真实的火星照片到底长什么样？『太空科普』
2月5日，中国国家航天局发布了天问一号探测器拍摄的首张火星照片。在这张距离火星220万公里外拍摄到的照片上，能依稀看到火星的经典地貌，但大家也同时发现，这张照片并不清晰，而且还是黑白的，和我们常见的火星彩色照片大相径庭。那么，那些去火星“旅游”的探测器都会带着相机，它们拍摄到的火星照片为什么差别会那么大？
有谁拍过火星照？
1965年发射的美国“水手4号”是首个抵达火星的探测器，在人类历史上首次抵近拍摄了第一张火星照片。后续的“水手9号”是第一个进入火星轨道的探测器，它拍摄了大量火星照片，覆盖了火星超过80%的表面，发现了大量的火山、峡谷和河床，著名的水手峡谷就得名于“水手9号”。
水手4号探测器
“水手4号”拍摄的火星照片
苏联在航天竞赛中也不甘落后，屡败屡战，其火星2号和3号探测器成功入轨，并拍摄了大量的火星照片。“火星3号”的着陆器还成功降落到火星表面，不过该着陆器仅发送了20秒的信号就失去联系，人类首张火星表面的照片很模糊，完全无法辨认出任何细节。
美苏之后，日本也试图发射火星探测器，但希望号探测器没能进入火星轨道。
欧空局的“火星快车”是用俄罗斯联盟号火箭发射的，它成功进入火星轨道，也拍摄了不少火星照片。“火星快车”到现在仍在稳定工作，还将为我国“天问一号”提供通信中继。
欧空局和俄罗斯还联合发射了火星痕量气体轨道器，它的相机功能更为强大。
印度2013年成功发射了第一个火星探测器“曼加里安号”，它成功进入火星轨道并拍摄了不少照片，并在官方网站展示。
阿联酋的希望号探测器由美国科罗拉多大学团队研制，并购买了日本H-IIA火箭的发射服务，成功进入火星轨道。2月14日，阿联酋政要纷纷在社交媒体发布了希望号探测器拍摄到的第一张火星照片。
总而言之，加上我们中国的“天问一号”，已经有6个国家和地区的探测器飞到火星并拍照了。
火星拍照的秘密
航天遥感相机可以分为全色相机和多光谱相机。
全色相机是单波段相机，拍出来的照片是500~750纳米的可见光灰度，也就是我们常说的黑白照片。
而多光谱相机顾名思义是多波段的相机，相机CCD传感器接收光信号前会有一个分光过程，通过分光器或RGB滤光片让不同波段的光分别通过成像，然后合成叠加成彩色照片。一般来说，能拍多光谱彩照的相机也能拍全色灰度照片，而且没有分光带来的能量降低等问题，多光谱照片的空间分辨率一般只有全色照片的1/4左右。
对于航天遥感来说，多光谱成像固然重要，它可以拍出我们喜闻乐见的彩色照片，而且不同物质成分的辐射光谱不同，还能用于分辨物质组成，但全色成像的空间分辨率高，同时清晰度和对比度更高，简单地说就是照片质量更好。如果我们想要一张照片有更多细节，那当然要使用全色模式，既然不使用滤光片分光，最终拍出来就是黑白照片。
以天问一号探测器来说，根据“天问一号”拍照时距离火星220万公里的距离，以及照片上火星的大小和像素推断，“天问一号”的首张火星照片是使用高分辨率相机拍摄的，国家航天局特意表示，这次成像模式采用黑白成像。其实道理并不复杂，虽然这部高分相机也有全色模式，但分辨率只有全色模式的1/4，如果换成多光谱的彩色照片，照片就会太模糊且很难分辨细节了。
火星照片上色不易
上色后的火星照片
话说回来，从来没人去过火星，我们怎么保证彩色照片和我们肉眼看到的一样呢？
彩色照片是不同颜色的影像合成的结果，但即使在地面上，由于光照环境的不同，相机拍出的颜色也经常和我们看到的不一致，需要调整照片的色温，也就是白平衡。
火星环境和地球表面大相径庭，无论是光线强度、物质成分还是温度都有很大的区别，如此差距极大的环境下，拍摄火星的彩色照片，后期处理需要调整的参数就更多了。
航天遥感相机的彩色校正一直是相机设计的难点和关键，各国遥感相机的后期处理方法各不相同，反映在照片上就是哪怕对火星同一块区域拍摄的照片，在颜色上也会有细微，甚至不小的区别。
既然如此，那么到底谁拍的才是最真实的彩照呢？
火星轨道器很难为相机找到合适的参照物作为参照，只能根据各自的地面校正结果，也就是说“公说公有理婆说婆有理”了，但火星车截然不同。以美国的好奇号火星车和毅力号火星车为例，这些火星车上专门携带了矫正颜色的标准色卡，这些地面已知颜色的色卡，在火星表面作为标准参照物，能让多光谱相机最大限度地还原火星表面的颜色。我国的嫦娥四号着陆器就使用国旗作为参照物校正颜色，这次“天问一号”的火星车很可能也使用国旗或是效果更好的标准色卡，为我们带来火星的真实彩照。
来源 | 中国航天报
编辑 | 何书雨
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