Звёзды
Хиви НАСА. Задают вопрос:
– А почему на фотографиях не видны звёзды? А я вам скажу! Да потому, что в NASA не смогли подделать вид звёздного неба с Луны и решили его просто убрать, так как любой астроном смог бы их уличить!!
– Уй, вы меня так не пугайте! За что же честные налогоплательщики платят? Прямая обязанность NASA – уметь это делать. Интересно, что, по-вашему, «любой астроном» смог бы сказать, как выглядит звёздное небо на Луне, а насов насовцы не смогли бы?
У меня на винчестере валяется программка, которая вам покажет звёздное небо хоть с Малой Медведицы, что, согласитесь, гораздо труднее, а сделал её никому не известный студент-программист.
Я уж не говорю о том, что расстояние между Землёй и Луной во много раз меньше расстояния до планет (а тем более – до звёзд), поэтому взаимное расположение звёзд и планет с Луны выглядит практически так же, как и с Земли. Так что NASA для подделки вида неба с Луны не пришлось бы долго трудиться.
– Это всё понятно, но звёзд от этого на снимках не прибавилось.
– Невозможно запечатлеть ярко освещённые Солнцем объекты и одновременно звёзды. Можно, конечно, сфотографировать звёзды, поставив длительную выдержку, но при этом на фотографии не получатся яркие объекты (астронавт, лунная кабина, флаг, лунная поверхность и т. д.). А зачем это американцам? Что на снимках было для них более важно – лунные пейзажи и люди или же звёзды?
– Нет слов, одни эмоции… Странно: русские и Гагарин звёзды видели, американцы и Армстронг – нет. Может, они летали в разные места? А вы ещё скажите, что вспышка освещает звёзды, и поэтому они остаются на плёнке.
– Естественно, нет.
Итак, основы фотографии. Фотоплёнка при попадании на неё света чернеет. Почернение тем больше, чем больше так называемая экспозиция – количество света, попавшее на неё, то есть освещённость плёнки, умноженная на время освещения. H=Et, где Н – экспозиция, Е – освещённость, t – время освещения. Грубо говоря, если экспозиция меньше некоего минимального порогового значения, то почернения нет, если же больше максимального порогового – то плёнка больше не почернеет (и так полностью почернела, дальше некуда – а в некоторых случаях при очень сильной передержке может даже несколько посветлеть, этот эффект называется соляризацией). Интервал экспозиций, в котором плёнка правильно воспроизводит изображение, называется фотографической широтой.
Зависимость почернения фотослоя от экспозиции.
По горизонтальной оси отложена экспозиция H, по вертикальной – степень почернения d (обе величины – в логарифмическом масштабе).
H < H0 – область вуали.
H0 < H < H1 – область недодержек.
H1 < H < H2 – область нормальных экспозиций.
H > H2 – область передержек и соляризации.
В фотоаппарате для регулирования количества света, попадающего на плёнку, изменяется и время съёмки, то есть время, на которое открывается затвор (выдержка), и освещённость плёнки. Для регулирования освещённости в объектив вмонтирована так называемая диафрагма – металлические лепестки, которые могут сходиться или расходиться, изменяя количество проходящего через объектив света. Аналогичное устройство имеется в человеческом глазу – зрачок, который при ярком свете сужается.
Если мы фотографируем объект с очень большим диапазоном яркостей, то может получиться, что очень сильно освещённые участки кадра уйдут в область передержек, то есть на снимке (на позитиве) будут полностью белыми, без каких-либо деталей, а слабо освещённые останутся в области недодержек, то есть на снимке будут совершенно чёрными. Поэтому такие высококонтрастные сюжеты очень трудно снимать. В студии тени подсвечивают специальными слабыми источниками света (заполняющий свет), чтобы в тенях появились детали. (Зайдите в фотостудию и закажите портрет. Как минимум, там будет два источника света: один, сильный, освещает лицо сбоку и создаёт рельеф лица на изображении (рисующий свет), другой, послабее, освещает лицо со стороны аппарата и создаёт
освещённость в тенях, снижая контраст изображения. А любительские портреты со вспышкой выглядят несколько плоскими и безжизненными, потому что вспышка освещает лицо от аппарата и теней на нём нет.)
Если же то, что мы снимаем, контрастно и подсветить тени нельзя, то это – очень сложный объект для съёмки. Например, мы стоим в туннеле, фотографируем выход из него и хотим, чтобы получились и объекты в туннеле, и освещённый солнцем пейзаж. Тут надо тщательно измерить яркости объектов в туннеле и яркости пейзажа и так выбрать сочетание выдержка диафрагма, чтобы яркости «влезли» в тот интервал, который может передать плёнка. В таких случаях фотографы делают ещё и «вилку» – снимают три раза: один с расчётной выдержкой и диафрагмой, другой – увеличив выдержку относительно расчётной (или приоткрыв диафрагму) и третий – наоборот, чтобы потом выбрать наилучший снимок, в котором яркости объектов наилучшим образом «вписываются» в воспроизводимый плёнкой диапазон яркостей. Впрочем, если диапазон яркостей в кадре слишком велик, то всё равно ничего не получится.
И наконец, на Луну. Лунные камни и астронавты освещены Солнцем не хуже, чем сочинский пляж летом в ясный день. Современные аппараты сами определяют освещённость объекта съёмки и отрабатывают соответственно этому выдержку и диафрагму, но тот, кто фотографировал старыми камерами, где выдержку и диафрагму надо было ставить вручную, знает, что для съёмки в таких условиях нало ставить самую короткую выдержку, которая есть у затвора (одна пятисотая или одна тысячная доля секунды), да ещё довольно сильно задиафрагмировать объектив. Абсолютно чёрное небо с крохотными точечками звёзд при такой выдержке, конечно, «не проработается» – звёзды на снимке видны не будут. Чтобы они появились на фотографии, надо полностью открыть диафрагму и дать выдержку в несколько десятков секунд – но при этом всё остальное уйдёт на плёнке далеко в область передержек и на снимке будет полностью белым без каких-либо деталей. (Эффектные фотографии в учебниках астрономии, где звёзды описывают круги вокруг полюса, получают, как нетрудно понять, делая выдержку в час (!) или ещё больше.) В общем, фотографическая широта плёнки недоста недостаточна, чтобы одновременно проработать и освещённые прямым солнечным светом объекты, и звёзды. Либо то, либо это.
А теперь давайте оценим яркость звёзд и объектов на снимках NASA. Отношения максимальной и минимальной яркостей объектов на снимках с Луны – более 100000. Визуальная звёздная величина Луны: -12.73, визуальная звёздная величина наиболее яркой звезды – Сириуса, равна -1.58. Отношение яркостей для звёзд считается на основе формулы Погсона: lg E2/E1=0,4(m1-m2). Для Луны и Сириуса в логарифмическом масштабе получим 4,46 или более 28800. Фотоплёнок с такой фотографической широтой нет (по крайней мере, у астронавтов на Луне не было.)
Менее утешительный результат получится, если сравнивать яркость объектов на поверхности Луны всё с тем же Сириусом. По справочнику [3] табл.111 находим яркость Луны 2500 кд/м², откуда (по формуле Погсона) яркость Сириуса около 0,18 кд/м². Освещённость, создаваемая Солнцем вне атм. Земли на удалении 1 а.е. в среднем 127 000 лк ([1] с. 1200); яркость листа белой бумаги (коэфф. диффузного отражения 0.6-0.7) при освещённости 30-50 лк будет 10-15 кд/м² ([3] табл.111). Поэтому на поверхности Луны яркость листа бумаги (в худшем случае 50/10) =127000лк/50лк x 10 = 25400 кд/м². Скафандры астронавтов должны быть примерно такой яркости. Отношение яркостей 25400/0.18=141111 (5.15 в логарифмическом масштабе).
Ладно, берём лунный грунт. Альбедо Луны 0,067 (близко к коэфф. отражения почвы по спр. [3]), т. е. в 10 раз меньше, чем у бумаги. Возвращаемся всё к тем же 2500 кд/м² (это в худшем случае, реально грунт ярче).
На фотографиях лунная поверхность видна во всех полутонах, следовательно, попала в диапазон оптимальных экспозиций. Это означает, что Сириусу с его яркостью ничего не светит. Если Видны звёзды, то астронавты с луной – в области соляризации фотоэмульсии.
Даже если… Отрицательную звёздную величину имеют ещё только Канопус (-0,89) и некоторые планеты (например, Марс может иметь яркость до – 2). А всего звёзд с яркостью <1 только 24 по всему небосводу. Максимальная фотографическая широта светочувствительных материалов – 4 (крутая экзотика, но всё равно мало).
Так что отсутствие звёзд на фотографиях на Луне – не признак подделки, а наоборот. Если бы там звёзды были, то вот это была бы точно подделка – ну, по меньшей мере, фотомонтаж.
Про видимость звёзд в космосе и зрение. Естественно, звёзды в космосе видны – видим же мы их ночью с Земли. Но… кажется, не всегда. Если в поле зрения есть большой и яркий объект, то зрачок «задиафрагмирует» глаз – звёзды видны не будут. То есть если космонавт смотрит в иллюминатор, то звёзды он увидит. Но если в иллюминаторе будет при этом освещённая Солнцем Земля, то, пожалуй, нет. На Луне – тоже вряд ли: слишком много ярких объектов в поле зрения.
«Зритель хочет и в дневное время видеть звёзды на лунном небе, а ведь их обычно не видно: днём яркий солнечный свет ослабляет чувствительность глаза настолько, что небо кажется пустым, сплошь чёрным. Чтобы рассмотреть звёзды, надо глядеть через бленду, отсекающую посторонний свет. Тогда зрачки постепенно расширятся, и в небе вспыхнут огоньки, один за другим, пока наконец не заполнят всё поле зрения. А стоит перевести взгляд на что-нибудь другое, и – фьють! – звёзды пропали. Глаз человека может видеть одно из двух: либо дневные звёзды, либо дневной ландшафт, но не то и другое вместе».
Нет-нет, это не описание побывавшего на Луне очевидца. Этот текст был написан за восемь лет до того, как на Луне побывали первые люди. Это – отрывок из известного романа А. Кларка «Лунная пыль». Как видите, прозорливый человек ещё до полётов на Луну знал, что, находясь на освещённой Солнцем лунной поверхности, звёзд не увидишь. И Армстронг впоследствии это подтвердил: он сказал, что, когда находишься на Луне, впечатление такое, что ты – на ярко освещённом прожекторами футбольном поле, и никаких звёзд при этом не видно.
Посмотрите фотографию Земли, сделанную советским аппаратом Зонд-7 в 1969 году (это для тех, кто не верит американским снимкам). Этот снимок приведён в энциклопедии «Космонавтика» на вклейке VI, стр. 48-49. Земля есть. Звёзд – нет.
Если все эти теоретические рассуждения вас не убедили, их можно легко проверить на практике. Ясным вечером попросите вашего друга надеть что-нибудь светлое и выйдите с ним на улицу. Поставьте его под уличным фонарём и сфотографируйте на фоне звёзд. Когда фотография будет готова, посчитайте на ней звёзды. Нечего считать? Вот и у астронавтов были такие же проблемы, только более серьёзные: Солнце освещало всё на их фотографиях куда ярче, чем уличный фонарь – вашего друга.
([1] Физические величины. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991.
[2] Дагаев М. М. Наблюдение звёздного неба. М.: Наука, 1983.
[3] Кошкин, Ширкевич. Справочник по элементарной физике. М.: Наука, 1980.)
Ю. И. МУХИН. Обратите внимание, что хотя насовцы и их хиви всё время натужно шутят, но вообще-то они без чувства юмора. Ведь могли же они этот опус про причины отсутствия звёзд на фотографиях с Луны дать в конце своих писаний, чтобы мы уже забыли их рассказы о том, почему в тенях «на Луне» прекрасно видно мельчайшие детали. Получается, как в древнем анекдоте о Ходже Насреддине.
Торговец оружием на базаре кричит: «Вот щиты, которые не пробьёт ни одно копьё! Вот копья, которые пробьют любой щит!» Насреддин его спрашивает: «А что будет, если твоим копьём ударить по твоему щиту? »
Насовцы при помощи Погсона и фотографической широты фотоплёнки убедительно доказали (по крайней мере, сами себе), что таких ярких светящихся объектов, как звёзды, на фотографиях с Луны быть не может. Почему же тогда с помощью Погсона и Кошкина с Ширкевичем не доказать, что при фотографировании астронавта, которому Солнце светит в спину (127 000 люкс), будут видны находящиеся в тени и, в отличие от звёзд, несветящиеся мельчайшие детали его скафандра? Ну ладно, пусть хиви НАСА продолжают свою поэму о звёздах.
Хиви НАСА. Но нам говорят.
– Я вам уже было поверил, что если фотографировать ярко освещённый объект, то звёзд на фото не получится. Но вот посмотрите на эту фотографию (рис. 52), на которой изображён повреждённый взрывом служебный отсек корабля «Аполлон-13». Фото взято с сервера NASA: http://images.jsc.nasa.gov/images/pao/as13/10075514.jpg – и немного уменьшено.В центре кадра – отсек, ярко освещённый Солнцем и занимающий значительную часть кадра, а вокруг – целая куча звёзд! Так что в космосе у астронавтов звёзды на фотографиях получались, а на лунной поверхности – почему-то нет! Или, может, отсек слабо освещён? Например, Солнце за космической тучей спряталось?
– В принципе отсек мог быть слабо освещён. Астронавты отдели ли служебный отсек от командного, в котором они находились, незадолго до входа в атмосферу. И если они подлетали к Земле с ночной стороны, то Солнце могло спрятаться за Землю.
Но тут, кажется, не Солнце слабо освещает служебный отсек, а, наоборот, звёзды слишком яркие, гораздо ярче обычного. Взгляните – три-четыре из них даже просвечивают через сопло ракетного двигателя.
Согласитесь, что настоящие звёзды никак не могли бы просвечивать сквозь металл. Так что никакие это не звёзды, а дефекты изображения. Возможно, в NASA отсканировали пыльную фотографию – иногда брак и там случается.
На другом сервере NASA есть эта же фотография, но более аккуратно отсканированная, и никаких «звёзд» на ней нет: http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/alsj/a13/as13-59-8500.jpg.
Ю. И. МУХИН. Не могу согласиться с тем, что у насовцев случается брак. Он у них не случается, он у них идёт сплошным, непрерывным потоком. А пыль такой не бывает. Вы что, хиви, своих не узнаёте? Это же перхоть! А на другом сервере фотография чистая, потому, что насовец помыл голову шампунем «Head & Sholders». Это же как бедным хиви надо изворачиваться – «отсканировали пыльную фотографию»!
Хиви НАСА. Нам говорят:
– Ну хорошо, пусть нельзя одновременно сфотографировать звёзды и объекты на лунной поверхности. Но неужели вид звёздного неба с Луны не интересен учёным? Почему астронавты специально не фотографировали звёзды?
– А кто вам сказал, что они не фотографировали?
Сперва давайте разберёмся, что именно для учёных интересно в таких фотографиях. Как мы уже сказали, взаимное расположение звёзд с Луны практически такое же, как и с Земли, поэтому, казалось бы, фотографирование звёзд с Луны не имеет особого смысла. Но когда мы наблюдаем или фотографируем звёзды с земной поверхности, то свет звёзд проходит через атмосферу, которая пропускает видимый свет, но задерживает, например, ультрафиолетовые лучи. А на Луне атмосферы нет, поэтому с её поверхности можно сделать такие фотографии звёзд и других небесных объектов, которые невозможно получить на Земле.
Астронавты «Аполло-16» организовали первую и пока единственную в истории астрономическую обсерваторию на другом небесном теле (рис. 53). Они установили на лунной поверхности специальную камеру, присоединённую к небольшому телескопу, которая фотографировала небесные объекты в дальнем ультрафиолете – от 500 до 1600 ангстрем (для сравнения – видимый свет имеет длины волн от 4000 до 7000 ангстрем), а также фиксировала их спектры. Камера могла фотографировать фотографировать объекты до 11 звёздной величины – в 100 раз слабее тех, которые можно видеть невооружённым глазом. Астронавты наводили её на различные участки неба и фотографировали туманности, звёздные скопления, Большое Магелланово облако, Землю (для Луны Земля – тоже небесный объект) – всего ими было сделано 178 фотографий. Отснятую плёнку они привезли на Землю. А камера до сих пор стоит на поверхности Луны. На рис. 53 эта камера – на переднем плане. Она установлена в тени лунного модуля, чтобы избежать её нагрева прямыми солнечными лучами. Вот снимок, который астронавт Джон Янг сделал 21 апреля 1972 года (рис. 54).
На этом снимке изображена Земля. Свечение, которое её окружает – это водородная корона: облако очень разреженного водорода, которое ярко светится в ультрафиолетовых лучах. Разумеется, фотографирование небесных объектов в ультрафиолетовых лучах можно выполнять не только с Луны, но и из космоса – например, с околоземной орбиты. Позже такие фотографии делались астронавтами на американской орбитальной станции «Скай-лэб», а также автоматическими орбитальными обсерваториями.
Ю. И. МУХИН. Естественен вопрос – зачем же надо было везти на Луну этот телескоп, если все полученные с него снимки можно было в тысячу раз дешевле сделать со спутников. Ответ один: в Голливуде уже не знали, что бы такое полезное придумать, чтобы заполнить 20 часов съёмочного времени комедии «Джон Янг на Луне». Кстати, эта «астрономическая обсерватория» находится в тени и вроде не должна сама светиться, как Канопус, но всё её детали, в отличие от звёзд, видны прекрасно.
