КАКОГО ЦВЕТА ЛУНА? Часть 2
Леонид Коновалов
Оригинал статьи размещён на вебсайте Леонида Коновалова КАКОГО ЦВЕТА ЛУННЫЙ ГРУНТ. Английский перевод статьи: What Colour is the Moon? Part 2
Продолжение. Начало см. КАКОГО ЦВЕТА ЛУНА? Часть 1
У меня есть основания полагать, что решение о том, что лунный грунт на снимках высадки астронавтов на Луну будет совершенно серым, было принято за два или три года до начала лунных экспедиций, в 1966 или 1967 году на основе снимков "Сервейера". И под такой серый грунт стали готовить павильонные съемки для имитации высадки на Луну людей. Чуть ниже я объясню, почему грунт на снимках получился совершенно серым. Сделать мне это несложно, поскольку несколько лет я преподаю дисциплину "Цветоведение" в институте кинематографии, и вопросы цветоискажений - моя любимая тема.
Сначала обсудим некоторые технические детали. В официальном отчёте NASA по «Сервейеру-1» [1] утверждается, что кривые пропускания трёх светофильтров были близки к стандартным - мы воспроизводим соответствующую диаграмму из [1]. Вот этот рисунок:
Действительно, рисунок именно так и выглядит [1] и он показывает, какие фильтры были использованы при съемке на черно-белый материал. Давайте посмотрим, какие фильтры выбраны были для фотоаппарата Сервейера. Начнем с самой грубой ошибки, с оранжевого светофильтра.
Для удобства анализа я выделил эту кривую оранжевым цветом и провел вертикальную линию, чтоб можно было увидеть, на какую длину волны приходится максимум пропускания такого оранжевого светофильтра:
Максимум попадает примерно на 580 нм. Какой это цвет? Прежде чем ответить на этот вопрос, посмотрим на красивую фотографию ночного города (я ее скачал с интернета). Парк освещен желтым цветом натриевых ламп.
Где находится максимум излучения натриевых ламп?
Классическая натриевая лампа (низкого давления) имеет только один максимум излучения, 589 нм, и дает монохроматический желтый цвет. В лампы уличного цвета добавляют немного ртути, из-за этого в спектре излучения появляются дополнительные небольшие максимумы:
Измерения произведены на спектрорадиометре specbos 1201:
Итак, натриевая лампа максимум излучения дает на дине волны около 590 нм.
А наш светофильтр, установленный на Сервейере, имеет максимум пропускания около 580 нм, значит, по цвету он более желтый, чем натриевые лампы. Итак, вы уловили первый вывод? Вместо того, чтобы снимать цветные объекты по классической схеме через синий, зеленый и красный светофильтры (то, что мы произносим как R,G,B), было предложено воспользоваться другой триадой - синий, зеленый и желтый светофильтры.
Попробуем найти в каталоге оптического стекла желто-оранжевый светофильтр, который имеет такой же крутой фронт подъема, как на приведенном выше рисунке фильтров Сервейера. Таким требованиям удовлетворяют оранжевые стекла ОС-13 и ОС-14. Но все оранжевые стекла прекрасно пропускают красные лучи. Более того, пропускание оранжевых стекол продолжается в инфразону до длины волны 2500 нм. А вот оранжевый светофильтр Сервейера красные лучи (после 640-650 нм) вообще не пропускает. Возьмите любой оранжевый светофильтр и посмотрите через него на красный объект - он будет ярко виден. Красные лучи обязательно проходят через оранжевые светофильтры. Значит, чтобы подобрать светофильтр, как можно точнее к фильтру Сервейера, нужно к желто-оранжевому фильтру прибавить другой, который будет отрезать (не пропускать) красные лучи.
Красные лучи у нас задерживаются голубыми (сине-зелеными) стеклами. Похожую спадающую кривую в красной зоне имеет стекло СЗС-25 и СЗС-23.
Таким образом, чтобы получить точную спектральную характеристику пропускания светофильтра, как можно ближе к "оранжевому" светофильтру Сервейера, я должен к найденному оранжевому стеклу прибавить ещё и голубое стекло.
Какой цвет получится в результате? Менее оранжевый, более жёлтый!
В связи с вышеизложенным интересно посмотреть, а где расположен максимум чувствительности в красной зоне у современных профессиональных материалов?
Возьмем негативную кинопленку Фуджи:
Максимум в красной зоне - около 645 нм. Максимум расположен не в желтой зоне спектра, а в середине красного участка!
Возьмем цветную обращаемую фотопленку Кодак Эктахром 100. Максимум в красной зоне - тоже около 650 нм!
Согласно заявленным данным, в миссиях Аполлон использовалась цветная обращаемая фотопленка Эктахром светочувствительностью 64 ASA. Максимум чувствительности "красного" слоя приходился на длину волны 660 нм.
Вызывает вопросы и синий фильтр для фотоаппарата Сервейера. Помимо одного максимума в синей зоне, он имеет и второй максимум пропускания, ближе к голубым лучам.
Итак, что же мы видим в результате? Вместо того, чтобы производить фотосъемку по классической схеме через синий, зеленый и красный светофильтры, съемка была сделана через сине-голубой, зеленый и желтый.
На снимке - классическая триада фильтров для цветоделения (R, G, B).
А вот так выглядел оранжевый фильтр Сервейера, взятый вместо красного.
О какой точной цветопередаче вообще может идти речь? Все красные объекты имеют максимум отражения в красной зоне, а наш "оранжевый" светофильтр Сервейера красные лучи как раз и не пропускает. Все красные объекты станут очень темными, малонасыщенными, почти серыми.
РЕАЛЬНЫЕ ПРИЧИНЫ УМЕНЬШЕНИЯ НАСЫЩЕННОСТИ ЦВЕТА ЛУННОГО ГРУНТА - НЕПРАВИЛЬНОЕ ЦВЕТОДЕЛЕНИЕ
Как видите, частичная потеря цветности, особенно хорошо заметная на грунте Луны (грунт стал совсем серым) вызвана неправильным подбором триады фильтров для цветоделения при съемке: вместо синего, зелёного и красного фильтров использовались сине-голубой, зеленый и желтый.
И когда в 1966 году были получены первые цветные фотографии с Сервейера, на которых грунт был совершенно серым, вот тогда и было принято решение, что в павильонах Невады будут имитировать посадку астронавтов на черно-белую Луну. И насыпной грунт, изображающий реголит, стали делать серым. Наша "Луна-16" привезёт первые 105 граммов грунта с поверхности Луны только в сентябре 1970 года, и он будет темно-коричневым.
Кстати. Как только скептики уличают НАСА в каком-либо несоответствии на снимках и в описаниях, НАСА не очень быстро, но реагирует: исправляет тени на фотографиях, добавляет в тексты фразы, которых раньше никто не говорил, подрисовывет одни элементы и затирает другие, и, конечно же, находит "потерянный" лунный грунт, который теперь соответствует современным представлениям о Луне.
Вот и коричневый грунт нашёлся!
Найден лунный грунт, собранный при спорном факте высадки американцев на Луне. Образцы лунного грунта обнаружены в заброшенном архиве. Между тем, возможно, что это пост-подтасовка
В той исторической (если она, конечно, действительно имела место!) миссии "Аполлон 11" принимали участие три астронавта (на фото): командир экипажа Нил Армстронг и пилот Эдвин Олдрин, а также пилот командного модуля Майкл Коллинз. Лунный модуль корабля был посажен в юго-западном районе Моря Спокойствия.
Пока Нил Армстронг и Эдвин Олдрин оставались на поверхности Луны в течение 21 часа 36 минут и 21 секунды, пилот Майкл Коллинз ожидал их на окололунной орбите (именно это место вызывает огромное число нареканий со стороны скептиков: дескать технически в те годы это еще было невозможно, а США проигрывали космическую гонку СССР).
Астронавты установили в месте посадки флаг США, разместили комплект научных приборов и собрали 21,55 кг образцов лунного грунта, которые были доставлены на Землю. После полёта члены экипажа и образцы лунной породы прошли строгий карантин, который не выявил никаких лунных микроорганизмов.
Странно то, что месяц назад образцы лунного грунта, собранные во время миссии "Аполлон 11", были обнаружены в архиве национальной Лаборатории Бэркли, и главное, что никто не знает, как они туда попали. Им бы место по крайней мере в музее, а не в забытом всеми архиве.
ПОЧЕМУ ТАКАЯ НЕОБЫЧНАЯ "ТРИАДА" ФИЛЬТРОВ - СИНИЙ, ЗЕЛЁНЫЙ, ОРАНЖЕВЫЙ?
У вас, наверное, давно возник вопрос: а зачем это американцы на своих Сервейерах производили съемку через такую странную триаду фильтров? Почему они не стали делать снимки, как это общепринято - через синий, зеленый и красный светофильтры? Зачем они красный фильтр заменили на жёлто-оранжевый?
ЧТО ПРОИСХОДИТ С КОРИЧНЕВЫМИ ЦВЕТАМИ ПРИ ЗАМЕНЕ КРАСНОГО СЪЁМОЧНОГО СВЕТОФИЛЬТРА НА ОРАНЖЕВЫЙ?
Решение о том, что лунный грунт на фотографиях миссий Аполлон (1969-1972) должен быть практически серым, было принято, на мой взгляд, в 1966 году, когда были получены снимки с космического аппарата Сервейер-1. После мягкой посадки на поверхность Луны в июне 1966 года, аппарат Сервейер произвел более 11 000 фотоснимков с помощью черно-белой телекамеры. Большинство из этих снимков послужили (как фрагменты паззла) для составления панорамы окружающего лунного ландшафта. Но определенная часть снимков производилась через цветные светофильтры, чтобы впоследствии на Земле из трех цветоделенных изображений синтезировать одно полноцветное. Но цветоделение, на мой взгляд, было проведено неправильно. Вместо триады фильтров - синий, зеленый и красный - при съемке использовался желто-оранжевый фильтр вместо красного. Это и привело к цветоискажениям, изменившим цвет лунного реголита.
Мы знаем, что согласно легенде, у астронавтов миссии Аполлон-11 для съемок в цвете была цветная обращаемая фотопленка Эктахром-64 и фотаппарат Хассельблад. Чем будет отличаться цветной снимок лунного реголита, сделанный на обращаемой фотопленке Эктахром от снимка, полученного с помощью синтеза трех цветоделенных черно-белых изображений с аппарата Сервейер?
Три светочувствительных слоя фотопленка Эктахром и телекамера Сервейер, через три цветных фильтра, увидят лунных грунт в разных участках спектра. Нам известна спектральная характеристика отражения реголита из Моря Спокойствия, куда по легенде прилунился Аполлон-11. см. Рисунок выше
Нам известна спектральная чувствительность трёх слоев цветной обращаемой фотопленки Эктахром-64. Поскольку вертикальная шкала на графике спектральной светочувствительности логарифмическая, то за границы максимума светочувствительности принимаются участки, где светочувствительность уменьшается вдвое. Разница в одну логарифмическую единицу означает изменение чувствительности в 10 раз, изменение в 2 раза - это 0,3 по вертикальной шкале логарифмов. Выделяем зоны максимальной светочувствительности для каждого из трех слоев фотопленки (от точки максимума - на 0,3 единицы вниз влево и вправо). Это будут участки 410-450 нм, 540-480 нм и 640-660 нм.
Фотопленка Эктахром будет воспринимать лунный грунт, как если бы он отражал 7,1% в синей зоне, 9,1% в зеленой зоне и 10,3% в красной зоне. Так происходит цветоделение на стадии экспонирования. Иногда эта стадия называется АНАЛИЗОМ. А далее, после проявки фотопленки, в каждом слое пропорционально полученной экспозиции образуется свой краситель. Из трех отдельных красок складывается полноцветное изображение. Эта стадия называется СИНТЕЗ.
В обращаемой фотопленке анализ и синтез изображения происходит внутри эмульсионных слоев пленки. В случае аппарата Сервейер АНАЛИЗ лунного изображения (разложение на три черно-белых цветоделенных изображения) происходит на самой Луне, а СИНТЕЗ изображений происходит на Земле, после поступления и записи телевизионных сигналов с Луны.
Перед объективом телекамеры на Сервейере находится турель со светофильтрами, и аппарат производит последовательную съемку сначала через один светофильтр, потом через другой и через третий.
Поскольку зоны пропускания светофильтров Сервейер не совпадают с зонами чувствительности фотопленки, телекамера аппарата Сервейер увидит лунный грунт иначе, в других участках спектра: 430-470нм, 520-570 нм и 570-605 нм. После такой фотосъемки будет создаваться ощущение, что лунный грунт отражает в синей зоне 7,5% света, в зеленой зоне - 8,7% и 9,2% в красной зоне.
Поскольку дальнейшие результаты будут представлены в цифровом виде - в виде картинки в формате *.jpg , нам необходимо понять, как выглядят на цифровом снимке объекты с теми или иными коэффициентами отражения. Для этого я изготовил тест - 8 серых полей, которые были отпечатаны на черно-белом лазерном принтере на листе бумаги формата А4. И с помощью денситометра определил их реально получившиеся коэффициенты отражения.
Так если денситометр показывает значение около единицы, то это означает, что данное поле уменьшает количество отраженного света в 10 раз. Денситометр показывает результаты в виде логарифмических единиц. Одна логарифмическая единица означает ослабление света в 10 раз. Таким образом перед нами поле с коэффициентом отражения 10% по трем зонам. Денситометр производит замеры в трех зонах спектра - красной, зеленой и синей. Рядом с буквами R,G,B имеется маленькая буква «r» (reflection) - замер производится в отраженном свете.
Самое темное поле на тестовой шкале имело плотность на отражение 1,11 что в переводе на коэффициент отражения означает 7,7%.
Одно из полей по коэффициенту отражения оказалось близким к 18% -17,8%.
Как мы знаем, в откалиброванном изображении с глубиной цвета 8 бит такое серое поле в пространстве s-RGB должно иметь значение яркости 116-118 единиц. По желанию я могу в графическом редакторе немного высветлить или затемнить снимок, но если я веду речь об адекватном воспроизведении объектов, то серое поле с коэффициентом отражения 18% должно иметь указанные выше значения. (На всякий случай - черная футболка отражает 2,5% света.)
И вот ТОЛЬКО ТЕПЕРЬ мы можем сказать, как будут выглядеть на 8-битном фотоснимке объекты с тем или иным коэффициентом отражения.
11,2% 92 10% 82 8,7% 70 7,7% 60
Мне особенно хочется подчеркнуть важность этого соотношения, поскольку мне приходилось видеть статьи, где авторы полагали, что лунный реголит близок по коэффициенту отражения к чернозему, и поэтому «лунные» снимки миссий Аполлон должны выглядеть очень тёмными. При этом авторы приводили «откорректированные» в соответствии со своими представлениями снимки, в которых реголит становился совсем чёрным. Это неправильный подход. Чернозём отражает около 2-3% света, реголит же немного светлее, это 8-10%. В ключевом освещении (реголит на солнце) и при правильной экспозиции он должен на оцифрованных снимках в 8-битном режиме иметь значения яркости от 60 до 80.
Теперь, когда нам известно, как на оцифрованном снимке отображаются объекты с теми или иными коэффициентами отражения, попробуем сымитировать в графическом редакторе цветность лунного грунта - то, как его увидит цветная обращаемая фотопленка и то, как его увидела телекамера Сервейера.
Переведем полученные нами выше ЗОНАЛЬНЫЕ коэффициенты отражения лунного грунта в значения цифровой яркости. Телекамера Сервейера через цветные фильтры отобразила лунный грунт как объект, имеющий коэффициенты отражения 7,5% в синей зоне, 8,7% в зеленой и 9,2% в красной. Поскольку у нас есть таблица соответствий между коэффициентом отражения объекта и его цифровой яркостью на снимке, переведём методом интерполирования полученные проценты отражения в значения, удобные для графического редактора. Для точности интерполирования можно воспользоваться вспомогательным графиком пересчета.
7,5% отражения соответствуют 58 единицам яркости в 8-битном цифровом изображении, 8,7% - это 69 единиц, а 9,2% - это 74.
Для фотопленки Эктахром мы получили зональные значения коэффициента отражения лунного грунта как 7,1% в синей зоне, 9,1% в зеленой и 10,3% в красной. Это будет соответствовать цифровым значениям яркости: B=55, G=73 и R=85.
Два квадратика показывают, на сколько изменился цвет лунной поверхности, когда вместо цветной обращаемой фотопленки мы стали снимать реголит методом Сервейера.
Итак, мы видим, что замена красного съемочного фильтра на желто-оранжевый привела к тому, что снимаемый объект (реголит) потерял свою насыщенность, стал почти серым.
В августе 1969 года советский "Зонд-7" облетает Луну и возвращается, доставив на Землю цветные фотоснимки Луны, выполненные на фотопленке.
Я взял скан страницы из журнала "Наука и жизнь" (№ 11 за 1969 год), где на цветной вкладке приведены эти снимки поверхности Луны (нижний снимок - с расстояния 10.000 км), и наложил на это изображения два квадратика, которые показывают результат теоретического расчета цветности реголита для случая цветной обращаемой фотопленки и для случая съемки реголита по методу цветоделения, как на Сервейере.
В декабре 2013 года на Луну был доставлен китайский луноход. И мир получил новые фотографии Луны вблизи.
Первые снимки китайского Лунохода представили лунную поверхность в ярко-коричневом цвете. (На мой взгляд здесь завышена насыщенность.)
А потом цвет лунной поверхности в месте прилунения был подкорректирован. И знаете, на что он стал теперь похож? Посмотрите на два квадратика справа...
Но вполне возможно, что более правильный цвет должен был выглядеть вот так:
ЧТО НА САМОМ ДЕЛЕ ПРИСЛАЛ СЕРВЕЙЕР? КАК ВЫГЛЯДЕЛИ ЭТИ ЦВЕТНЫЕ СНИМКИ?
Аппарат Сервейер совершил мягкую посадку на Луну в июне 1966 года и произвел около 11 000 фотоснимков лунной поверхности. Вес прилунившейся части - около 300 кг.
"Сервейер" на Земле.
До этого момента американские ракеты "Пионер-1", "Пионер-3", "Пионер-4" так и не смогли сесть на Луну. "Рейнджеры 1, 2 и 3" тоже не достигли Луны, а "Рейнджер-4", "Рейнджер-5" и "Рейнджер-6" просто разбились о Луну. И вот Сервейер присылает на Землю фотоснимки, сделанные черно-белой телекамерой через цветные фильтры. Для правильной отстройки цвета, в кадре находится прикрепленная к ноге аппарата калибровочная шкала, которая содержит круг серых тонов и несколько цветных секторов.
Пример таких цветоделенных черно-белых изображений можно найти в Техническом отчете №32-1023 по Сервейеру за сентябрь 1966 года [1]
Снимок произведен через оранжевый светофильтр:
Второй снимок - через зеленый фильтр:
Третий снимок - через синий фильтр:
А затем общепринятым способом (как это делается в типографии, например) каждое изображение прокрашивается в свой цвет - соответственно голубой, пурпурной и желтый. Это стандартная триада красок для субтрактивного синтеза. Степень яркости картинок подбирается таким образом, чтобы плотность серых полей была бы одинаковой во всех трех кадрах.
Мы попытались свести три изображения воедино, но поскольку качество репродукций в брошюре оставляло желать лучшего (три картинки очень контрастные, с провальными тенями и к тому же немного отличаются по масштабу) - результат получился не очень хорошим.
А вот как аналогичный снимок выглядит на сайте НАСА (снято Сервейером-3):
По-видимому, это один из первых цветных снимков лунного грунта вблизи.
Реголит кажется почти что серым.
КИТАЙСКИЙ ЛУНОХОД, декабрь 2013 г.
В интернете появился график спектрального отражения лунного грунта Моря Дождей, полученный китайским луноходом:
Попробуем сравнить этот график с кривыми отражения лунного грунта Луны-16 и Аполлона-11. Грунт Моря Дождей оказывается заметно темнее:
К сожалению, китайский график начинается от 450 нм, но это не мешает сделать вывод, что грунт не является серым - линия отражения постепенно поднимается по мере смещения к длинноволновой части спектра. Грунт визуально должен быть темно-коричневым. На что он похож?
Я сравнил кривую спектрального отражения лунного грунта с некоторыми объектами, а именно:
- с коричневым портфелем
- с тёмно-коричневой шляпой
- с коркой ржаного хлеба
- с хлебом бурже
- с листом черной упаковочной бумаги.
На фотографии - темно-коричневая шляпа, коричневый портфель и (в самом низу) лист чёрной бумаги.
Черная бумага отражает примерно 3,5% света. Она заметно светлее чёрного бархата:
На следующей фотографии - ржаной хлеб.
Вот что получилось в результате сравнения:
Наиболее близкий цвет оказался у шляпы. Другими словами, лунный грунт в Море Дождей визуально похож на цвет темно-коричневой кожаной шляпы и немного светлее верхней корки ржаного хлеба.
1. L. D. Jaffe, E. M. Shoemaker, S. E. Dwornik et al. NASA Technical Report No. 32-1023. Surveyor I Mission Report, Part II. Scientific Data and Results. Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, September 10, 1966.
Смотрите также: «Разрушители легенд» пойманы на жульничестве
Об авторе:
Леонид Коновалов окончил операторский факультет ВГИК, обучался в аспирантуре НИКФИ. В качестве оператора-постановщика снял несколько полнометражных фильмов, работал на нескольких сериалах («Козлёнок в молоке», «Кобра. Обратный отсчёт», «Застава»). Фильм «Беловы» был удостоен Государственной премии за 1994 год, фильм «Юноша из морских глубин» попал в номинацию «Лучшая операторская работа» на фестивале «Зелёное яблоко» в 1995 году. В 1988-93 гг. на кинофабрике «Свема» разработал технологию изготовления и написал рецептуру плёнок с нестандартной цветопередачей - «Ретро» и ДС-50. Эти киноплёнки использовались на разных киностудиях («Ленфильм», ст. им. Горького, Туркменфильм, Эстонский радиотелецентр, ст. им. Довженко, ВГИК) при производстве 14 картин.
В журнале «Техника кино и телевидения» опубликовал 7 статей на научно-технические темы. Написал книгу «Как разобраться в киноплёнках», издана в 1997 году.
Основное место работы - кафедра Аудиовизуальных технологий и технических средств ВГИК, ведёт дисциплины «Кинофотопроцессы и материалы» и «Цветоведение», на режиссёрском факультете - «Теория и практика монтажа». Является доцентом.