Новый алгоритм делает наземные снимки космоса такими же четкими, как из космоса

Сравнение снимка с камеры Hyper Suprime-Cam на телескопе Subaru (слева) и изображения, обработанного новым алгоритмом ImageMM (справа). Автор: Университет Джонса Хопкинса

Математики и астрономы из Университета Джонса Хопкинса разработали метод, позволяющий получать с наземных телескопов изображения такой же четкости, как и из космоса. Это расширяет возможности земных обсерваторий.

Новый алгоритм устраняет атмосферные помехи, что позволяет получать глубокие и четкие снимки далеких звезд, галактик и других космических объектов. Детали технологии опубликованы в The Astronomical Journal.

«Обострив наш взгляд на небо, мы можем видеть более далекие и тусклые цели и раздвинуть границы обнаруживаемого», — сказал астроном и математик Тамаш Будавари, руководивший исследованием.

Атмосфера Земли постоянно меняется, что искажает свет, особенно от слабых источников. Традиционные методы обработки таких искажений либо размывают детали, либо создают зернистость.

Новое решение, названное ImageMM, моделирует путь света от небесных объектов и влияние различных слоев атмосферы на световые волны.

«Представьте атмосферу как беспокойную занавеску, которая постоянно колышется, поэтому сцена за ней всегда выглядит размытой. Наши алгоритмы учатся видеть сквозь эту занавеску, восстанавливая скрытое за ней резкое изображение», — объяснил математик Яшил Сукурдип, разработавший алгоритм.

В основе ImageMM лежит метод мажоризации-минимизации (MM), адаптированный для исследования космоса.

Первые тесты метода позволили за секунды восстановить размытые и зашумленные изображения с телескопа Subaru. Обработанные снимки показали сложную структуру спиральных галактик с беспрецедентной четкостью.

«Наша система может восстановить почти идеальное изображение из серии несовершенных наблюдений. Мы никогда не получим абсолютную истину, но считаем, что это максимально близко к совершенству на сегодня», — отметил Сукурдип.

Алгоритмы можно применять к новым и архивным данным различных обсерваторий. Их планируют адаптировать для предстоящего обзора неба обсерваторией Веры Рубин в Чили, которая начнет работу в этом году. Это поможет в сборе данных о темной энергии и темной материи.

«Для астрономов критически важно точно измерять формы объектов, чтобы анализировать не только морфологию отдельных галактик, но и статистически изучать их искажения, вызванные темной материей», — подчеркнул Будавари.

Хотя космические телескопы способны делать глубокие снимки высокого разрешения, они охватывают лишь малую часть неба. За 34 года работы телескоп «Хаббл» сфотографировал лишь около 0,1% неба. Наземные же объекты, такие как обсерватория Рубин, будут снимать все видимое небо каждые несколько дней.

«С нашей техникой сотни наблюдений можно превратить в изображения, почти сопоставимые с теми, что раньше можно было получить только с космического телескопа. Конечно, это идеалистично, но цель именно такова — убрать атмосферу», — заключил Будавари.