嫦娥四号：为何月球背面在新图像中呈现红色

中国国家航天局 (CNSA) 成功登陆月球背面后，首批从月球背面拍摄的图像已发布。嫦娥四号着陆器和玉兔二号月球车是继 2013 年部署在月球正面的嫦娥三号和最初的玉兔号月球车之后的又一力作。

但如果你仔细观察这些照片，你可能会认为月球的背面是红色的。这就是它在未经处理的图像上看起来的样子——它与其他月球照片不同，在其他照片中它看起来是灰色的。那么到底发生了什么呢？

航天器上的相机通常无法像人眼一样看到颜色。例如，红色、绿色和蓝色成分通常是分开记录的。最新的图像就是这种情况，并且没有应用任何色彩校正来考虑相机每组颜色探测器的不同灵敏度。

下面的第一张图片就是这样一张“原始”图像的例子，我给它配上了红色、绿色和蓝色通道的直方图，以显示每个通道的亮度分布情况。在原始版本中，月球表面看起来是红色的，因为使用的探测器对红色比对蓝色或绿色更敏感。因此，尽管实际上表面在三种颜色下几乎同样明亮，但绿色和蓝色探测器的设置使其对光的敏感度低于红色探测器。这就是为什么绿色和蓝色直方图没有延伸到其刻度范围的亮端。

调整图像使其看起来更合理是一件简单的事情。在下图中，我只是拉伸了绿色和蓝色通道，使每个直方图的亮端更加接近。

我本可以做得更进一步，让表面呈现出更蓝的色调。事实上，Twitter 上一直在热烈讨论最佳方法。当然，技术上肯定有比我的方法更熟练的方法，但所有人都一致认为，未经调整的颜色具有误导性。

校准颜色

那么，我们如何才能确定月球上的颜色呢？当阿波罗宇航员拍摄彩色照片时（当时是摄影，使用彩色胶片，而不是像今天这样的数字成像），他们会在视野中放置一个包含已知颜色斑块的颜色校准目标。这样就可以在显影和打印过程中获得正确的色彩平衡。当阿波罗 17 号的杰克·施密特在灰色的月球表面上发现一些“橙色土壤”时，可以通过与校准条上的颜色进行比较来确认其真正的橙色性质。

遗憾的是，中国国家航天局没有在嫦娥四号着陆器的坡道上（上图前景）添加色彩校准条。2003 年成功着陆但未能通信的英国 Beagle2 号火星着陆器曾携带达米恩·赫斯特 (Damien Hirst) 作品形式的色彩校准目标，这一点非常著名。美国宇航局的火星好奇号探测器也携带色彩校准目标。

然而，嫦娥四号着陆器和玉兔二号火星车拍摄的图像主要用于导航目的，因此获得正确的色彩几乎并不重要。

测量地外岩石和矿物对不同颜色光的反射程度具有一些有用的科学意义，而玉兔二号火星车携带的“可见光和近红外光谱仪”就是为此而设计的，这样我们就可以更多地了解地表成分。

众所周知，月球的平均表面呈略带红色的深灰色，但没有水星那么红，更没有火星那么红，而火星表面的红色是由于铁矿物的氧化（本质上是铁锈）而呈现的。

色彩感知

了解月球表面如何反射不同颜色的光线只是呈现月球景观图像的一个方面，以便看起来正确。也许你还记得 2015 年流行的裙子颜色错觉。这是一条裙子的图像，有些人认为它是黑色和蓝色，而另一些人则相信它是白色和金色。

这表明，颜色感知是一种主观现象，也取决于环境。例如，您如何看待本文图片中的颜色，也取决于您阅读本文时所用设备的特性。

然而，测量结果表明，月球上的颜色变化很小，去过月球的宇航员都会告诉你，月球基本上是单调的灰色（这在一定程度上解释了当发现一层橙色土壤时人们的兴奋之情）。当第一位中国宇航员踏上月球时——很可能是在本世纪 20 年代的某个时候——他们很可能会经历同样的事情。

大卫·罗瑟里 (David Rothery) 是开放大学的行星地球科学教授。本文最初发表于 The Conversation。