При фотографировании не требуется никаких светофильтров, потому что каждый из трех светочувствительных слоев имеет необходимые спектральные характеристики. Самый верхний слой чувствителен к синим лучам спектра. Под ним находится слой, чувствительный к желто-зеленым лучам. А самый нижний — к красным. В каждый из слоев добавляются особые органические красящие соединения. При проявлении (обычный проявитель для этого непригоден) эти соединения приобретают цвета, окрашивая слои: верхний — желтым, средний — пурпурным, а нижний — голубым. Получившийся негатив имеет цвета, дополнительные к цветам натуры и позитива. Печатается негатив таким же способом, что и обычный, но на специальной трехслойной цветной фотобумаге. Правда, при печати для получения наиболее верной цветопередачи часто приходится пользоваться специальными корректирующими светофильтрами.
Цветная фотография применяется не только для получения художественных снимков. Очень широко ею пользуются в науке и технике, так как сведения о цвете объектов в большинстве случаев несут дополнительную, очень важную для исследователей информацию.
Мы уже говорили об аэрофотографии. Появление цветных фотоматериалов обогатило и эту область исследований. Посмотрите на два цветных аэрофотоснимка, приведенных здесь. Они сделаны с целью геологической разведки местности и составления геологической карты. Сравните их с черно-белыми аэрофотоснимками, и вы увидите, насколько они богаче содержанием, насколько больше можно почерпнуть из них сведений о местности. Они позволяют опытному дешифровщику по окраске выходящих на поверхность горных пород и даже по цвету растительности узнавать о залежах полезных ископаемых гораздо больше, чем при изучении черно-белой аэрофотографии.
Очень интересной областью цветной фотографии является так называемая спектрозональная фотография. От обычной цветной она отличается тем, что съемка ведется не в общепринятых трех основных цветах, а в двух или трех узких участках спектра. Выбор этих участков спектра зависит от цели, с которой применяется спектрозональная фотография. Если ее хотят использовать для поисков какого-либо определенного полезного ископаемого, то один или два из этих участков выбираются среди тех длин волн, которые наиболее хорошо отражает это ископаемое, а третий участок выбирается среди наиболее характерных длин волн в отраженном спектре поверхности; чаще всего это зеленый цвет, цвет растительного покрова. Печать со спектрозональных негативов ведется на цветную фотобумагу, но цвета будут получаться неестественными. Зато по ним легко будет отыскать тот самый условный, но характерный для данного полезного ископаемого цвет.
Автографы невидимок
Если бы мы продолжили исследования природы света, то следующим шагом было бы знакомство с явлением радиоактивности, с космическими лучами, со строением атома, его ядра и с самими ядерными частицами. Но хотя это и чрезвычайно интересная и важная область физики, она не связана с тем, о чем идет речь в данной книге. О ядерной физике вы можете узнать из множества научно-популярных книг и статей, опубликованных в последние годы. Здесь же, в главе о фотографии, стоит рассказать о том, как она помогает физике проникнуть в самые сокровенные тайны материи, открывая взору внимательного исследователя новые удивительные частицы.
В настоящее время еще не созданы такие микроскопы, которые помогли бы увидеть молекулы, не говоря уже об атомах и элементарных частицах. И все-таки ученые сумели обнаружить многие из таких частиц и узнать их массу, величину электрического заряда, определить энергию и скорость их перемещения.
В этом большую помощь оказала фотография. Конечно, и она не смогла увидеть сами частицы, но зато с высокой точностью запечатлела их следы. Этого уже было достаточно физикам, чтобы узнать о частицах очень многое.
Вам, наверное, приходилось наблюдать, как в глубоком ясном небе внезапно возникала узкая, непрерывно удлиняющаяся белая полоса — след летящего на большой высоте самолета. Это так называемый инверсный след. Он возникает, когда отработанные газы из двигателя попадают в холодную окружающую атмосферу. Сам самолет может лететь так высоко, что мы не увидим его невооруженным глазом, но по инверсному следу можно без труда определить направление полета, эволюции машины и хотя бы приближенно его скорость. Самолет как бы оставляет свою роспись в небе, и она, постепенно расплываясь, сохраняется еще долгое время.
Нечто подобное происходит в специальном приборе, известном под названием камеры Вильсона. Полость этой камеры заполнена паром (пар прозрачен, его не следует путать с туманом). Давление пара и его температура поддерживаются такими, что без постороннего вмешательства он не превращается в туман. Но стоит внутрь камеры попасть мельчайшей пылинке или электрически заряженному тельцу, как вокруг них тотчас же начинается конденсация пара и образуются мельчайшие капельки жидкости — туман.
Если в полость камеры через специальное окошко впустить какую-либо из элементарных частиц, обладающую достаточной скоростью, она на своем пути будет ионизировать нейтральные до того атомы пара. Ионы же, обладая электрическим зарядом, вызовут конденсацию пара вокруг себя, и таким образом частица оставит в камере свой «автограф».
В других типах камер, предназначенных для такой же цели, вместо пара применяется перегретая, легко кипящая жидкость. При движении частицы в такой жидкости на ее пути остаются мельчайшие пузырьки.
Снимок траекторий элементарных частиц в пузырьковой камере.
Изучать следы непосредственно в самой камере невозможно, это заняло бы слишком много времени и было бы не только неудобным, но и крайне неточным, тем более, что следы, оставляемые частицами, недолговечны. Поэтому ученые регистрируют следы частиц с помощью автоматического фотоаппарата, который заставляют срабатывать сами же частицы.
По характеру следов, по их длине, по тому, как меняется направление движения частиц под воздействием поля мощного постоянного магнита, установленного в непосредственной близости от камеры, ученые могут оценить свойства частиц.
Таким методом были обнаружены некоторые из известных в настоящее время частиц. Но, для того чтобы открыть хотя бы одну из них, приходилось проводить огромное количество экспериментов и делать тысячи фотографий. И только лишь на единицах из них удавалось обнаружить нечто новое.
Фотография, приведенная здесь, относится к числу исключительно счастливых — на ней среди прочих следов были обнаружены следы частиц антиматерии.
Запечатленное движение
В 80-х годах прошлого столетия врач и естествоиспытатель, большой любитель фотографии Маррей сконструировал и изготовил необычайный по виду и по своим возможностям фотоаппарат.
Фотоаппарат был очень похож на ружье. Так же как и у ружья, у него были приклад, ложе, прицел и спусковой механизм. Но вместо ствола на этом ружье был установлен телескопический (сильно приближающий) объектив, а патроны и обойму заменил барабан с установленными в нем небольшими фотопластинками. При нажатии на собачку спускового механизма барабан проворачивался, срабатывал фотографический затвор и делался снимок. Чем чаще нажимали на собачку, тем чаще делались снимки. Тренированный фотограф с помощью ружья Маррея мог сделать до 10–12 снимков в секунду — результат, небывалый по тем временам.
Как и все настоящие охотники, Маррей бродил по лесам, полям и болотам в поисках дичи. Но бесшумные выстрелы его ружья не убивали, не причиняли вреда — они приносили только пользу.
Когда появились первые фотографии Маррея, естествоиспытатели и художники были поражены тем, как плохо и неверно представляли они движения птиц и животных. Они увидели, что отдельные фазы движения животных, полученные на фотографиях, совсем не походят на то, что до сих пор они изображали в своих научных зарисовках и картинах. И, конечно же, винить в ошибках фотографию было нечего. Виноват был человеческий глаз, не поспевавший разлагать быстрые движения на отдельные их этапы, фазы.
Снимки, сделанные ружьем Маррея, в большинстве случаев рассматривали в отдельности, интересуясь лишь содержанием каждого из них.
Но иногда, чаще всего для забавы, их наклеивали на диск кинематоскопа и, вращая диск, подобно юле, получали эффект движения. На кино это было совсем непохоже. И все-таки ружье Маррея уже не было обычным фотоаппаратом. Скорее оно представляло собой одного из первых предшественников киносъемочной камеры.
Фотографическое ружье Маррея.
Первым, кому удалось успешно справиться со множеством технических трудностей и создать специальные устройства для фотографирования и воспроизведения движущихся изображений, был замечательный американский изобретатель Томас Алва Эдисон (1847–1931). Правда, вначале и у него не все шло гладко. Главной причиной неудач была непрочность пленки, на которой приходилось вести фотографирование, — она слишком часто рвалась. Только через два года после начала работы, в 1889 году, Джордж Истмен, основатель известной фирмы «Кодак», стал изготавливать пленку на нитроцеллюлозной основе. Эта пленка обладала высокими по тем временам качествами. Узнав о ней, Эдисон купил у Истмена самый длинный кусок, какой тот мог для него изготовить. Длина его была 15 метров.
Но и этого количества пленки Эдисону оказалось достаточно для съемки первого кинофильма. Он длился всего 13 секунд при частоте 48 кадров в секунду. В одном из фильмов были сняты боксирующие кошки, в другом — силач, выполняющий гимнастические упражнения.
Трудно сказать, почему Эдисон остановился на скорости съемки, равной 48 кадрам в секунду. Вероятнее всего, это объясняется тем, что инерционные свойства глаза в те времена еще не были изучены достаточно хорошо. Свои фильмы без ухудшения качества показа Эдисон мог бы растянуть во времени вдвое, если бы снизил скорость съемки до 24 кадров в секунду. В наше время, когда свойства глаза известны значительно лучше, для обычной киносъемки принята скорость, как раз равная 24 кадрам в секунду. В начале века она была даже более низкой, и этим объясняются суетливость и резкие движения персонажей старых кинофильмов, когда такие фильмы демонстрируются с помощью современной киноаппаратуры.