses Schwarz-Weiß-Bild in ein Farbbild umzuwandeln, verwenden Astronomen dasselbe wie ein normales Kamera-CCD: Filter. Filter schränken die Empfindlichkeit des Geräts weiter auf verschiedene Teile des Spektrums ein. Es gibt sie sowohl in Breitband- als auch in Schmalbandvarianten. Die Breitbandfilter lassen einen breiten Bereich des empfindlichen Bereichs des Teleskops durch, der den "blaueren" oder "röteren" Teilen dieses Abschnitts des elektromagnetischen Spektrums entspricht. Um also eine einigermaßen genaue Zuordnung des unsichtbaren Spektrums zu einem Farbbild zu erhalten, würden Sie drei Breitbandfilter im Empfindlichkeitsbereich Ihres Teleskops verwenden. Diejenige, die für die längsten Wellenlängen empfindlich ist, würde der Farbe Rot entsprechen; derjenige, der für die kürzesten Wellenlängen empfindlich ist, würde der Farbe Blau entsprechen; und die mittlere entspricht grün. Wenn Sie mit jedem dieser Filter Schwarzweißbilder aufnehmen, sie in ihren jeweiligen Farben einfärben und sie übereinander legen, können Sie das unsichtbare Spektrum auf das sichtbare Spektrum abbilden.

Die Schmalbandfilter sind so abgestimmt, dass sie nur einen sehr schmalen Wellenlängenbereich aufnehmen. Diese Wellenlängen entsprechen den atomaren oder molekularen Übergängen wichtiger Atome und Moleküle in der Astrophysik, wie neutralem Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Natrium oder Sauerstoff. Die meisten Schmalbandfilter liegen im UV-IR-Bereich, da die meisten atomaren und molekularen Übergänge in diesem Bereich liegen; Die einzige große Ausnahme, die ich kenne, ist der Filter, der den hyperfeinen Übergang in kaltem, diffusem, neutralem Wasserstoff isoliert, der im Mikrowellenband mit einer Wellenlänge von 21 cm liegt. Normalerweise werden diese Filter verwendet, um bestimmte Merkmale hervorzuheben, wie z. B. die Sternentstehungsregionen einer Galaxie oder eines Nebels. Bei schmalbandigen Filtern werden die Farben etwas willkürlich zugeordnet, da sie nicht Sie entsprechen nicht wirklich den Breitband-RGB-Filtern in unseren Augen und in Kameras. Viele der eindrucksvollsten astronomischen Bilder, die Sie sehen werden, sind zusammengesetzt aus drei Schmalbandfiltern.

Zusammenfassend: Es ist möglich, ein Farbbild des unsichtbaren Spektrums zu erstellen, indem ein Gerät verwendet wird, das für dieses Spektrum empfindlich ist, und eine Kombination aus drei Filtern erstellt wird, die auf dieses Gerät angewendet werden.