Почему слабоосвещенные миры, такие как Плутон, выглядят настолько яркими на снимках? Есть ряд вопросов, которые мы постоянно получаем в Planetary Society. Посмотрите на ночное небо, находясь вдалеке от ярких городских фонарей, и вы сможете увидеть бесчисленное количество звёзд. Почему же тогда на фотографиях из космоса их не видно? Почему на чёрном небе Луны, сфотографированном аппаратом Chang’e 4, нет никаких звёзд?
Ответ: Звёзды есть, просто они слишком тусклые и не могут проявиться на фотографиях. Я могу проиллюстрировать это примером из повседневной жизни. Я уверен, что каждый, кто читает эту статью, совершал ошибку, фотографируя любимого человека, стоящего перед ярко освещённым окном. В итоге на фото вы можете увидеть лишь силуэт, а черты лица будет почти неразличимы. Конечно, оно никуда не исчезло! Лицо просто недостаточно ярко освещено, чтобы мы видели его на фотографии.
Те же проблемы влияют и на снимки из космоса. Давайте поговорим о трёх вещах, которые влияют на детали, которые вы можете разглядеть на любой фотографии, будь то звезда, планета или человек: чувствительность камеры, выдержка и её динамический диапазон.
Насколько чувствительна ваша камера?
Сколько света нужно вашей камере? Не все камеры могут регулировать чувствительность, открывая и прикрывая диафрагму, которая пропускает свет. Человеческие глаза делают это постоянно в автоматическом режиме, расширяя и сужая зрачки. Если вы идёте от ярко освещённой улицы к темной, вы не будете некоторое время видеть звёзды на небе. Когда ваши глаза адаптируются, расширяя зрачки для большей чувствительности, вы станете медленно замечать тускло сияющие звёзды.
Большинство камер на космических аппаратах на самом деле не могут регулировать диафрагму таким образом. Вместо этого учёные рассчитывают интенсивность света, которая ожидается для камеры в ходе миссии. Они проектируют аппаратуру так, чтобы апертура (диаметр объектива) соответствовала размеру целевого диапазона, с которым они ожидают столкнуться. Конечно, одна из проблем, стоящая перед вами – если ваш космический аппарат столкнётся с широким диапазоном яркости объектов.
Безусловно, камера будет выполнять те задачи, для которых она и была создана, в таком случае её несовершенство для дополнительных задач не так критично. Например, аппарат OSIRIS-REx, чья камера MapCam была разработана для фотографирования очень тёмного астероида, не могла наблюдать Землю. Это было из-за слишком яркого света, отражаемого от облаков, что вызывало артефакты, которые вы видите в верхней части, представленного изображения.
На изображениях, сделанных на MapCam, астероид выглядят чётко, ведь именно для этого и создавалась камера. (Обратите внимание, что ни на одной из фотографий вы не увидите звёзд).
Какая должна быть выдержка у вашей камеры?
При более длинной выдержке камера собирает больше света, что помогает запечатлеть наиболее тусклые объекты. Фотографии ночного неба, наполненные звёздами, снимаются при длинной выдержке, на которую требуется больше времени. При короткой выдержке звёзды запечатлеть не получится.
Камеры космических аппаратов могут обладать достаточно широким диапазоном настроек экспозиции. Например, камера LORRI на аппарате New Horizons может снимать с экспозицией от 1 миллисекунды до 30 секунд. Команда использовала самую короткую выдержку, когда аппарат пролетал мимо Юпитера, который намного ближе к Солнцу и намного ярче, чем Плутон. В то же время они используют длинную выдержку для самых тусклых объектов — далёких миров в поясе Койпера.
Кроме того, данный факт даёт ответ на другой популярный вопрос, который нам часто задают о космических снимках: как камеры могут фотографировать на таком большем расстоянии от Солнца, где очень мало света?
Ответ: космические аппараты оборудуются чувствительными камерами и, при необходимости, используется долгая выдержка. Voyager 2 с фотографиями Нептуна – это хороший пример того, что происходит, когда мы отправляем камеру, которая обладает недостаточной чувствительностью. Он был создан для Юпитера и Сатурна, ему было тяжело фотографировать Нептун, который находится в относительной темноте.
Каков динамический диапазон вашей камеры?
Ваша камера способна видеть как тускло освещённые, так и хорошо освещённые объекты на одном изображении? Может, возможности камеры ограниченны ярким объектом в поле её зрения, который мешает запечатлеть более тусклый объект? Здесь наши глаза, как правило, работают намного лучше, чем камеры. Когда я вижу друга, сидящего перед окном, я вижу его лицо очень хорошо, потому что мои глаза способны различать детали как в тени, так и в лучах солнечного света.
Отчасти это связано с тем, что мои глаза подвижны, когда я смотрю на объект. Они постоянно бегают, смотрят в окно, изучают помещение, смотрят на лицо моего друга, каждый раз настраивая фокус и диафрагму. Мой мозг анализирует совокупность всей полученной информации, делая картинку более детализированной. Затем я достаю камеру и делаю снимок, и это выглядит ужасно.
Но подождите, используя камеру телефона, можно включить функцию под названием «HDR», которая придаёт широкий динамический диапазон. Когда я делаю фотографию в режиме HDR, телефон фактически делает две фотографии (одну с более длинной экспозицией, одну с более короткой) и объединяет наиболее экспонированные части обоих изображений, чтобы показать мне детали как за окном, так и в руках моего друга.
Космические камеры обычно имеют больший динамический диапазон, чем обычные камеры, поэтому могут записывать относительно слабые и ярко освещенные объекты на одном изображении. Может быть трудно оценить, как много деталей содержится в тенях космических снимков, потому что дисплеи наших гаджетов не обладают таким динамическим диапазоном. Но вы можете играть с яркостью и контрастом при просмотре снимков из космоса, чтобы обнаружить скрытые в тени детали.
Поэтому в следующий раз, когда вы удивитесь, почему звёзд не видно, задайте себе вопрос: что же на изображении такого яркого, что я не вижу звёзд?
Источник: planetary.org
Перевод: Артур Арушанян
