Девять цветов радуги

Запечатленный свет

Уже более века фотография верно служит людям. Сейчас количество фотолюбителей во всем мире огромно. Их потребности в аппаратуре, пленке, фотобумаге, химикалиях и многих других необходимых вещах удовлетворяет развившаяся в мощную отрасль современной индустрии фотографическая промышленность.

Но она, пожалуй, не занимала бы столь важного места в экономике высокоразвитых стран, если бы ее потребителями были только поклонники любительской фотографии. Несмотря на огромное количество снимков наших любимых, родных и друзей, прекраснейших пейзажей, спортивных событий, пикников и путешествий, которые ежедневно делаются на всех параллелях и меридианах, несмотря на широкое развитие любительской кинематографии, это все же не главная доля всех фото- и киноработ, ведущихся теперь в мире.

Узнать точные цифры хотя бы о количестве используемых ежегодно фотоматериалов крайне трудно. Но для того чтобы иметь хотя бы отдаленное представление об их потреблении, можно провести простейший расчет. 10 миллионов счастливых обладателей «Зорких», «Фэдов», «Леек», «Смен» и других малоформатных камер, фотографируя ежегодно по пять кассет, израсходуют более 80 тысяч километров кинопленки. Лентой такой длины можно дважды обернуть земной шар по экватору. Делая в год в среднем по 500 отпечатков (в том числе и бракованных) размером 13x18 сантиметров, эти 10 миллионов любителей потратят 120 квадратных километров фотобумаги и множество химикалиев.

Но это количество все же значительно меньше того, что расходуют профессиональная художественная, документальная и научно-прикладная фотография и кинематография. Достаточно сказать, что полуторачасовой кинофильм умещается примерно на 3,5 километра обычной пленки. В год во всем мире их выпускают более тысячи, и каждый расходится во многих десятках, а то и сотнях копий. Не меньше, а, пожалуй, больше потребляется различных фотоматериалов в науке и технике.

Зрительная память человека в состоянии запомнить очень многое. Но еще больше человек забывает. И даже то, что, кажется, до малейшей черточки врезалось в память, на поверку нередко оказывается верным лишь в чем-то общем, основном. Однако и то, что человек помнит совершенно точно и четко представляет в уме, он не в состоянии адекватно[30] передать словами. К тому же зрительная память очень субъективна: два очевидца одного и того же события расскажут о нем по-разному, хотя в каждом из рассказов будет только правда.

С давних пор человек знал это свое свойство и стремился восполнить его с помощью рисунка. В технике рисунка некоторые художники достигали, можно сказать, абсолютного совершенства. В одном из журналов было помещено несколько фотографий старинных улиц и площадей, которые исследователи сделали специально для того, чтобы сопоставить их с картинами некоторых старых голландских мастеров, на которых изображены те же улицы и площади. Точность перспективы и деталировки на этих картинах не уступали фотографии.

Но сколько же времени и сил требовалось даже самому талантливому мастеру, для того чтобы добиться такого потрясающего сходства! А фотоаппарат позволяет каждому человеку достичь такого и даже лучшего результата за доли секунды.

О фотографии рассказывать чрезвычайно трудно. Ее надо показывать. В этом и состоит ее прямое назначение. И поэтому главой о фотографии вовсе не ограничивается рассказ о ней в этой книге. О чем бы ни шла речь в ней, везде, где это можно, текст поясняет великий труженик науки и техники — фотография. Только она позволяет так свободно вести разговор об очень сложных явлениях и вещах. Только она позволяет конкретно представлять их себе. Недаром же народ говорит: «Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». Но точнее и лучше всего позволяет нам видеть фотография.

Луч света в темной комнате

Любое, даже не очень важное изобретение не рождается из ничего, на голом месте, всегда у него есть предшественники. Часто они широко известны, но кажутся совершенно не связанными между собой. Увидеть такую объединяющую связь очень трудно. Ее можно найти, только когда знаешь, что хочешь найти, когда идея изобретения уже сформулирована, но конкретные средства ее осуществления не найдены.

Подлинный изобретатель отличается тем, что умеет найти такую объединяющую связь. Но не менее характерной его чертой является умение прочувствовать и понять требования и нужды своего времени. Людей, обладающих такими замечательными свойствами, не так уж мало. Вот почему случалось, что многие важные изобретения делались независимо и почти одновременно несколькими людьми.

Это очень ярко видно на примере изобретения телефона. Грехем Белл, признанный его создателем, подал заявку в бюро патентов Вашингтона 14 марта 1876 года. И лишь двумя часами позже в это же бюро обратился Элиши Грей с просьбой о выдаче патента на телефон, очень сходный с белловским. Беллу пришлось потратить двенадцать лет на то, чтобы доказать свой приоритет, который оспаривал не только Грей, но и двенадцать других претендентов.

Изобретателей фотографии было тоже немало. Но в этой области столь бурных споров о первенстве не возникло. «Отцами» фотографии признаны двое французов: Нисефор Ньепс и Луи Дагер, по профессии художник. Их «дитя» появилось на свет или, вернее, запечатлело свет в 1837 году. Оно было официально признано 7 января 1839 года, когда о фотографии было доложено на заседании Академии наук в Париже.

Многие из вас, вероятно, слышали выражение «камера-обскура», но, возможно, не все знают, что же это такое. В переводе на русский язык слова «камера-обскура» буквально означают — темная комната. Такими в действительности и были первые камеры-обскуры. В отличие от простых темных комнат, свет в них все же проникал, но не через какие-либо случайные щели, а через очень небольшое отверстие, проделанное в глухой оконной ставне или даже в стене. Такое маленькое отверстие[31] по своему действию несколько сходно с линзой. Пройдя через отверстие, лучи света падали на побеленную противоположную стену или на белый экран, помещенный на их пути, и создавали перевернутое изображение ландшафта или предметов, находившихся перед камерой. Конечно, изображение было ясно видно только в хорошо затемненной комнате, да и то в яркие, солнечные дни. Для того чтобы изображение получалось четким, отверстие приходилось делать очень маленьким, и света через него проходило гораздо меньше, чем через самую плохонькую линзу.

Камера-обскура известна с давних времен. Ее изобретение еще совсем недавно приписывалось попеременно нескольким европейским ученым: Роджеру Бэкону, Леону Баттиста Альберти, Леонардо да Винчи, Джиованни Баттиста Порта. Но еще задолго до них ее описал арабский ученый Гассан ибн Гассан, называвшийся также Ибн аль Хайтамом. О нем уже упоминалось в самом начале книги. Он жил с 965 до 1038 года и написал известное в средние века сочинение по оптике. Европейские ученые средневековья переделали имя автора на свой манер, латинизировали, назвав его Альгазен.

В сочинении Ибн аль Хайтама описана камера-обскура. Однако изобрел ее даже не он. Из этого сочинения можно понять, что камера-обскура была знакома арабским ученым, которые знали очень много по тем временам. Знали они и об устройстве глаза человека. А он, по существу, представляет собой не что иное, как камеру-обскуру, только весьма совершенную, где вместо маленького отверстия на пути света находятся роговица и хрусталик, пропускающие значительно больше света.

Малое отверстие в передней стенке камеры-обскуры действует подобно объективу современного фотоаппарата, но оно пропускает в сотни раз меньшее количество света.

Помещая на пути света в камере-обскуре лист бумаги, можно получать очень точные рисунки, обводя контуры предметов пером или карандашом. Ученые воспользовались этим и уже с давних времен применяли камеру-обскуру для зарисовки различных явлений природы. До наших времен дошла книга еврейского философа и математика Леви бен Гершона (1288–1344), жившего в Провансе. В ней он пишет, что наблюдал с помощью камеры-обскуры солнечное затмение.

Эти камеры были широко распространены вплоть до изобретения фотографии. Ими пользовались и естествоиспытатели, и ремесленники-портретисты, и любители. За долгие годы камеры значительно усовершенствовали, заменив малое отверстие линзой, уменьшив размеры; изображение в них проектировалось на полупрозрачную или вощеную бумагу так, чтобы оно могло быть видно снаружи.

Этот рисунок взят из старинного манускрипта. На нем изображена камера-обскура, с помощью которой в 1544 году наблюдали солнечное затмение.

По оптическому принципу любая современная фотокамера ничем не отличается от своей древней предшественницы. Зато разница в способах регистрации, сохранения изображения огромна. В камере-обскуре это делала медлительная человеческая рука, которая в силу свойств зрения довольно хорошо запечатлевала контуры изображения, но намного хуже — плавные переходы светотени.

Этой камерой-обскурой пользовались рисовальщики-ремесленники в XVIII веке.

В фотоаппарате этот процесс производится автоматически и почти мгновенно — свет сам оставляет следы своего пребывания на фотоэмульсии.

Вот задачу заставить свет запечатлевать самого себя и должны были в первую очередь решить изобретатели фотографии.

В этом им могла помочь химия. Кое-что о действии света на некоторые химические соединения эта наука уже знала. Более того, предшественники Ньепса и Дагера даже получали изображения света, но никто из них не знал, как закрепить его, как предохранить уже полученное изображение от последующего воздействия самого же света.

Первыми добились успеха Ньепс и Дагер. И почти одновременно с ними нашел решение англичанин Фокс Тальбот.

Здесь помещена копия с первого снимка Ньепса.

Первая в мире фотография. Ее сделал из окна своего дома Н. Ньепс.

Как видите, он еще очень несовершенен. А вслед за ней — копия с первого дагерротипа, сделанного самим Дагером. Его качество уже неплохое, не хуже, чем у снимков многих современных начинающих фотолюбителей.

Первый дагерротип, 1837 год.

Дагерротипия получила широкое распространение. Но все же она имела важные недостатки. Прежде всего дагерротипы невозможно было размножать путем фотопечати.

Снимок на дагерровскую пластинку был всегда единичным, так как пластинка делалась из металла, покрытого тончайшим слоем серебра. Другой огромный недостаток дагерротипии заключался в необыкновенно низкой чувствительности таких пластинок. Снимок можно было делать только при очень ярком свете, но и тогда с огромной выдержкой.

Различные принадлежности, которые требовались для дагерротипии.

Для того чтобы фотографируемый (его даже хочется назвать пациентом) не двигался, его голову удерживали специальными захватами. Но тем не менее в таких условиях было трудно получить хороший снимок. Часто изображение глаз и рта смазывалось, выражение лица получалось напряженным и неестественным.

Чтобы изображение лица не смазывалось, голову человека удерживали специальным захватом.

В самом начале 50-х годов прошлого столетия дагерротипию начала вытеснять фотография на мокрых стеклянных пластинках. Их приходилось подготавливать непосредственно перед съемкой. Пластинку с заранее нанесенным слоем коллодия в темноте окунали в раствор азотнокислого серебра и сразу же, не дав ей просохнуть, делали снимок. Зато с него уже можно было отпечатать сколько угодно позитивов. Вероятно, снимок соборов московского Кремля, приведенный здесь, был сделан на таких пластинках.

Одна из фотографий на мокрых стеклянных пластинках, сделанных в России в 1852 году.

Сухие фотопластинки с бромосеребряной фотоэмульсией появились в самом начале 70-х годов прошлого столетия. С тех пор и по настоящее время стеклянные пластинки широко применяются в фотографии, хотя их уже давно сильно потеснила фотопленка.

Фотоны, серебро и химия

Светочувствительный слой современных пленок и пластинок представляет собой эмульсию, взвесь микроскопических кристаллов светочувствительного бромистого серебра в желатине.

Эта эмульсия с помощью специальных машин поливается тонким слоем на пленку, стекло или бумагу, а затем просушивается. Сухой слой очень тонок. В фотоматериалах общего применения он в среднем равен 16 микронам. Но кристаллы бромистого серебра столь малы, что в 16-микронной толще они лежат в 20–40 слоев. На квадратном сантиметре пленки таких кристаллов насчитывается от 50 до 500 миллионов.

Но, несмотря на такое количество, кристаллы в большинстве своем не соприкасаются друг с другом, они как бы заключены в мельчайшие желатиновые капсулы.

Кристаллическая решетка химического соединения брома и серебра имеет форму куба, в вершинах которого находятся ионы брома и серебра. Любой кристалл бромистого серебра имеет форму куба и сложен из отдельных мельчайших кубиков.

При соединении с серебром атом брома отбирает с внешней орбиты атома серебра один электрон. Получающиеся при реакции ионы брома имеют отрицательный заряд, а ионы серебра — положительный. Разноименно заряженные ионы притягиваются друг к другу и благодаря этой силе притяжения удерживаются в кристаллической решетке. Во внутренних ее частях каждый ион серебра связан с шестью ионами брома, а каждый ион брома — с шестью ионами серебра.

Так схематически выглядит кристаллическая решетка бромистого серебра.

Что же происходит, когда на фотоэмульсию падают лучи света?

На этот вопрос можно ответить, если вспомнить то, что уже известно нам о природе света и об одном из видов взаимодействия света с веществом. Многие читатели уже, наверное, догадались, о чем пойдет речь. Конечно, о фотонах. Только с их помощью можно объяснить, почему свет оставляет свои следы на фотоэмульсии, или, иными словами, дать теорию фотографического процесса.

Фотоны, проникая в кристаллическую решетку, как и в случае фотоэффекта, отдают свою энергию электронам. В первую очередь ее получают электроны, «отнятые» у атомов серебра. Вернее сказать, требуется меньше всего энергии, чтобы освободить эти электроны, отобрать их у ионов брома. Отдав электрон, ион брома превращается в электрически нейтральный атом брома. А электрон тем временем начинает перемещаться в пространстве кристаллической решетки, испытывая притяжение со стороны положительных ионов серебра и отталкивание со стороны отрицательных ионов брома. В конце концов он будет притянут одним из ионов серебра и займет место на пустовавшей орбите. Положительно заряженный ион серебра при этом восстановится в электрически нейтральный атом. Сила притяжения, связывавшая разноименно заряженный ион серебра и ион брома, исчезнет. Нарушится и одна из множества связей в каркасе кристалла, и тем уменьшится его прочность.

Если свет будет интенсивным, а время его действия на фотоэмульсию длительным, в каждый из кристаллов попадет достаточно много фотонов, и под их воздействием химические связи будут полностью нарушены. Бромистое серебро при этом разложится на составляющие: бром и непрозрачное металлическое серебро. Эмульсия почернеет и тоже станет непрозрачной.

Если же на поверхность пластинки проектируется изображение, то различные ее участки освещены по-разному. Количество фотонов, попавших на тот или иной участок, тоже будет различным. И, следовательно, степень потемнения окажется неодинаковой: более освещенные участки потемнеют сильнее, чем слабо освещенные. Таким путем можно получать фотографии, даже не проявляя их. Но для этого необходимы очень большие выдержки. Подобным образом еще совсем недавно делали отпечатки на так называемой дневной фотобумаге. Листок такой бумаги закладывали под негатив и выставляли на яркое солнце. Отпечатки имели очень приятный коричневый цвет. После печати их можно было закреплять прямо на свету. На снимке вы можете видеть, как делались фотографические отпечатки в мастерской Фокса Тальбота.

В мастерской Тальбота, 1845 год. Мастерская могла работать только в ясные, солнечные дни.

Если делать отпечатки подобным образом еще допустимо, то фотографировать невозможно. И уже с давних пор фотографический процесс ведется иначе.

Фотолюбители знают, что проэкспонированная фотопластинка или фотобумага по внешнему виду совершенно не отличается от неиспользованной. Ее поверхность такая же ровная и чистая, как и до экспозиции. Мы не видим на ней даже малейших следов изображения. Но разница между неиспользованной и отснятой пластинками станет заметной вскоре после того, как их положат в ванночку с проявителем. На чистой светлой поверхности отснятой пластинки начнут проступать темные пятна. Сперва еле заметные, они постепенно будут темнеть все больше и больше, становиться все более контрастными, и уже через несколько минут на фотоэмульсии появится невидимое прежде изображение. Неиспользованная же пластинка еще долгое время будет оставаться все такой же светлой, но со временем и она равномерно потемнеет.

Невидимое изображение, хранившееся в фотоэмульсии отснятой пластинки, называется скрытым. Для получения такого изображения можно делать значительно меньшие выдержки. Так, известно, что в чувствительных эмульсиях для получения одного проявимого фотографического зерна, которое состоит из большого количества расположенных близко друг к другу кристалликов, требуется примерно 1000 фотонов. При получении скрытого изображения уже не нужно, чтобы свет восстанавливал большое число ионов серебра в атомы. Достаточно лишь того, чтобы в каждом из засвеченных кристалликов появилось несколько «брешей», пробитых фотонами. Остальное доделают некоторые химические вещества, которые вступают в реакцию с кристаллами бромистого серебра. Именно такие вещества содержатся в проявителе.

Когда мы погружаем в ванночку с проявителем пластинку, эмульсия которой уже подверглась фотонной бомбардировке, проявляющее вещество проникает через тонкие желатиновые перегородки и вступает в сложную химическую реакцию с кристаллами бромистого серебра. В ходе этой реакции оно, как и под воздействием света, разлагается на составляющие: бром и серебро. Но скорость этой реакции неодинакова в различных участках эмульсии. Она протекает тем быстрее, чем больше нарушено связей в кристалле, чем меньшей стала его химическая прочность. В тех кристаллах, где таких нарушений было мало, реакция восстановления металлического серебра протекает гораздо медленнее. Однако, если бы мы оставили пластинку в проявителе на очень долгое время, эмульсия потемнела бы вся сплошь и изображение исчезло бы.

Но мы никогда так не поступаем. Мы позволяем реакции идти лишь до той стадии, когда появляется проработанное во всех деталях изображение. Затем мы прерываем ее, смывая проявляющее вещество в воде, и переходим к следующему этапу обработки — к закреплению. В растворе закрепителя все остатки неразложившегося бромистого серебра удаляются из эмульсии. И тогда уже пластинке, пленке или фотобумаге не будет страшным последующее действие света.

Зная причины фотоэффекта и квантовые свойства света, мы можем предсказать и такое свойство фотоэмульсии, как зависимость ее чувствительности от длины волны. Мы помним, что энергия фотона тем меньше, чем длиннее волна света. А чем меньше энергия, тем труднее освободить электрон, захваченный ионом брома. И, следовательно, при некоторой длине волны фотоны и вовсе не в состоянии будут выбивать электроны. Поэтому у фотоэмульсий, как и у фотоэлементов, есть красная граница светочувствительности. И именно благодаря наличию такой границы ортохроматические пластинки, фотопленку, фотобумагу можно проявлять при ярком красном и даже оранжевом свете без риска их засветить.

Фотолюбители знают, что есть и другие сорта фотоматериалов, которые можно обрабатывать только в полной темноте, так как в них красная граница чувствительности передвинута в область более длинных световых волн. В настоящее время выпускаются специальные сорта негативной пленки, чувствительные к инфракрасным лучам, правда с не очень большой длиной волны.

Зато к синим, фиолетовым и ультрафиолетовым лучам, не говоря уже о рентгеновских и гамма-лучах, чувствительны все пластинки. Правда, короткие ультрафиолетовые лучи не воздействуют на обычные эмульсии, изготовленные на желатиновой основе. Это объясняется тем, что желатина непрозрачна для таких лучей. Съемку в ультрафиолете ведут на эмульсиях, не содержащих желатины.

Конкуренты или друзья

Фотография чрезвычайно быстро распространилась в Европе. Фотограф вошел в число непременных участников экспедиций и путешествий, исторических событий и скромных семейных торжеств. Фотоаппарат занял почетное место в лаборатории ученого, стал предметом страстного увлечения множества энтузиастов. Новое изобретение породило много новых профессий, и вскоре на улицах больших, а затем и малых городов стали привычными фигура бродящего фотографа и вывески фотоателье.

Так когда-то выглядел фотограф-турист.

Пожалуй, фотография была одним из немногих изобретений, не имевших серьезных врагов в пору своего становления. Даже художники не особенно встревожились ее появлением, хотя у них более, чем у кого-либо, могли быть основания для беспокойства — ведь с самых первых дней некоторые пророки предвещали ей полную победу над живописью.

Старинная английская карикатура на уличного фотографа.

Художественная фотография действительно возникла и вскоре добилась выдающихся успехов. Каждый из нас видел великолепные снимки пейзажей, жанровых сцен, исключительные по выразительности портретные снимки — подлинные образцы высокого искусства.

И все-таки живопись нисколько от этого не пострадала. Несомненно, фотография оказала огромное влияние на нее. Она заставила живописцев и графиков искать совершенно новые, недоступные фотографии выразительные средства, новый подход к трактовке натуры и, что особенно важно, по-новому взглянуть на задачи изобразительного искусства — подлиннее искусство выстояло в соревновании с фотографией. Художники поняли, что глупо и неверно конкурировать с фотографией в тех областях, где самый заурядный фотограф может и умеет больше, чем самый гениальный живописец. И они нашли новые пути, новые области, которые никогда не сумеет подчинить себе фотография. Живопись, графика вышли из этого соревнования обновленными, еще более выразительными и прекрасными.

Совсем недавно эти фотографии были опубликованы в газетах. Но теперь они уже стали историческими. Благодаря им мы знаем, как выглядели герои-космонавты Ю. А. Гагарин и Г. С. Титов в своих скафандрах, как выглядит Земля, когда на нее смотрят с космической высоты.

Художественная фотография не убила живопись, но все же живописи и особенно графике пришлось уступить целый ряд областей, в которых раньше они безраздельно господствовали. Так, почти исчезло когда-то широко распространенное искусство портретной миниатюры: «вымерли» художники-моменталисты, снабжавшие газеты и журналы зарисовками; иллюстрирование научных, научно-популярных и технических книг во многом перешло в руки фотографов.

Но если вдуматься, изобразительное искусство уступило фотографии только те области, где оно, по существу, переставало быть искусством и становилось ремеслом; где от него в первую очередь требовалась документальная достоверность; где оно играло роль хроникера и пояснителя или ублаготворяло заказчиков, создавая их портреты, «как живые».

Работать с фотоаппаратом гораздо легче, чем рисовать. Хороших рисовальщиков во всем мире не так уж много, может быть, тысяча или две. Фотографов — сколько угодно. Жизнь человечества, жизнь нашей планеты богата разнообразнейшими и интереснейшими событиями.

Это тоже исторический снимок. Он донес до нас изображение событий 1871 года в Париже, когда в дни Парижской коммуны была повержена Вандомская колонна.

Но свидетелями их обычно бывают немногие. Остальным приходится довольствоваться не весьма точными и подчас противоречивыми рассказами очевидцев. Если среди них случается быть художнику, то он с натуры или под свежим впечатлением зарисовывает происшедшее. И тогда все, кто увидит его рисунок, могут значительно лучше и полнее представить себе то, о чем говорят очевидцы.

Но художников слишком мало, и если бы все они только и делали, что зарисовывали различные события, то и тогда не сумели бы охватить даже важнейших. Кроме того, зарисовка требует много времени, а его-то часто и не оказывается в распоряжении участника или наблюдателя события. А рисунок по памяти теряет в главном — в точности.

Фотографы (и профессионалы и любители) теперь есть во всех уголках земли, и каждому из них современная техника фотографии позволяет очень быстро сделать множество снимков. И любой снимок, даже не очень удачный, по своей точности, подробности и достоверности во много раз превзойдет самый лучший документальный рисунок.

Вот эти два свойства фотографии — массовость и подлинная документальность — являются исключительно важными. Именно благодаря им знания человечества и представления об окружающем мире неизмеримо расширились.

Такой снимок до недавнего времени было очень трудно получить. Крылья многих насекомых колеблются столь быстро, что сфотографировать их можно только при очень короткой выдержке. На снимке вы видите летящую цикаду. Никакой художник не сумел бы сделать такого рисунка с натуры.

Большинству из нас не приходится путешествовать. И хотя это очень досадно, но за всю жизнь нам удается повидать не так уж много разных сел, городов и, тем более, разных стран. Однако мы знаем о нашей планете очень многое. Мы можем представить себе Москву и Ленинград, Лондон и Париж; нам знакомы чудеса китайской и индийской архитектуры; мы не раз видели безлюдные пустыни и огромные валы океанского прибоя. Нам известно, как выглядят, как одеты, как живут и трудятся разные народы, как они отдыхают, веселятся и горюют. И иногда нам даже снится то, что наяву мы никогда не видели. Вот этим глубоко укоренившимся в нас знанием мы обязаны фотографии.

Всевидящее око

До сих пор мы говорили о съемке того, что происходит в местах, доступных человеку. Но фотография позволяет заглянуть и туда, куда «обычному смертному» нет доступа: она запечатлевает Землю с ракеты, атомный взрыв, действия летчика-испытателя в сложных условиях полета…

В последние годы широкий размах приобрела подводная фотография. На небольшие глубины фотографы опускаются в аквалангах и скафандрах. Для исследования глубин до 300 метров совсем недавно была создана легкая и подвижная подводная лодка, прозванная «ныряющим блюдцем». В ней помещаются два человека — штурман и наблюдатель. Оборудована эта лодка по последнему слову техники. У нее на борту имеются гирокомпас, трехмерный гидролокатор, радиотелефон, магнитофон и целый комплекс фото- и киноаппаратуры. Есть у «ныряющего блюдца» и рука — гидравлический захват, управляемый из кабины, с помощью которого можно брать пробы почвы, собирать со дна различные предметы.

Для исследования больших глубин в последние годы были построены специальные плавательные аппараты, называемые батискафами[32]. Они свободно могут опускаться на глубину в несколько тысяч метров. А недавно, 23 января 1959 года, батискаф «Триест» опустился на 10-километровую глубину, в самую глубокую из известных в настоящее время подводных впадин — в Марианский «желоб».

«Ныряющее блюдце».

Батискаф «Триест» представляет собой огромный стальной поплавок, к нижней части которого прикреплена сферическая стальная камера с иллюминаторами из толстого плексигласа. Поплавок заполняется легкой жидкостью (чаще всего бензином), предохраняющей его от смятия страшным давлением океанских глубин. В стальной сфере располагаются два наблюдателя и аппаратура. Батискаф снабжен несколькими сильными прожекторами, позволяющими вести наблюдение и фотографирование на больших глубинах, где царит вечный мрак.

Батискаф «Триест».

Опускается батискаф под воздействием веса стальных грузов, которые удерживаются электромагнитами. Когда приходит время всплывать, электромагниты выключаются, стальной балласт остается на дне, и облегченный аппарат всплывает. Каждое погружение батискафа — очень опасное и сложное предприятие. Риск очень велик. Если хотя бы один из грузов не отпадет от корпуса, люди навеки останутся на дне — ведь никаких глубоководных спасательных средств еще не существует. И надо признать, что первые батинавты должны были иметь большое мужество.

Кальмар — морской моллюск. Гигантские кальмары достигают длины 18 метров. Обратите внимание на его глаза.

Дно океана на большой глубине видели пока что несколько пар глаз. И если бы не было фотографии, только обладатели этих глаз и могли бы по-настоящему представлять себе жизнь на больших глубинах. Примерно так и было два десятка лет назад, когда профессор Бийб погружался в батисфере на глубину до 2 километров. По каким-то причинам журнал, поместивший рассказ профессора Бийба (кажется, это был «Пионер»), привел всего лишь два или три рисунка, но не поместил ни одной фотографии. Возможно, что их и не было. И мы только по рассказу (очень интересному) могли судить о жизни на этой таинственной глубине. Но фотографии, сделанные с борта батискафа, имеются. И вы, не опускаясь в батискафе и не рискуя жизнью, можете заглянуть на океанское дно. Одна из фотографий, сделанная батинавтами «Триеста» на глубине 7000 метров, приводится здесь. На ней вы видите глубоководную рыбу.

Глубоководная рыба, которая ходит по дну на своих плавниках.

У нее очень длинные и узкие плавники. Ученые довольно хорошо знали эту рыбу еще до того, как она была сфотографирована с борта батискафа. Ее не раз вылавливали с помощью глубоководного трала. Однако ученые не могли точно установить назначение столь длинных плавников. По их предположениям, рыба должна была пользоваться ими как щупальцами. Но они ошибались. Наблюдения и фотографирование этой рыбы в естественных условиях открыли правду: с помощью этих плавников рыба ходит по дну, вернее, скачет, как кузнечик.

Эту рыбу увидели хотя бы две пары человеческих глаз.

Так передвигаются морские звезды.

Фотография же может видеть такое, что в принципе недоступно воочию видеть человеку.

На стр. 196 — фотографии звездного неба. Они очень разные. На одной звезд видно сравнительно мало, а на другой — великое множество. А между тем это фотографии одного и того же участка неба, сделанные в один и тот же момент времени с помощью сдвоенного телескопа. В чем же разница? Она заключается в том, что одна фотография снята в голубых, видимых глазом лучах, а другая — в инфракрасных.

Один и тот же участок неба. Разница между фотографиями заключается в том, что левая была получена на обычной пластинке, а правая — на пластинке, чувствительной к инфракрасным лучам.

Инфракрасные лучи имеют весьма замечательное свойство. Оно целиком объясняется сравнительно большими длинами волн этих лучей. Именно благодаря этому они меньше рассеиваются в облаках межзвездной пыли и газа, свободнее проходят через них. А коротковолновые лучи рассеиваются в таких межзвездных скоплениях и сильно ослабляются. И звезды уже не смогут быть обнаружены глазом даже в самый сильный телескоп. Их помогла обнаружить фотопластинка, но не простая, а чувствительная к инфракрасным лучам. Если бы ученые не создали таких пластинок, мы гораздо меньше знали бы о многих отдаленных частях Вселенной.

Но не только в астрономии полезна инфракрасная фотография. Не менее нужна она и для многих земных дел. Очень часто удаленные объекты скрывает от нас легкая туманная дымка. Устранить влияние такой дымки позволяет фотография в инфракрасных лучах. Отдаленные предметы на таких фотографиях становятся видными лучше, чем в самый ясный день. Правда, все окружающее выглядит очень странным: небо совершенно черное, на нем видны только очень плотные облака; листва деревьев, хорошо отражающая инфракрасные лучи, белая, трава тоже белая.

Однако для научных исследований такая искаженная цветопередача не только не помеха, но часто огромное подспорье, позволяющее увидеть то, что неразличимо при обычном свете. По отражению растениями инфракрасных лучей можно легко отличить здоровые растения от больных. Неодинаковость отражения инфракрасных лучей разными породами деревьев позволяет легко узнать распределение растительности в лесных массивах по инфракрасным аэрофотоснимкам.

В иностранных журналах неоднократно писали, что инфракрасная фотография оказывает большую помощь и воздушной разведке, так как позволяет легко отличить зелень растительности и зеленую защитную краску, потому что последняя совсем по-иному отражает световые лучи в длинноволновой части спектра световых волн. Более того, в этих лучах даже срезанные ветки, срубленные деревца, которыми часто маскируются воинские части, очень скоро становятся отличимыми от своих оставшихся в живых собратьев.

Левый снимок получен на обычной пленке, а правый — на пленке, чувствительной к инфракрасным лучам. Обратите внимание на различие в изображении неба, листвы деревьев и заднего плана.

Очень интересны ночные снимки в инфракрасных лучах. Часто они делаются при подсветке с помощью невидимого луча инфракрасного прожектора и тогда мало отличаются от дневных снимков. Если же вести фотографию без подсветки, то на снимке будут видны только те объекты или их части, температура которых достаточно высока. Так, будут видны фабричные трубы, разогретые части автомобилей, танков, самолетов и кораблей.

Максимальная длина волны, к которой чувствительны современные инфракрасные пластинки, не очень велика — порядка 1 микрона. Но получение изображения в более длинноволновом участке спектра очень интересует технику. И в настоящее время уже разработаны методы, позволяющие получать изображения в инфракрасных лучах с очень большими длинами волн. А пока стоит лишь сказать, что на волнах порядка 7–8 микронов можно получать тепловой портрет человека, потому что в этом диапазоне волн человек представляет собой светящееся тело, то есть излучает собственный свет. С помощью таких фотографий удается обнаруживать даже злокачественные опухоли, так как температура кожи над ними на малые доли градуса выше, чем на всей остальной поверхности тела.

Ультрафиолетовая и инфракрасная фотографии оказывают большую помощь исследователям старинных картин, рукописей и документов и даже помогают изобличать всякого рода преступников. Стертые временем или небрежным обращением, или, как их называют, угасшие, тексты оживают под этими невидимыми лучами и, будучи сфотографированными, раскрывают свои секреты исследователю. Не менее заметны при таком исследовании и всякого рода подделки и фальшь в документах.

Инфракрасные и ультрафиолетовые лучи помогли восстановить древний текст. В лучах обычного света этот текст не был виден.

Почти каждому из нас приходилось бывать в рентгеновских кабинетах и, ожидая, пока подойдет очередь, заглядывать на светящийся зеленым светом экран, на котором видны очертания скелета и неясные расплывчатые тени внутренних органов человека. Если же на место экрана поставить деревянную кассету с фотографической пленкой, то такое изображение можно получить на пленке без помощи фотоаппарата и даже не открывая кассеты. Так фактически и делают рентгенограммы самых различных объектов, просвечиваемых рентгеновскими или гамма-лучами.

В последние годы стали широко применяться исследования различных животных и растительных объектов с помощью меченых атомов.

Мечеными атомами называются радиоактивные изотопы химических элементов. По своим химическим свойствам они не отличаются от обычных атомов и могут вступать в такие же самые реакции. Но они отличаются от них тем, что подвержены радиоактивному распаду. А при таком распаде атом испускает гамма-лучи.

С помощью меченых атомов ученые смогли проследить самые сокровенные, недоступные другим методам исследований, процессы обмена веществ, исследовать распределение и определить роль различных химических соединений в организме и растении. Медикам, например, очень важно знать действие лекарств на различные органы животного. Для этого им в первую очередь необходимо определить, как и какими путями расходится лекарство во внутренних органах; где оно скапливается; где его оказывается недостаточно. Эту задачу решают с помощью меченых атомов и фотографии. Правда, и на этот раз обходятся без фотоаппарата.

Здесь помещен один из снимков подобного рода. На нем видны места скопления радиоактивного пенициллина во внутренних органах мыши.

Это так называемая авторадиография, то есть фотография, полученная с помощью радиоактивных излучений. Для того чтобы получить этот снимок, в кровь мыши ввели радиоактивный пенициллин.

Для того чтобы получить такой снимок, в кровь мыши ввели не обычное, имеющееся во всех аптеках лекарство, а специально приготовленный пенициллин, в состав которого входят меченые атомы. И гамма-излучение свободно проникло через ткани животного и оставило свои следы на фотопластинке.

Огромную помощь оказывает фотография при составлении географических карт различного назначения. Без аэрофотосъемки была бы немыслима современная картография. Только благодаря ей оказалось возможным создавать столь подробные и точные карты. Она позволила быстро учитывать большие и малые изменения в лице планеты, возникающие в результате человеческой деятельности или каких-либо естественных процессов.

Этот гигантский метеоритный кратер, заболоченный и покрытый лесом, был открыт с помощью аэрофотографии совсем недавно.

Аэрофотоснимок пустыни, под которой были погребены развалины древнего города. Снято в утренние часы.

С ее помощью производится не только съемка суши — она же позволяет наиболее быстро и точно составлять карты мелководных участков морей и океанов.

Не менее полезна аэрофотосъемка и в военном деле, где быстрое получение точных сведений о расположении и перемещении войск противника, о состоянии путей сообщения, о результатах воздушных налетов и обстрелов играет первостепенное значение. И в мирной жизни (что гораздо приятнее) аэрофоторазведка оказывается неоценимым помощником людей.

С воздуха можно вести и подводную разведку и увидеть то, что не удается иными способами. Перед вами аэрофотоснимок подводного грязевого вулкана.

Широко пользуется ею современная геология. Аэрофоторазведка — один из самых быстрых методов поиска новых месторождений полезных ископаемых, определения границ их залегания. Благодарны аэрофоторазведке и археологи. Это она своим всевидящим оком различает самые незначительные неровности поверхности, самые незначительные отличия окраски растений на пашне и по ним позволяет определить места, где под слоем земли или песка скрыты остатки древних сооружений и городов.

Трехкомпонентная теория в действии

В главе о зрении вскользь упоминалось о цветной фотографии и говорилось, что в настоящее время для получения цветных снимков всюду принят субтрактивный способ образования цветов. При таком способе любой хроматический цвет получается путем вычитания дополнительного хроматического цвета из белого, ахроматического. Но как это осуществляется практически, до сих пор мы не говорили.

Чтобы лучше понять суть современного метода, надо, хотя бы мысленно, проследить все стадии получения цветного изображения.

Пусть объектом съемки будет букет красных георгинов в синей вазе. Сфотографируем его трижды. Первый снимок сделаем через красный, второй— через зеленый, а третий — через синий светофильтр. В результате мы получим три цветоделенных негатива, которые условно назовем: «красный», «зеленый» и «синий», хотя все они только черно-белые. Затем, как и раньше, сделаем с них отпечатки на стеклянных пластинках или на пленке — диапозитивы.

Вы уже знаете, чем они будут отличаться друг от друга. На «красном» диапозитиве самыми прозрачными окажутся участки с изображением цветов, а изображения листьев и особенно вазы будут малопрозрачными. На «зеленом» прозрачным окажется изображение листьев, а цветы и ваза окажутся темными. На «синем» диапозитиве прозрачным будет изображение вазы, а изображения листьев и цветов будут малопрозрачными.

Если такие цветоделенные диапозитивы вставить в строенный проекционный аппарат, а затем спроектировать на экран через три соответствующих светофильтра все изображения, то при точном их совмещении получится очень хорошее (лучше, чем у Лэнда) цветное изображение. Но такой метод образования цветов является аддитивным, а не субтрактивным — ведь в данном случае суммируются потоки лучей трех основных цветов.

Цветное изображение по методу субтрактивного образования цветов можно получить только лишь после дополнительной обработки полученных диапозитивов. Эта обработка заключается в окрашивании их в соответствующие дополнительные цвета. «Красный» диапозитив после такой обработки приобретает голубой цвет, «зеленый» становится пурпурным, а «синий» окрашивается в желтый цвет. Важно запомнить, что сильнее всего окрашиваются те участки, которые были наименее прозрачными, а светлые участки остаются белыми, неокрашенными. При такой обработке прозрачное окрашивающее вещество замещает непрозрачное металлическое серебро. Чем больше было на данном участке эмульсии восстановленного серебра, тем более сильно он окрашивается.

После окраски на «красном» диапозитиве в голубой цвет окрасится изображение фона, стола и кувшина, а лимон и красная ткань останутся белыми. На «зеленом» диапозитиве ярко-пурпурным будет изображение фона, ткани и стола. На «синем» ярко-желтыми окажутся кувшин, лимон, ткань и стол.

Если точно наложить друг на друга все три диапозитива и рассматривать их на просвет в лучах белого света, мы увидим цветное изображение. Сложенные таким образом диапозитивы можно с помощью обычных устройств проектировать на экран.

В тех местах, где белому свету придется пройти через участки, окрашенные в желтый и пурпурный цвета, будем видеть красный цвет; там, где он пройдет через желтый и голубой, увидим зеленый цвет; белый свет, прошедший через голубой и пурпурный, даст синий цвет.

На таком методе и основана современная цветная фотография. Но ее практическое осуществление позволяет фотографу более простым путем добиваться нужных результатов. Снимки делаются не на обычной пленке или пластинках, а на специальной трехслойной пленке и фотобумаге. Каждый слой в них играет роль одного цветоделенного негатива или позитива.

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.

Движения скачущей лошади и бегущей собаки. Кинефото.

Кинетоскоп Эдисона представлял собой очень сложный, тяжелый и громоздкий аппарат. И при всем том он был так устроен, что фильм мог смотреть только один человек. Такое конструктивное решение было большой ошибкой Эдисона, и тем более досадной, что он и его сотрудники проводили успешные опыты по демонстрации фильмов на большом экране. Более того, один из помощников Эдисона создал даже звуковой фильм, использовав для этой цели фонограф.

Но великий изобретатель продолжал упорствовать в своем заблуждении. Он считал, что кино на большом экране не принесет коммерческого успеха, что техническая новинка скоро прискучит публике и она перестанет интересоваться ею. Так коммерция вступила в противоречие с прекрасной идеей и похоронила ее.

Но она недолго пребывала в забвении. В 1895 году, всего через год после того, как Эдисон приступил к «коммерческой эксплуатации» своего кинетоскопа, в Париже был впервые продемонстрирован фильм братьев Луи и Огюста Люмьеров, владельцев фабрики фототоваров. Они шли по пути, отвергнутому американцем, веря в правильность идеи большого экрана. И они доказали свою правоту. Их, а не Эдисона называет мир основоположниками современного кинематографа.

Остановись, мгновение…

Каждый из вас многое знает о современном кино, о методах съемки кинокартин. По своим изобразительным возможностям кинотехника полностью сходна с фотографией: она использует те же фотоматериалы и оптика кинокамер практически не отличается от применяемой в фотоаппаратах. Но кинематография обладает еще одним необыкновенно ценным свойством — умением запечатлевать движение, разделив его на мельчайшие последовательные этапы. Широкое применение кинематографической съемки в науке и технике целиком объясняется именно свойством разбивать какое-либо непрерывное движение на множество последовательных и неподвижных изображений, зафиксированных на пленке с огромной точностью. Эта способность останавливать или замедлять движение и показывать его этап за этапом особенно ценна в наше время — время высоких скоростей, когда большинство процессов, исследуемых в науке и используемых в технике, убыстрилось до такой степени, что сам человек уже не может с помощью своих органов чувств уследить за ними.

Вот один из примеров такого процесса.

Известно, что при аварии в воздухе члены экипажа покидают самолет и спасаются при помощи парашютов. В винтомоторных самолетах у команды всегда есть хотя бы небольшой запас времени, для того чтобы успеть благополучно покинуть падающую машину. Кроме того, скорость таких самолетов не очень велика, и встречный поток воздуха в этом случае не является особой помехой спасающимся. Другое дело — прыжок с парашютом из современного реактивного самолета, Такой самолет невозможно оставить столь же просто. На случай аварии в нем предусмотрены специальные спасательные средства. Это катапультируемые сиденья. Все члены экипажа располагаются в таких сиденьях. При необходимости они мгновенно выстреливаются в воздух и с очень большой скоростью преодолевают встречный воздушный поток, относя сидящего на безопасное расстояние. И только тогда в свои права вступает парашют.

От надежности таких сидений, четкости их работы, устойчивости положения в воздушной струе зависит жизнь человека. И поэтому конструкторы самолетов непрерывно совершенствуют катапультируемые сиденья, создавая все новые и новые типы. Однако, прежде чем рекомендовать даже очень хорошую новинку, ее надо отработать и тщательно всесторонне испытать. Ибо только эксперимент в состоянии дать точные сведения о качестве и надежности работы. Математические расчеты, к сожалению, не обладают в данном случае столь высокой точностью, чтобы на них можно было полагаться без всякой опытной проверки. Как же испытывают такое сиденье? Ведь нельзя же поставить его в самолет и выстрелить в воздух с человеком. Прежде чем сделать это, надо быть твердо уверенным, что опасность сведена до минимума. Поэтому отрабатывают конструкцию и надежность работы катапультируемого сиденья на земле. Одна из фотографий таких испытаний здесь приведена. Как видите, условия, в которых они проводятся, очень близки к реальным.

По гладкому рельсовому пути с огромной скоростью мчится тележка, разгоняемая реактивным двигателем. На ней установлена точная копия кабины нового самолета с испытываемым механизмом катапультирования. Вы видите, что на сиденье, взлетевшем над кабиной, находится человек. Не беспокойтесь, это не живой человек, а кукла, очень точная копия летчика, одетого в скафандр. Ее вес, размеры, местонахождение центра тяжести точно такие же, как и у человека. И благодаря всему этому поведение механизма катапультирования и самого сиденья будут точно такими же, как и в реальных условиях. В случае аварии все произойдет точно так же: отделится от кабины и поднимется над ней верхний колпак, а вслед за ним пороховые шашки выстрелят сиденье. И, если оно правильно сконструировано, оно будет устойчивым в воздухе.

Но обо всем этом можно узнать, только сфотографировав проведенный опыт, так как глаз не успеет рассмотреть все его этапы. Для съемки быстро протекающих процессов применяются не обычные кинокамеры, а специальные скоростные съемочные камеры, которые способны делать по многу тысяч кадров в секунду.

Тележка разгоняется по рельсам до огромной скорости с помощью ракетного двигателя. В передней части тележки установлена самолетная кабина. По команде испытателей от кабины отделяется колпак (вверху, справа), взрывается заряд катапультируемого сиденья, и оно вылетает из кабины. На сиденье находится манекен. На снимке сиденье, вылетевшее из кабины, занимает в воздухе правильное положение. Испытания проведены не зря.

Другой пример применения скоростной съемки относится тоже по преимуществу к области авиации. Но на этот раз к испытаниям тел различной формы в сверхзвуковых аэродинамических трубах. При таких испытаниях инженеров интересует, какими будут воздушные потоки возле поверхностей испытуемых тел. Изучая их, они смогут найти наилучшие формы самолетов, ракет, снарядов, обладающие наименьшим сопротивлением при движении в воздухе.

Эта задача сложна не только быстротечностью процессов. Не меньшая сложность заключается в том, что воздух прозрачен и увидеть в нем волны и завихрения обычным путем невозможно. Для того чтобы преодолеть такую трудность, применяют специальные источники света, посылающего лучи сквозь воздушный поток, и особые методы фотографирования. И только тогда невидимое невооруженным глазом становится хорошо различимым на отснятых кадрах.

В настоящее время скоростная съемочная камера со скоростью съемки, равной 100 тысячам кадров в секунду, не является особой редкостью и очень часто применяется для самых разнообразных целей. А ведь если вдуматься, это — чудо. Одну секунду можно растянуть в сутки! Взрывные процессы, вспышки молнии и любого другого электрического разряда, столкновения быстро перемещающихся тел, полет снаряда — все это может быть теперь запечатлено на фотографиях, которые отобразят мельчайшие этапы, мельчайшие изменения процесса, возникающего и прекращающегося за тысячные доли секунды.

Но кинематография умеет не только растягивать время — она в равной степени способна и на противоположное: сжать, спрессовать дни и месяцы в секунды. Этим свойством пользуются для исследования чрезвычайно медленных процессов, когда глаз не в состоянии заметить очень малые и медленные изменения.

Взгляните на циферблат часов — минутная и часовая стрелка кажутся совершенно неподвижными. И, хотя точно известно, что они вращаются, мы не в состоянии уловить их движение. По этой же причине нельзя наблюдать рост деревьев, цветов, злаков, протекание некоторых химических процессов, например кристаллизацию, и многое, многое другое.

Снимок потока газов, огибающих препятствие.

Тут-то на помощь приходит сверхмедленная кинематография.

Представим себе, что мы хотим снять кинофильм о развитии какого-либо растения. Для этого горшок, в который высажен молодой побег или даже высеяно семя, устанавливают перед автоматической камерой, делающей, к примеру, десять снимков в сутки. Для того чтобы условия освещения при фотографировании не менялись, растение в момент съемки освещается вспышкой яркой лампы. Если вести такое кинонаблюдение за растением в течение двух месяцев, получим 600 кадров. На них будут запечатлены малейшие изменения в развитии растения на протяжении 60 суток. Мы же с помощью обычного кинопроектора увидим, как тянулся к свету стебель, как развивались листья, наливались бутоны и распускались цветы, за 25–30 секунд.

Последовательные снимки падения тела в жидкость, снятые с помощью скоростной кинокамеры.

Современная скоростная кинокамера.

Кинематографическая пушка

Вот по взлетно-посадочной полосе, замедляя скорость, прокатился совершивший посадку самолет. Это машина нового типа, только что вернувшаяся из своего первого испытательного полета. Самолет остановился, затем развернулся и через несколько минут подрулил к ангару. Стих гул двигателей, и пилот опустился из кабины на землю. И тут же, не дав ему опомниться и передохнуть, его обступают взволнованные люди. Это конструкторы. За их плечами многие месяцы, а то и годы работы над только что приземлившейся машиной. Каждому не терпится узнать, как она вела себя в воздухе: послушна ли в управлении, быстро ли набирает высоту, не произошло ли чего-либо непредвиденного. Каждый из конструкторов знает, что за поведением самолета в воздухе следили десятки и даже сотни различных регистрирующих приборов, показания которых расскажут им почти обо всем. Но самое важное, самое ценное может сказать только летчик-испытатель, бесстрашный друг и советчик авиационного конструктора.

Сейчас все чаще и чаще в воздух поднимаются различные беспилотные летательные аппараты. Это ракеты и управляемые по радио беспилотные самолеты-разведчики, самолеты-снаряды. У них на борту уже нет летчика-испытателя. Их полет контролируется и регистрируется только приборами. Приборов много, и они дают конструкторам чрезвычайно важные сведения. Но этого мало. Нужно увидеть, как ведут себя в воздухе ракета или беспилотный самолет. И не только видеть, но и зарегистрировать увиденное и проследить, с какой точностью они выдерживают заданную траекторию или выполняют заданный маневр.

Как же все это можно увидеть? Ведь ракета или самолет не стоят на месте, а уносятся от наблюдателей на десятки и даже сотни километров. И все-таки, хотя это и необыкновенно трудная задача, ее решила современная прикладная кинематография. Правда, киносъемочные камеры, применяемые для таких целей, совсем не похожи на обычные. Взглянув на снимок одной из них, не сразу даже догадаешься, что это за устройство.

Киноаппарат, показанный на снимке, является одним из самых совершенных. В ясную погоду с его помощью удается фотографировать объекты, находящиеся на расстоянии сотен километров. Недаром же у него такой огромный, похожий на осадную мортиру большого калибра объектив. Конструкция таких киносъемочных аппаратов была описана в иностранных журналах и она очень интересна. Они напоминают орудие не только «стволами» огромных объективов. Еще большее сходство с зенитной пушкой придает им вся механическая часть установки.

Для того чтобы непрерывно следить за перемещающейся в небе ракетой или самолетом, аппарат установлен на мощном стальном поворотном лафете. Направление объектива можно менять на 360° в горизонтальной плоскости и на 90° в вертикальной. Поэтому, как бы ни перемещался объект, на него всегда можно навести объектив. Наводка осуществляется через две зрительные трубы двумя операторами. Один оператор наводит камеру в горизонтальной плоскости. Его задача удерживать изображение объекта точно в перекрестье зрительной трубы, так, чтобы оно не отклонялось ни влево, ни вправо. Второй оператор, наблюдая в свою трубу, тоже удерживает цель в перекрестье, не давая ей отклониться ни вверх, ни вниз.

Каждый оператор управляет вращением установки с помощью штурвала, так же как это делалось при наводке зенитного орудия. Но для управления тяжелой и громоздкой установкой не требуется никаких усилий. Она приводится в движение не мускулами, а электрическими двигателями. Штурвалы же только подают управляющие команды на специальные электронные схемы, которые, в свою очередь, заставляют двигатель вращаться с большей или меньшей скоростью, менять направление вращения. Стоит чуть отклонить штурвал управления «по горизонту» от нейтрали, и вся очень тяжелая и громоздкая установка начнет медленно и необыкновенно плавно вращаться. Чем больше поворот штурвала, тем вращение быстрее. То же самое происходит при повороте штурвала управления по «высоте». В этом случае вращается не вся установка, а только сама камера с объективом и зрительными трубами.

Мощный стальной лафет и сложная система управления необходимы для того, чтобы обеспечить чрезвычайно высокую точность наводки камеры на ракету или самолет.

Точность наводки, в свою очередь, необходима для получения правильных данных о координатах фотографируемого объекта. Правда, их можно вычислить только в том случае, если фотографирование ведется не одним, а одновременно двумя или тремя киноаппаратами, разнесенными на довольно большое и точно известное расстояние. В этом случае вычисление координат сводится к определению длин сторон треугольников по известным базам (расстояниям между установками) и углам.

Киноаппараты, позволяющие точно определять углы направления на объект, называются кинотеодолитами. Это название присвоено им потому, что они, по сути дела, позволяют решить ту же задачу, которую решают в геодезии с помощью обычных теодолитов.

На каждом кадре, снятом кинотеодолитом, кроме изображения перекрестья и цели, видны цифры, показывающие величины углов направления на цель в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Помимо этого, на снимке еще даются и отметки службы единого времени, по которым можно подбирать снимки, сделанные в один и тот же момент времени каждым из группы кинотеодолитов. Служба единого времени, как говорят, синхронизирует съемку. Все кинотеодолиты связаны между собой по проводам или по радио и фотографируют ракету или самолет в одни и те же моменты времени.

Это устройство (взято из иностранного журнала), похожее на осадную мортиру большого калибра, на самом деле не что иное, как один из самых совершенных кинотеодолитов. Им управляют два человека.

Кинотеодолитные установки принесли огромную пользу при разработке и испытаниях ракет. Возможно, вам приходилось видеть в английских и американских журналах фотографии ракет, раскрашенных темными и светлыми квадратами, зигзагообразными линиями. Эта раскраска не причуда художника. Раскраска облегчает наблюдение за ракетой в полете, позволяет определить, не вращается ли ракета вокруг продольной оси.

Каждый испытательный полет ракеты фотографируется с момента старта и до тех пор, пока это оказывается возможным. Жаль только, что современные кинотеодолиты, несмотря на все старания конструкторов, все еще не могут работать не только в облачную погоду, но и при сильной дымке. Даже движение теплых потоков воздуха мешает их работе почти в такой же степени, как и астрономам.

Может быть, кому-нибудь из вас, читатель, удастся со временем устранить или хотя бы уменьшить эти недостатки.