插畫家如何將TRAPPIST-1 星系數據訊號中的微小尖峰轉變為生動的圖景。

美國國家航空暨太空總署( NASA )2月底宣布,在距離地球近40光年的一顆名為TRAPPIST-1的恆星周圍發現了七顆大小與地球相仿的行星,其中一些行星的軌道在恆星的宜居帶內,在那裡可能有液態水存在。

與此同時,他們還公布了一組「高清大圖」:

外太空 (1)

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (4)

外太空 (2)
圖片來源:NASA / ESO / JPL

不用說,這並不是這些行星的真正模樣,更不是天文學家看到的模樣。望遠鏡所接收到的數據,其實更像這樣:

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (1)
圖片來源:NASA / JPL

對,就是那些「掉下來」的小白點兒,才是我們真正看到的東西。

所以這些高清大圖,或者說「藝術家想像圖」,都是瞎畫的囉?也不全然是瞎畫的。雖然這些圖來自想像,但並非毫無依據的想像——它們是加州理工紅外處理分析中心(IPAC)的藝術家和科學家共同合作的結果。

15年前,蒂姆.派爾(Tim Pyle)曾為動畫片《侵略者Zim》繪製了太空船。這段時間,他和同事羅伯特.赫特(Robert Hurt)用畫筆展現出系外行星環繞銀河系中的恆星運行的圖景,以藝術手段呈現出只在數據中顯示為微小尖峰訊號的未知世界。

為這些發現繪製想像圖是派爾和赫特接過的最大任務之一,而他們已經在IPAC共事了12年。他倆共同繪製了許多系外行星的想像圖,例如以發現它們的太空望遠鏡命名的開普勒-62f 、開普勒-186f 和開普勒-452b 等行星,以及其他太空景象。在派爾來到加州理工學院之前,他曾在包括《天才小子吉米》和《海綿寶寶歷險記》等動畫劇組工作過,還為《X戰警》等電影提供了視覺特效。赫特是一位熱愛藝術的天文學家,他加入IPAC時的工作是掃視天空、搜索星球及星系,然後又將自己熱中的兩個愛好合併在同一份工作中。「我們倆剛好陰陽互補,」赫特說:「一個是對藝術有濃厚興趣的科學家,一個是對科學有濃厚興趣的藝術家。」

這樣的創作需要藝術家和天文學家之間幾乎不間斷地來回溝通。發現這些行星的天文學家們來自列日大學、麻省理工學院以及其他機構,他們給了派爾和赫特所有關於TRAPPIST-1 的七個系外行星的訊息:它們估算出的尺寸、圍繞恆星公轉一周的時間以及它們彼此引力的相互作用——這提供了關於它們質量的一些線索。他們共同提出了一組「可信模型」,描繪這些遙遠異星世界的可能外貌。他們使用現成的商業軟體,例如LightWave 3D、Adobe After Effects 和Photoshop。

但要如何描述我們看不見的東西?天文學家從我們看得見的東西之中吸取靈感——也就是太陽系裡面的天體。

最內層的行星TRAPPIST-1b, 是以木衛一為藍本繪製的。它倆都是緊密地圍繞著它們的恆星或者行星,並都受到強烈的照射,使得這兩個星球的表面都變成火山地貌攪動著岩漿的橙紅色。木衛一和行星b都已被潮汐鎖定(TRAPPIST-1星系的其他行星也是如此),這意味著它們有一個面永遠朝向其所環繞的天體。

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (5)

接下來的行星c遠離了恆星最火熱的區域,但恐怕還是有足夠的熱量使水分全部蒸發,因此畫成了一個灰白的岩石世界。

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (6)

行星d就像一個雙面人,因為夠深入宜居帶,因而它黑暗的一面可能存在液態水,但不足以讓白晝一面也有。赫特沿著晝夜分界線——也就是星光和黑暗的交匯處,那裡的溫度可能恰到好處——灑下了一縷綠松石色,暗示了液態水的可能。

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (7)

行星e和f似乎比它們的兄弟姐妹密度小。因為水比岩石的密度小,所以它們被畫成了像地球一樣的水世界,旋轉著藍色和白色。

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (8)

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (9)

天文學家不知道這些行星中的任何一個是否有大氣,但是作為同伴之中最大的行星g,似乎最有可能擁有一個大氣層。行星g以海王星為藍本,添加了幾絲雲彩。赫特選擇將它塗成綠色,以避免和我們自己太陽系中的巨大氣態行星過於雷同。

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (10)

作為人們能探測到的最後一個行星,科學家們對行星h的情況知道的最少,但任何離恆星如此之遠的天體應該都會極其寒冷,所以行星h被描繪成了一顆大冰球。

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (11)

倘若有人覺得對於這廣袤的空間來說,這個星系中的顏色未免有些過於生動、過於豐富了,請想想冥王星吧。這個矮行星長期以來一直被認為是由冰和岩石的黑白球體,直到兩年前飛越冥王星的新視野號才揭露了它的真面目。

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (12)

好好地、認真地看看上面這些圖像。儘管放大看。因為很重要的一點是,天文學家和藝術家是以如此之少的訊息為基礎,去完成這個想像圖的。天文學家使用NASA 的史匹哲空間望遠鏡(Spitzer Space Telescope,一個運行在距地球表面約595公里空間軌道上的紅外望遠鏡)檢測到了七個行星。望遠鏡在行星通過TRAPPIST-1 前面時測量紅外光的減少量,天文學家透過這些細微的光量變化獲取到了他們現在能夠得到的全部訊息:尺寸,與恆星的距離,軌道周期,質量,類型。看看這些數據:

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (13)
圖片來源:NASA / JPL

每一個間斷處代表一顆行星的經過。就是這些而已。

所以,其實這些畫作歷經了多次嘗試。一些初始的設計跑得有點太遠了。「在每個行星的概念設計中,我們會給它們打個初稿,把稿子發送給科學家,那些我們發揮得太過自由的部分會得到一大堆反饋,然後科學家會幫助我們,把這些想像部分引導得更接近模型所支持的方向。」 派爾說。但天文學家也為藝術做出了一些讓步。比如,藝術家減少了科學家們預計在一些行星上應有的雲量,以暴露更多的地表特徵。

天文學家一開始希望恆星TRAPPIST-1的想像圖能符合它的名字。它是一顆紅矮星,又小又冷,大部分能量以紅外線的形式向外輻射,正好在可見光譜之外。赫特向天文學家指出,人類並不能看到這種红色,成功地讓他們重新考慮這個要求。「天文學家的思維是按照他們的儀器數據走的。」赫特說:「從儀器看來,這就是一顆紅得難以置信的紅色恆星,但大多數的紅色恰好落在人類的雙眼能看得到的光線範圍之外。於是這就給了我們一點創作自由,我們把恆星的顏色從非常非常深的紅色,挪到了某種可能讓你聯想到低瓦數白熾燈的顏色。」

在整個過程中,赫特和派爾遊走在地球風格和異星風格之間。一個與地球太相似的系外行星會讓公眾對天文學家的發現產生錯誤的想法;TRAPPIST-1的行星大小和地球相仿,但相似之處可能也只有這麼多了。他們的工作是表達液態水存在的可能性,而不是確定性。就算一點點深綠色也可能無意中暗示著植被的存在。有時你還真需要讓它變得陌生——例如,這種想像中行星f的地表景象:

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (1)

派爾說他早期的設計稿包括了看起來太像地球的冰山,所以他為之添加了更尖銳的邊緣。「當你看著這張圖的時候,我們希望讓你產生一種坐在另一顆星球上的感覺,而不只是坐在地球的北極。」他說。

赫特試圖透過使用真正的彈珠來設想這些宇宙大彈珠們的定位。左圖是在他的客廳地毯上集結的一群彈珠,而右圖是在2月底公布了此發現的《自然》期刊的當期封面圖:

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (2)
圖片來源:羅伯特.赫特

從宇宙的尺度看,TRAPPIST-1星系差不多和地球就隔了半條街。但依靠現有技術,我們無法直接獲取它的恆星和行星的圖像。同時——不管NASA的外星旅行海報是怎麼宣傳的——人類不太可能會抵達那兒,至少不是現在地球上的人類。即使以光速旅行,也需要幾乎40年才能到達TRAPPIST-1 星系。現在,這些想像圖是我們條件限制下能擁有的最佳圖景。

外太空畫面都是瞎畫的嗎 (3)
圖片來源:NASA

赫特希望人們能享受沉浸在這些圖景裡的感覺。「我只希望他們能停下來看看,然後感嘆一聲:『哇哦』。」他說。

編譯來源:The Atlantic, How to Draw an Exoplanet

撰文:Marina Koren

編譯:Oicebot

編輯:Ent

本文來源於果殼網(微信公眾號:Guokr42),這是一個開放、多元的泛科技主題網站,提供負責任、有智趣的科技主題內容,歡迎關注他們。如需轉載請直接聯繫media@guokr.co