El color de las nebulosas (I). Fotografía y observación visual

Si en un cielo relativamente oscuro, apuntamos un telescopio o incluso unos prismáticos hacia el centro de la línea de estrellas que constituyen la denominada espada de Orión, podremos observar la famosa nebulosa de Orión, también conocida como M42. Se trata de una de las nebulosas más brillantes del cielo, y cuya observación no suele dejar a nadie indiferente, incluso observándola con telescopios de mediana potencia.

Visualmente, con telescopios de unos 20 cm de diámetro en adelante, la nebulosa de Orión nos muestra una gran cantidad de detalles. Sin embargo, cuando comparamos la visión que nos ofrece esta nebulosa a través del ocular del telescopio, con las fotografías de larga exposición realizadas por los astrofotógrafos, lo primero que nos llama la atención es la ausencia de colores en las imágenes observadas a través del telescopio. Por otro lado, la cantidad de detalles que podemos ver en las fotografías es también mayor que en la observación visual de la nebulosa. Hemos puesto como ejemplo la famosa nebulosa de Orión, pero esto ocurre en general con todos los objetos de cielo profundo.

 

Dibujo de M42 y M43. El telescopio utilizado fue un Newton de 20 cm de diámetro a 80 aumentos. Copyright © Michael Vlasov – DeepSkyWatch.com

 

¿A qué se debe esta ausencia de color en la observación a través del telescopio de las nebulosas y otros objetos de cielo profundo? Para poder responder a esta pregunta, tenemos primero que entender cómo funciona el ojo humano y también cómo lo hace el sensor de una cámara fotográfica.

 

Fotografía de la Nebulosa de Orión. Copyright © Adrien Klamerius – AdrienAstro.com

 

El ojo humano solo es capaz de percibir determinadas longitudes de ondas del espectro electromagnético, lo que se denomina espectro visible de la luz. Los objetos que percibimos a nuestro alrededor, en realidad no tienen color. La luz incide sobre estos, de manera que determinadas longitudes de onda son absorbidas y el resto son reflejadas. El color que percibimos del objeto, es por tanto una mezcla de las longitudes de onda de la luz que son reflejadas por los objetos.

 

Espectro visible por el ojo humano.

 

La retina del ojo humano está formada por dos tipos de células fotorreceptoras, por un lado los bastones y por otro lado los conos. Los bastones son muy sensibles a la luz pero no al color, mientras que los conos son menos sensibles a la luz, pero pueden percibir los colores (1). Los bastones son más numerosos, en torno a unos 120 millones, frente a unos 6 o 7 millones de conos. Con respecto a estos últimos, existen tres tipos, cada uno sensible a un determinado rango del espectro visible de la luz. De modo que existen conos sensibles a los colores verdes, a los rojos y a los azules.

Cuando observamos un objeto, el color que percibimos de él es una mezcla de las longitudes de onda que son reflejadas por el objeto. Es decir, según las longitudes de onda reflejadas por el objeto, se activarán un determinado porcentaje de cada uno de los tipos de conos existentes.

En condiciones de poca luz, como por ejemplo cuando estamos observando a través del ocular del telescopio una nebulosa, son los bastones los que se activan y por tanto la imagen que vemos del objeto nos aparece bajo tonalidades grisáceas (2). La fóvea es la parte de la retina en la que se enfocan por medio del cristalino los rayos luminosos que atraviesan la pupila, estando compuesta principalmente por conos. Por ello, mejoramos la visión a través del telescopio de objetos tenues y débiles, como es en el caso de nebulosas y galaxias, cuando miramos el objeto con visión indirecta. Es decir, es tan sencillo como mirar de reojo el objeto que estemos observando. De esta manera se activarán muchos más bastones, los cuales se encuentran fuera de la fóvea, y cuya sensibilidad a la luz es muy superior a la de los conos. No obstante, el procedimiento de adaptación a la luz por parte de los bastones a la oscuridad es lento, por lo que necesitaremos unos 30 minutos o más para que nuestros ojos puedan ver mejor en condiciones de poca luz.

 

Esquema del ojo humano. Fuente: Wikipedia.

 

En una cámara digital convencional, el componente electrónico que recoge la luz y la convierte en señales eléctricas es el sensor, el cual se compone de millones de celdas fotosensibles. Lo más habitual en la mayoría de los sensores, es que por medio de filtros la luz se descomponga en luz roja, azul y verde. De este modo, existen celdas que solo recogen la luz correspondiente a la componente roja, otras solo la componente azul, y otras solo la verde. Finalmente, mediante un procedimiento de interpolación cromática se genera la imagen digital en color, con un pixel de luz obtenido a partir de cada cuatro celdas fotorreceptoras, y con menor resolución por tanto que una imagen monocroma obtenida sin aplicar el filtro de color (3).

 

Esquema gráfico de la vista parcial de un filtro de Bayer sobre un sensor, tal y como se utiliza en numerosas cámaras digitales. Autor: Colin M. L. Burnett.

En astrofotografía es muy frecuente el uso de filtros específicos para obtener los bonitos colores procedentes de los distintos elementos que componen las nebulosas, en numerosas ocasiones aplicándolos a cámaras CCD monocromas. Estos filtros son sensibles a determinadas longitudes de onda, por lo que utilizando varios de ellos, se obtiene distintas imágenes que luego mediante técnicas de procesamiento digital conforman la imagen resultante final.

Pero una de las principales diferencias, entre el funcionamiento del ojo humano y las cámaras digitales, es la capacidad que tienen estas últimas de obtener fotografías de larga exposición (4). Esto significa que el diafragma del objetivo se mantiene abierto durante el tiempo programado por el fotógrafo para la realización de la fotografía y durante ese instante de tiempo, el sensor está capturando los fotones de luz procedentes de los objetos astronómicos de cielo profundo, convirtiéndolos en una señal eléctrica y generando finalmente una imagen digital.

Estas características, por tanto, permiten en el caso de la astrofotografía, en la que los objetos de cielo profundo son por regla general tenues y débiles, la obtención de las impresionantes fotografías que podemos ver de nebulosas, galaxias, así como de otros tipos de objetos astronómicos. Por supuesto, la belleza y calidad de las imágenes obtenidas va a depender de la técnica utilizada, así como de la pericia del astrofotógrafo.

(1) Los bastones son los responsables de la visión nocturna, de la detección del movimiento más sensible, y de la visión periférica.  Los conos son los responsables de la visión en alta resolución.

(2) A través de grandes telescopios, las nebulosas pueden mostrar tonalidades de color, como por ejemplo el ligero color verde de la nebulosa de Orión procedente del oxígeno ionizado.

(3) En un filtro de Bayer, por cada cuatro celdas fotorreceptoras, dos tienen un filtro verde, otra de ellas un filtro azul y la restante un filtro rojo. La razón de que se utilice mayor cantidad de filtros verdes, es porque el ojo es más sensible al color verde. En los sensores tipo Foveon X3 no hay pérdida de resolución porque cada celda fotorreceptora incorpora un filtro verde, rojo y azul.

(4) Una técnica muy utilizada por los astrofotógrafos, es realizar varias fotografías de intervalos de tiempo de exposición más reducido que si realizaran una única fotografía, la cual requeriría un tiempo de exposición mucho mayor. Al apilar todas las fotografías obtenidas, se consigue obtener una fotografía que equivaldría a una única fotografía obtenida con un mayor tiempo de exposición, pero con un nivel de ruido mucho menor.

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