• Amir Masoud Gharehbaghi

Let There Be (All Kinds of) Light (あらゆる種類の)光あれ

You probably think you know something about light. Yes, it’s what’s in the famous quote “Let there be light” by God. It’s what allows our eyes to see. But light is not just what’s bright and shiny. Light can be dark and invisible to our mortal human eyes.

光について知りたいか?そう、その昔、神が光あれと言ったとか言わなかったとか、するとあったとかなかったとか噂の光だ。神には程遠い我々人間の目でものが見えるのは光のおかげだ。だが、人間の顔についている目で見えるものだけが光のすべてではない。人間には見えない光もあるのだ。



Light is actually the electromagnetic spectrum, which includes the entire electromagnetic wavelength range from radio waves all the way to gamma rays. Radio waves have longest wavelengths ranging from 1mm to 100km, and gamma rays have shortest wavelengths around 1pm (picometer, 10^-12m). Radio waves, gamma rays, and any electromagnetic wave at any wavelength whatsoever between them, are all light and thus they all travel at the speed of light like nothing can catch them.

光というのは、実のところラジオ波からガンマ線までの、この世に存在するすべての波長の電磁波を含む電磁スペクトルのことである。ラジオ波は最も長い波長(1mm〜100km)の電磁波であり、ガンマ線は1pm(1ピコメートル=10^-12m)程度の最も短い波長の電磁波である。ラジオ波もガンマ線もその間のいかなる波長の電磁波も目に見えるものも見えないものもなじみのあるものもないものも、もれなく包括的に光であり、すべての波長の電磁波が光の速度でなによりも速く伝搬する。



The bright, shiny, colorful "light" we are familiar with, is only a fraction of the light spectrum, and is called visible light (because our eyes can see it), ranging from around 400 to 700 nm (nanometer, 10^-9m). Visible light around 400nm looks violet, and around 700nm looks red, with other rainbow colors in between. Light with slightly shorter wavelengths than violet is called ultraviolet (UV), which damages our skin, and light with slightly longer wavelengths than red is infrared (IR), which feels warm.

我々の目が感知することができるさまざまな色の“光”は可視光と呼ばれ、電磁スペクトル全体の中のごく一部である。可視光の波長はおよそ400nmから700nm(1ナノメートル=10^-9m)の範囲で、可視光スペクトルは400nm付近の波長の短い紫色の可視光と700nm付近の赤色の波長の長い可視光を両端とする虹色から成る。紫色の可視光より少し波長の短い光を紫外線(浴びすぎはお肌の大敵)と呼び、赤色の可視光より少し波長の長い光を赤外線(あったか〜いやつ)と呼ぶ。


In Astronomy, different types of light help us unravel the mysteries of the universe in their own ways. To list a few examples, in the microwave domain (with wavelengths between radio waves and infrared light, also used by your microwave oven to heat your food), leftover radiation from the birth of the universe right after the Big Band can be observed (called cosmic microwave background or CMB). Infrared light, which the highly anticipated James Webb Space Telescope is capable of detecting, is used to study cooler objects in the universe like planets. Gamma rays, with shortest wavelengths, are thought to be released during strong explosions such as massive supernovae or merging neutron stars. The choice of instruments depends on the type of light you wish to observe.

天文学においては、さまざまな種類の光が宇宙の謎を解き明かすために使われている。例をいくつか挙げると、ラジオ波と赤外線の間の波長のマイクロ波(電子レンジが食べ物をあたためるのに使う光)では、宇宙マイクロ波背景放射(cosmic microwave background, CMB)というビッグバン直後の宇宙の誕生時の放射の残りを観測することができる。大いに期待されているジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡でも観測される赤外線は温度が低めの惑星などの天体を調査するのに役立つ。最も波長の短い電磁波であるガンマ線は、巨大な超新星爆発や中性子星同士の衝突などの大爆発時に放出されると考えられている。それぞれの光の種類に応じて使用する機材を選択する必要がある。


Ordinary earth-made color cameras are only sensitive to visible light, more specifically, only 3 primary colors of light: RGB (R stands for Red, G for Green, B for Blue). R band is centered around 650nm, G around 550nm, and B around 450nm. Any color in any photograph is expressed as a combination of these RGB bands.

地球上で製造され流通しているカラーカメラは可視光しか感知しない。正確には光の三原色と呼ばれる3つの色だけだ。この3つは通常は赤(Red)・緑(Green)・青(Blue)で、それぞれの頭文字を取ってRGBと呼ぶ。三原色はそれぞれ、赤は約650nm、緑は約550nm、青は約450nmを中心とする波長帯(バンド)である。カラー写真に写るあらゆる色はこれらの3バンドの組み合わせで表される。


Thanks to the tireless efforts for technological advances and innovations, there are other types of cameras available nowadays, such as multispectral cameras and hyperspectral cameras. Multispectral cameras have up to 10 bands and hyperspectral cameras have 100s of narrow bands, which means they can take higher resolution images than standard color cameras. Those multispectral and hyperspectral bands are not limited to just RGB bands or visible light. Some hyperspectral and multispectral cameras can capture light in IR or UV as well as visible range.

カラーカメラでは可視光のRGBバンドしか撮影できないが、先人たちのたゆまぬ努力と技術革新のおかげで、現代ではそのほかのバンドも撮影できるカメラがある。

マルチスペクトルカメラやハイパースペクトルカメラだ。マルチスペクトルカメラは10バンド程度まで撮影でき、ハイパースペクトルカメラでは100バンド以上も撮影できる。つまり、マルチスペクトルカメラやハイパースペクトルカメラはカラーカメラより詳細な波長情報を取得することができる。さらに、マルチスペクトルカメラやハイパースペクトルカメラが撮影できるバンドは可視光だけに留まらず、赤外線や紫外線も撮影できるものもある。



In the following Let There Be Light series, the cool and exciting details of multispectral and hyperspectral imaging will be revealed. Stay tuned!

次回の光あれシリーズでは、マルチスペクトル・ハイパースペクトル画像のすごいところを詳しく説明するよ。お楽しみに!

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