제임스 웹 우주망원경은 색 대신 파장별 밝기를 기록한다
제임스 웹 사진의 색은 맨눈으로 본 우주의 색과 다르다. 웹이 주로 관측하는 적외선은 사람 눈에 보이지 않는다. 검출기가 필터마다 기록한 밝기를 구별하기 쉬운 색으로 표시해 한 장의 사진으로 합친다.
웹의 카메라에는 서로 다른 파장 범위를 통과시키는 필터가 여러 개 있다. 검출기는 필터를 지나 들어온 빛을 픽셀별 밝기 값으로 기록한다. 필터 하나로 얻은 자료는 밝고 어두운 정도를 나타내는 흑백 영상으로 볼 수 있다.
같은 천체를 여러 필터로 관측하면 파장마다 다른 모습이 나온다. 먼지가 가린 곳을 더 잘 통과하는 빛도 있고, 특정한 가스나 먼지에서 강하게 나오는 빛도 있다. 이 차이를 색으로 나누어 한 장에 겹치면 파장별 모습을 한눈에 비교할 수 있다.
필터별 밝기 자료를 한 장의 컬러 영상으로 합친다
먼저 어두운 부분과 밝은 부분이 함께 보이도록 각 필터 자료의 밝기 범위를 조절한다. 서로 조금 어긋난 자료는 같은 위치에 맞추고, 검출기 오류나 우주선 입자가 남긴 흔적을 골라낸다. 그다음 각 필터에 사람이 볼 수 있는 색을 대응하고 여러 층을 겹친다.
대개 짧은 파장에는 파란색, 긴 파장에는 빨간색을 지정한다. 파장 순서를 색의 순서로 옮기는 방식이다. 필터가 셋보다 많으면 노란색이나 주황색 같은 중간색을 더 쓰기도 하고, 여러 필터를 같은 색으로 표시하기도 한다. 관측 목적과 강조할 구조에 따라 색 배치가 달라진다.
눈에 보이지 않는 빛을 사람이 구별할 수 있는 색으로 표시한 것을 대표색이라고 한다. 여러 필터로 얻은 영상을 정렬해 합친 결과는 합성 영상이다. 각 영상의 밝기와 구조는 관측값이고, 어떤 색으로 표시할지는 영상 제작자가 정한다.
첫 딥필드 영상에서는 여섯 필터 자료를 네 가지 색으로 표시했다
웹의 첫 딥필드 영상은 은하단 SMACS 0723 방향을 NIRCam으로 관측한 결과다. 이 영상에는 여섯 필터가 쓰였다. F090W와 F150W는 파란색, F200W와 F277W는 초록색, F356W는 주황색, F444W는 빨간색으로 표시했다.
필터 수와 사진에 사용한 색의 수는 꼭 같지 않다. 첫 딥필드에서는 필터 두 개를 파란색으로, 다른 필터 두 개를 초록색으로 표시했다. 사진 속 파란색은 맨눈으로 보이는 색이나 하나의 파장을 뜻하지 않는다. 이 영상의 색표를 보고 어떤 필터 자료가 두드러지는지 확인해야 한다.
남쪽고리성운의 두 사진에서 파란색은 서로 다른 파장을 나타낸다
남쪽고리성운 비교판은 같은 천체를 찍은 두 컬러 영상을 나란히 놓았다. 왼쪽은 2022년 6월 3일 NIRCam으로, 오른쪽은 6월 12일 MIRI로 관측했다. 관측 날짜와 파장 범위가 달라 각 기기의 자료를 별도의 합성 영상으로 만들었다.
왼쪽 NIRCam 영상의 파란색은 약 0.9 마이크로미터를 중심으로 한 F090W 필터의 자료다. 오른쪽 MIRI 영상의 파란색은 약 7.7 마이크로미터의 F770W 필터 자료다. 같은 파란색으로 표시했지만 실제로 관측한 파장 범위는 크게 다르다. 따라서 사진마다 색표를 따로 확인해야 한다.
NIRCam 영상에서는 많은 별과 별빛의 회절 무늬가 더 또렷하다. MIRI 영상에서는 중심의 백색왜성 주변에 있는 따뜻한 먼지 구조가 더 잘 드러난다. 두 영상은 서로 다른 파장에서 드러나는 특징을 나란히 보여 준다.
색만으로 물질의 성분을 정할 수는 없다
대표색은 어느 파장 자료가 강한지, 먼지와 별이 어디에서 두드러지는지 비교할 때 쓴다. 그러나 화면의 빨강 하나만 보고 물질의 이름이나 온도를 정할 수는 없다.
성분을 확인할 때는 빛을 파장별로 더 잘게 나눈 스펙트럼을 살핀다. 원자와 분자는 저마다 특정 파장에서 빛을 내거나 흡수해 고유한 무늬를 남긴다. 천문학자는 이 무늬와 필터 자료, 물리 모형을 함께 비교해 천체의 성질을 알아낸다.
사진 설명에서 관측 기기와 색표를 확인한다
웹 사진 아래의 설명에서 세 가지를 확인하면 된다. 어떤 기기로 관측했는지, 각 필터가 어느 화면색에 대응하는지, 여러 자료를 한 장에 합쳤는지 두 영상을 나란히 놓았는지 확인한다. 그래야 사진의 색이 무엇을 비교하는지 알 수 있다.
제임스 웹 사진은 보이지 않는 적외선 관측값을 사람이 구별할 수 있는 색으로 바꾼 자료다. 기기와 필터–색 대응을 확인하면 사진의 각 색이 어떤 관측을 담고 있는지 읽을 수 있다.