Л. Коновалов. Какого цвета Луна? Определяем с помощью Фотошопа

[karlsonmarxx]

Глядя ночью на Луну, когда она особенно ярка, мало кто представляет, что грунт Луны на самом деле очень тёмный, особенно в лунных морях, да и к тому же он коричневого цвета. Почти как горький шоколад.

О тёмно-коричневом цвете лунного грунта специалисты писали ещё в 50-60-е годы ХХ века, но для большинства людей поверхность Луны представлялась светло-серой, примерно такой, как на цветных фотографиях НАСА, сделанных во время так называемой высадки астронавтов.

Практически на всех фотографиях лунных миссий «Аполлон» США (1969-1972 гг.) цвет Луны серый, как пепел.



Такой по цвету показали Луну американские снимки миссий “Аполлон”.

А вот китайский луноход, который работал на Луне в декабре 2013 года, прислал на Землю фотографии коричневой Луны/ C близкого расстояния мы видим, что лунный песок (реголит) буро-коричневый.
Свернуть



Такое изображение прислал с Луны в 2013 г. китайский луноход «Нефритовый заяц»

Так какого же цвета поверхность Луны? Серая или коричневая? И если она на самом деле коричневая, то являются ли тогда  фотографии высадки астронавтов США на поверхность нашего спутника недостоверными? Черно-белая Луна или цветная?



Чтобы разобраться в этом вопросе, мы поступили просто. Вначале мы подобрали такой же по яркости “объект”, как и лунный реголит.

Поскольку из астрономии известен средний коэффициент отражения лунного грунта, альбедо 7-8%, то с помощью  эталонной серой шкалы (где серое поле отражает 18%) и профессионального яркомера (Асахи Пентакс),  используемого кинооператорами для определения экспозиции, произвели подбор фактур.

Использовали для этого садовую землю. Но поскольку влажная земля оказалась темнее нужных 7-8%, её пришлось смешать с небольшим количеством цемента. И вот что получилось - лунный реголит темнее, чем речной песок, но светлее садовой земли.



Сравнение по светлоте трёх фактур.

А чтобы точно определить именно цвет лунного реголита, а не только его светлоту (яркость), мы воспользовались имеющимся у нас на кафедре операторского факультета ВГИК (института кинематографии) спектрофотометром X-Rite dtp-41.

Именно спектральная кривая отражения является однозначной и объективной характеристикой цвета, в то время как другие способы, например, визуально-описательный, носят субъективный характер.

Даже фотография может передавать цвета не совсем так, как это видит глаз. В зависимости от настроек фотоаппарата (цветового профиля) вы можете получать более блеклые цвета или более насыщенные.

Так, на наш взгляд, снимки китайского лунохода передают цвет реголита с избыточной насыщенностью. В конце этой статьи мы покажем, какой на самом деле был цвет лунной поверхности на месте посадки китайского лунохода.



Спектрофотометр X-Rite dtp-41.

Итак, с помощью электронного спектрофотометра мы подобрали материал, наиболее близко повторяющий графики спектрального отражения лунного реголита, взятые из книги «Лунный грунт из Моря Изобилия».



Страница из книги “Лунный грунт из моря Изобилия”.

Взяв один из этих рисунков, мы очертили двумя линиями участок видимого диапазона, от 400 до 700 нм (на следующем рисунке - это две вертикальные синие линии).



Спектры диффузного отражения реголита из различных районов Луны.

В видимом диапазоне кривая спектрального отражения лунного грунта поднимается почти линейно вверх.

В синей зоне спектра коэффициент отражения меньше, а в красной - больше, что однозначно говорит о том, что грунт Луны не светло-серый, а тёмный, с избытком красного, т.е. коричневый. У серых поверхностей кривая должна быть похожа на горизонтальную линию, но мы таких линий не видим.

Поскольку в разных районах Луны грунт не одинаков по своим спектральным характеристикам, то для сравнения мы взяли не одну, а три кривые.

Одна из кривых соответствовала графику спектрального отражения грунта Моря Изобилия (грунт на Землю доставил  космический аппарат “Луна-16” в сентябре 1970 г.), две другие кривые отражения принадлежат грунту моря Спокойствия, куда, согласно легенде, прилунился "Аполлон-11".

Перенесли эти линии в программу Exel, а затем из набора цветного пластилина попробовали найти образец, близкий по характеристикам отражения к лунному грунту. Начали с тёмно-коричневого куска.



Цветной пластилин. Под коробкой пластилина находится большое серое поле с коэффициентом отражения 18%.

Оказалось, что интегральный коэффициент отражения темно-коричневого пластилина такой же, как и у грунта лунных морей. Другими словами, поверхность Луны примерно такая же темная, как этот тёмно-коричневый пластилин.

Вот только цвет пластилина оказался более насыщенным, чем цвет лунной поверхности. В синей зоне пластилин отражал меньше света, чем лунный грунт, а в красной зоне - больше.

Путем добавления в коричневый кусок небольшого количества голубого пластилина мы снизили насыщенность цвета (повысили отражаемость в сине-зеленой зоне).

А добавлением вкраплений черного пластилина снизили общий коэффициент отражения. После тщательного раскатывания пластилина до однородной массы и промера на спектрофотометре, мы получили почти такую же кривую спектрального отражения, как у образцов лунного грунта из Моря Спокойствия.

Эту кривую отражения приводят американцы для области, куда по легенде прилунился “Аполлон-11”.



Сравнение кривых спектрального отражения темно-коричневого пластилина с кривыми отражения лунного грунта.

Из этого пластилина, похожего по цвету на лунный грунт, мы вылепили кубик и сфотографировали вместе с эталонной серой шкалой Кодак, не забыв положить рядом кубик из чёрного пластилина и исходного тёмно-коричневого.


Вот такой цвет имеют лунные моря - как на кубике справа. Таким должно выглядеть Море Спокойствия, куда по легенде прилунился "Аполлон-11".

Вот так - крайний правый кубик - должен выглядеть лунный грунт в том районе, где по легенде была посадка “Аполлона-11”.

Для получения адекватного представления о цвете, были выполнены два главных условия цветокоррекции снимка.

Во-первых, пластилиновые кубики были разложены на серой шкале (Kodak Gray Card) с коэффициентом отражения 18%. Шкала на снимке нейтрально-серая, на ней нет цветового оттенка.

На шкале также есть белое поле, оно отражает 80% света. В зависимости от экспо-коррекции (во время фотосъёмки) это белое поле может становиться серее или светлее.



Цветные кубики сняты с разной экспо-коррекцией (экспозицией).

Чтобы снять вопросы (не слишком ли темный снимок или не слишком ли светлый?), яркость фотографии была отнормирована по серому полю. В пространстве s-RGB такое серое поле с 8-битной глубиной цвета должно иметь значения яркости 116-118. Вы это можете проверить в Фотошопе с помощью "пипетки".

И теперь, рассматривая различные снимки лунной поверхности, сделанные с относительно близкого расстояния,  можно определить степень точности воспроизведения цвета лунной поверхности.

Например, на фотографии "Восход Земли над Луной", снятой, по-видимому, автоматическим зондом за год до полета Аполлонов, цвет поверхности Луны передан правильно.



Восход Земли над лунной поверхностью.

Под этим снимком почему-то стоит подпись: View_from_the_Apollo_11_shows_Earth_rising_above_the_moonss_horizon", как будто это снимок сделан астронавтами миссии "Аполлон-11" в 1969 году.

Мы же видели, что астронавты привезли снимки с другим цветом лунного реголита (лунного песка):



Снимок AS11-40-5962 из миссии "Аполлон-11".

Или вот ещё снимок - Чарльз Питер Конрад ("Аполлон-12") осматривает привезенные им "лунные" камни. Они почему-то совершенно серые.


Лунные камни, доставленные “Аполлоном-12” совершенно серые.

У вас нет спектрофотометра, но тем не менее, вы можете сами определить, какой цвет поверхности должен быть в Море Спокойствия, где якобы побывал "Аполлон-11". Для этого вам понадобится Фотошоп и минута терпения.

Вы знаете, что эталонное серое поле на 8-битном снимке должно иметь значения яркости 116. Серое поле имеет коэффициент отражения 18%. А лунный грунт отражает 7-8%.

Какова будет его яркость на цифровом фотоснимке? Что покажет Фотошоп?

Вот вам подсказка для этого. Я сфотографировал 8 серых полей цифровым фотоаппаратом, и у каждого поля проставил коэффициент отражения.

Вам не нужно заниматься никакими математическими вычислениями, не нужно переносить коэффициенты отражения на кривую передачи яркости цифровой матрицы. Вам нужно просто подвести "пипетку" в Фотошопе к тому или иному полю.



Снимок отнормирован по 18%-ному серому полю.

Опираясь на промеры серых квадратиков, мы можем сказать, как будут выглядеть на 8-битном фотоснимке объекты с тем или иным коэффициентом отражения. Левый столбик - коэффициент отражения при съёмке, справа - яркость объекта в графическом редакторе на компьютере (в Фотошопе).  Значение яркости "0" в Фотошопе соответствует чёрному тону, "255" - абсолютно белое поле.

Нижние 4 квадратика:

поле 11,2% - 92,

поле 10% - 82,

поле 8,7% - 70,

поле 7,7% - 60

Итак, НАСА сообщает, что снимки на Луне делались на цветную обращаемую фотоплёнку "Эктахром".

Нам известна спектральная чувствительность трёх слоев цветной обращаемой фотопленки Эктахром-64. Также нам известна спектральная характеристика отражения реголита из Моря Спокойствия, куда по легенде прилунился "Аполлон-11".

Совмещаем эти два графика. Максимумы чувствительности фотоплёнки: 410-450 нм в синей зоне, 540-480 нм в зелёной и 640-660 нм в красной зоне. (За границу зоны принимается уменьшение чувствительности в 2 раза - это 0,3 по вертикальной логарифмической шкале.)



Участки спектра, в которых лунный грунт видит фотопленка Эктахром.

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.

Значение 7,1% соответствует градации яркости "56" в Фотошопе. Поводок по синей шкале (В) отводим к этому значению.

9,1% - это яркость "73" в зелёной зоне, поводок (G).

10,3% в красной зоне соответствует значению яркости "83".

Таким образом получается "цвет" лунной поверхности, именно таким он должен быть на снимках в миссии "Аполлон-11" - коричневым:


Серый фон (116 - 116 - 116, R - G - B), на котором изображён прямоугольник с цветом лунной поверхности (83 - 73 - 56, R - G - B).

Но на снимках не только "Аполлона-11", но и в других экспедициях, в кадрах, где есть цветовая мишень с набором серых и цветных полей, лунный грунт выглядит совершенно серым. Конечно, это не Луна. Это - павильон. И цвет лунного грунта подобран неправильно.



Кадры из миссии Аполлон-17 (AS17-145-22157). Справа в кадре - цветовая мишень с цветными и серыми полями для оценки правильности цветокоррекции.

А вот на китайских снимках цветность лунного грунта передана гораздо точнее. Чтобы вы могли понять, насколько этот цвет отличается от серого, мы обесцветили в правой части снимка вертикальную полосу.


Китайский луноход на Луне. Вертикальная полоса справа нами обесцвечена специально.

Поскольку в интернете можно найти кривые спектрального отражения "китайского" грунта, то по этим кривым мы подобрали объект, похожий по цветности на реголит в этой части Луны. Наиболее близкий цвет оказался у кожаной шляпы.



Цветность коричневой кожаной шляпы оказалась близка в цветности лунного грунта на месте посадки китайского лунохода.

Лунный грунт в Море Дождей, на месте посадки китайского лунохода, визуально похож на цвет тёмно-коричневой шляпы. Он оказался заметно темнее участка Моря Изобилия, куда прилунилась "Луна-16" (СССР) в сентябре 1970 года.



Лунные моря. Красными точками отмечены места посадки лунохода Юй-Ту (Китай) в Море Дождей и АМС Луна-16 (СССР) в Море Изобилия.

Итак.

С помощью объективной характеристики цвета - кривой спектрального отражения лунного грунта Моря Спокойствия, куда по легенде прилунился "Аполлон-11", мы подобрали на спектрофотометре объект (пластилиновый кубик), которые визуально похож на цвет лунного реголита. Цвет оказался тёмно-коричневым.

Воспользовавшись зональными коэффициентами отражения в синей, зелёной и красной зонах, мы воссоздали этот цвет в графическом редакторе (в Фотошопе). Он заметно отличается от серого.

То, что цвет лунного грунта на подавляющем большинстве американских снимков в миссиях "Аполлон" (1969-72 гг.) выглядит совершенно серым (при наличии цветных объектов в кадре), свидетельствует о том, что эти снимки были сделаны не на Луне.



Лунный кадр из миссии "Аполлон-17" (1972 г.) с совершенно серым песком.

Кинооператор Л. Коновалов
Источник.