¿La "duna azul de Marte" es realmente azul? ¿Y qué lo hace así?

De hecho, es sorprendentemente difícil determinar el color de algo tan pequeño en Marte. Para entender mejor eso, necesitamos entender un poco más sobre HiRISE y más sobre la visión humana.

La cámara HiRISE consta de 14 sensores tipo escoba de empuje (Video mine), 10 de ellos rojos que están uno al lado del otro, y dos pares en la tira central que cubren dos bandas, una que cubre azul/verde y la segunda que cubre cerca infrarrojo.

La visión humana consiste principalmente en sensores que reciben 3 bandas. El rojo y el verde se superponen estrechamente, lo que limita la capacidad de ver entre los dos colores. A continuación se puede ver una curva de respuesta típica de la visión humana al color.

HIRISE produce productos de dos colores por estándar, uno que usa los 3 canales de color que normalmente se ven como rojo, azul y verde como rojo, azul/verde e infrarrojo cercano. También producen algo similar usando solo los dos colores e interpolando el color para dar 3 colores. Ninguno de estos es exactamente lo que los humanos pueden ver, pero están cerca. A modo de comparación, aquí está la resolución espectral de HiRISE, como se ve en este documento .

Veamos los dos tipos de imágenes que HiRISE proporciona de forma estándar para esa imagen.

Lo que realmente podemos decir es que sea lo que sea la duna, alcanza su punto máximo en la banda Azul/Verde de HiRISE. Según las especificaciones , eso significa principalmente 400-600 nm. Eso realmente muestra el pico de azul y verde en la visión humana. Se podría inferir que probablemente sea más azul que verde, con un pico alrededor de 500 nm, debido al hecho de que el canal rojo parece ser muy bajo, basado en el hecho de que la imagen combinada parece muy azul.

La verdad es que usando HiRISE no es posible saber si es azul o verde, pero probablemente tiende al azul. El único instrumento que podría funcionar es CRISM , pero parece que no ha captado la imagen de ese punto exacto, que es aproximadamente donde está el punto rojo en esta imagen.

Parte 1, "¿es realmente azul?"

Esta es una imagen de HiRISE. En la página vinculada a su página de origen , hay un encabezado ' Acerca de los productos de color (PDF) '.

Este es el que estás buscando:

PSP_005000_1000_RGB.NOMAP.JP2 Imagen de 3 colores que consta de imágenes RED, BG y azul sintético. La imagen BG se ha deformado para alinearse con la imagen RED.NOMAP. El paso de banda BG (azul-verde) acepta principalmente luz verde. Los números digitales (DN) de la imagen azul sintética consisten en el DN de la imagen BG multiplicado por 2 menos el 30% del DN de la imagen ROJA para cada píxel . Estos no son datos únicos, pero proporcionan una forma más atractiva de mostrar las variaciones de color presentes en solo dos pasos de banda, RED y BG.

(énfasis mío)

Así que sí, los colores de esta imagen han sido modificados. Aquí hay una versión sin modificar . Tenga en cuenta que HiRISE no es una cámara a todo color, por lo que tampoco es representativa de lo que vería el ojo humano.

Parte 2, ¿por qué esas dunas son tan oscuras?

Encontré un estudio de dunas oscuras en Marte . No menciona específicamente las dunas en esta foto, pero ha observado dunas similares.

El análisis espectral muestra que estas dunas contienen principalmente minerales de olivino y piroxeno .

La mezcla composicional de piroxenos y olivinos no meteorizados anteriormente informados por muchos autores fue confirmada por análisis espectral.

Los minerales de olivino y piroxeno, detectados como los principales componentes del material oscuro, podrían ser indicativos de un origen volcánico análogo al de la Tierra. Además, estos minerales debieron estar protegidos durante tiempos de procesos fluviales activos en Marte; de lo contrario, habrían sido alterados por la meteorización química. Los aspectos morfológicos de las capas oscuras encontradas en varios cráteres revelan que fueron enterradas después de la deposición y luego expuestas por erosión por impacto.

He aquí un ejemplo de esos minerales . El material verde es un olivino, el material más oscuro es un piroxeno. Tenga en cuenta que el olivino y el piroxeno son familias, los miembros individuales pueden tener diferentes colores.

Recogiendo la gran respuesta de PearsonArtPhoto, me intrigó la afirmación de que lo que vimos en la imagen era principalmente azul con casi ningún canal rojo.

Así que escribí el siguiente fragmento de código para analizar la siguiente imagen https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia22512.jpg , guardada en mi disco duro como "imagen.jpg".

El resultado del fragmento es la siguiente imagen, que muestra los tres canales RGB separados (primera fila), en escala de grises (segunda fila) y de una porción ampliada de la duna (tercera fila): Suponiendo que la imagen descargada tiene dentro un fiel representación de los datos de HiRISE y asumiendo que entendí correctamente la respuesta de PearsonArtPhoto (es decir, que el canal ROJO en la imagen sería la señal "ROJA" de HiRISE, el canal VERDE es la señal "Infrarroja" de HiRISE y el canal AZUL es el "AZUL/VERDE" señal HiRISE), entonces diría que:

1. hay una gran cantidad de señal infrarroja (longitud de onda > 750 nm según el gráfico de resolución espectral de HiRise) que, como humanos, no veríamos, por lo que no afecta la cuestión de si la duna es realmente azul para nosotros o no. Sin embargo, esto nos recuerda que la duna probablemente no emite un color monocromático (es decir, una sola longitud de onda), sino que emite una combinación de longitudes de onda.
2. la señal azul/verde está muy activa esperada
3. la señal roja quizás no sea tan baja (no alcanza un máximo de 255 pero aún llega a 120).

Si la señal roja fuera cero, entonces podríamos concluir que la señal captada por la señal verde/azul debe ser < 525nm, por lo que podría ser azul pero también verde (el verde está entre 495 y 570nm https://en.wikipedia.org /wiki/Verde ).

Por otro lado, si de hecho ese rojo es "significativo" (no solo algo de ruido), entonces tener señales HiRise verde/azul+rojo nos indica mediante el gráfico de resolución espectral que podríamos estar recibiendo una sola longitud de onda entre 525 nm y 600 nm, por lo que esto sería casi seguro verde!

Sin embargo, también recordaría el primer punto: podría ser que la duna emita dos (y más) longitudes de onda, una en la parte de la señal "solo azul/verde" (< 525 nm) y otra en la parte de la señal "solo rojo". (entre 600ns y 750nm más o menos). No estoy seguro de cuál sería el color percibido por los humanos en este caso, todavía tengo que pensarlo :)

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()

Extracto de Información para usuarios científicos de productos de color HiRISE por Alfred McEwen y Eric Eliason, 10 de octubre de 2007:

¿Qué significan los colores en las imágenes de HiRISE?

Los productos PDS se amplían de forma diferente a los productos del directorio Extras. El color del producto PDS recibe el mismo valor mínimo y máximo, en unidades calibradas de reflectancia (I/F), para cada paso de banda de color. El resultado es que los colores son relativamente suaves, pero también son consistentes de un lugar a otro en Marte. (La etiqueta PDS (archivo .LBL) proporciona la información para convertir el valor DN a I/F: I/F = DN*FACTOR_ESCALAMIENTO + DESPLAZAMIENTO.) No es un color natural, como lo ven los ojos humanos normales, porque el IR Los canales , RED y GS se muestran en colores rojo, verde y azul. Para los productos Extras, cada banda de color se estira individualmente para maximizar el contraste, por lo que los colores se mejoran de manera diferente para cada imagen según el color y el brillo de cada escena.

A pesar del nivel variable de realce de color para los productos Extras, podemos hacer algunas generalizaciones para comprender mejor lo que muestran las imágenes de color extendidas. El polvo (o polvo endurecido) es generalmente el material más rojo presente y se ve rojizo en el color RGB y amarillo en el color IRB. Los materiales de grano más grueso (arena y rocas) son generalmente más azules (oa veces violáceos en color IRB) pero también relativamente oscuros, excepto donde están cubiertos por polvo. La escarcha y el hielo también son relativamente azules, pero brillantes, y a menudo se concentran en los polos o en las laderas que dan a los polos. Algunos lechos rocosos también son relativamente brillantes y azules, pero no tanto como la escarcha o el hielo, y tienen morfologías distintivas. Los pasos de banda IR y RED a menudo están altamente correlacionados, por lo que el IR proporciona poca información nueva, y el color RGB hace un mejor trabajo al mostrar el RED vs.

¿La “duna azul de Marte” es realmente azul?

No , " Las dunas son en realidad grises, pero parecen relativamente azules después de tanto tiempo porque la mayor parte de Marte es roja ". (vea abajo).

La generación de colores falsos se utiliza para ayudar a diferenciar varios materiales o distribuciones. Sin embargo, las manipulaciones también han captado la atención de Internet, lo que ha dado lugar a titulares de; "Fascinante", "Impresionante", "Misterioso" 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

El artículo de Inverse Here's the Story Behind the Memerizing Blue Sand Dune NASA Snapped on Mars hace un excelente trabajo al explicar el alcance de la manipulación de la imagen:

Alfred McEwen, Ph.D., uno de los científicos que dirigen la cámara del Experimento científico de imágenes de alta resolución (HiRISE) que tomó esta foto, explicó a Inverse cómo surgió esta extraña imagen.

El azul grande, sin embargo, "que parece azul turquesa en un color realzado, está hecho de un material más fino y/o tiene una composición diferente a la del entorno", dijo la NASA en un comunicado de prensa. McEwen, geólogo planetario y director del Laboratorio de Investigación de Imágenes Planetarias de la Universidad de Arizona, explicó en un correo electrónico a Inverse hasta qué punto la mejora de las fotografías creó el llamativo color azul.

“A las imágenes se les dan estiramientos mínimo-máximo en cada imagen de color individual para aumentar el contraste”, dice. "Las dunas son en realidad grises, pero parecen relativamente azules después de tanto tiempo porque la mayor parte de Marte es roja".

En un artículo para el sitio web de HiRISE escrito en 2016, McEwan explicó cómo el proceso de mejora del color creó las fotos de arriba.

En la parte superior hay una aproximación del color natural tal como lo ven las personas con una visión normal del color: casi no se ve ningún detalle de la superficie. En el medio se encuentra el producto de color HiRISE IRB estándar, que consta de imágenes infrarrojas, rojas y azul-verde que se muestran como rojo, verde y azul, respectivamente, y con una extensión mínima-máxima aplicada a cada color. En otras palabras, el píxel más oscuro de toda la imagen se establece en negro, el píxel más brillante se establece en blanco y todos los demás se interpolan linealmente. En la parte inferior hay un producto de color mejorado, en el que a cada paso de banda se le da un estiramiento lineal para la subimagen local, a veces saturando un pequeño porcentaje de datos en blanco o negro para dar más contraste al resto de la escena, seguido de una mejora de la saturación de color. Ahora podemos ver una diversidad de colores que distinguen diferentes unidades de superficie: polvo, arena,

(énfasis añadido)

Véase también la noticia de CNN Se encontró una gran raya 'azul' en el Planeta Rojo .

El sitio referenciado dice:

Justo al sur del grupo de dunas barchan hay una gran duna con una estructura más compleja. Esta duna en particular, que parece azul turquesa con un color realzado , está hecha de un material más fino y/o tiene una composición diferente a la que la rodea.