Свет в море

Очаковский Юлен Ефремович

Хотя конструкцию подобной камеры Луи Бутан разработал еще в 1899 г., технические возможности того времени не позволили ему использовать изобретение на практике.

Лишь в 1940 г. американцам Юингу, Вайну и Ворзелю удалось получить первые удачные фотографии морского дна на большой глубине. Во время войны их фотокамера успешно использовалась для поисков затонувших судов. В послевоенные годы метод подводного фотографирования начал широко применяться для геологического и биологического изучения морского дна. Это дает возможность ученым детально рассмотреть микрорельеф поверхности дна, выяснить характер слагающих его осадков, обнаружить выходы коренных пород. Следы ряби на морском дне, запечатленные на фотографии, служат доказательством наличия придонных течений. Морские «зверюшки», попавшие

в поле зрения объектива, позволяют биологам судить о качественном и количественном составе донной фауны и условиях ее обитания. Фото- и киносъемка являются, пожалуй, единственным средством для изучения следов жизнедеятельности донных животных, не сохраняющихся обычно в дночерпательных и траловых пробах.

Рис. 55. Первые подводные фотосъемки

Быстро вырос мировой рекорд глубины погружения подводной фотокамеры. В 1951 г. американский ученый Давид Оуэн получил фотографию дна океана с глубины 5500 м. Его соотечественнику Гарольду Эджертону в 1959 г. удалось сфотографировать морское дно на глубине 8500 м. Советский исследователь Н. Л. Зенкевич, опустив фотокамеру на дно желоба Кермадек в Тихом океане глубиной 9960 м, получил лишь неясные фотографии мути, так как дно желоба было целиком покрыто жидким илом, в который, по-видимому, полностью погрузилась фотокамера. Удачные фотографии океанского дна Зенкевич получил в Тихом океане на глубинах до 6150 м. Им была сконструирована и изготовлена двухобъективная подводная фотокамера для стереоскопической съемки морского дна. Помимо объемности изображения стереофотографии дают возможность увидеть гораздо больше деталей, нежели обычные фотоснимки. На рис. 56 показано скалистое дно, почти лишенное осадочного покрова. Лишь в небольших углублениях видны скопления белого глобигеринового песка. На поверхности дна лежит несколько крупных офиур. Обычные приборы для взятия проб грунта с такого дна приходят, как правило, пустыми.

Стереоскопические фотоустановки конструкции Зенкевича, успешно использовавшиеся в экспедициях Института океанологии, дали весьма ценный материал морским геологам и биологам.

Рис. 56. Фотография океанского дна на глубине 1335 м (снимок сделан в рейсе «Витязя» в 1957 г.)

Рис. 57. Преломление световых лучей при переходе через поверхность заметно искажает пропорции подводных объектов

Если открыть любую книгу, посвященную фото- и киносъемке под водой или подводному телевидению, мы обязательно обнаружим главу, в которой рассказывается об оптических свойствах водной среды и законах распространения света в воде.

Умение разобраться в особенностях прохождения света через морскую поверхность и его распространения в толще моря оказывается совершенно необходимым как при съемке объектов через поверхность моря, так и при фотографировании камерой, погруженной непосредственно в воду.

При съемке через поверхность преломление световых лучей, проходящих из воды в воздух, может заметно исказить пропорции подводных объектов и расположение их относительно друг друга (рис. 57). Преломление словно поднимает все погруженные в воду предметы выше их истинного положения. Этот эффект тем заметнее, чем под большим наклоном поверхности идут лучи. Абсолютно плоское дно на мелководье, снятое через поверхность, на фотографии будет выглядеть вогнутым: в центре кадра глубина кажется больше, по краям — меньше.

При цветной фотосъемке отраженный от поверхности моря свет обычно ухудшает цветовой контраст объектов на фотоснимке (рис. 58,1). Законы оптики подсказывают метод борьбы с этим явлением. Ведь мы знаем, что

свет, отраженный от поверхности, поляризован, а следовательно, его легко «отсечь» с помощью поляроида. Поставив перед объективом поляризационный светофильтр, мы резко уменьшаем белый фон на нашем снимке, восстанавливая тем самым насыщенность окраски фотографируемых подводных объектов (рис. 58, 2; см. цв. вкл. на стр. 140)

Рис. 58. Отраженный от поверхности свет резко ухудшает контраст объектов на фотоснимке (1). Поляризационный светофильтр позволяет избавиться от вредного влияния отраженного света (2)

Другой способ избавиться от отраженного водной поверхностью света — опустить объектив под воду. Однако если даже оставить в стороне эффекты, вызываемые рассеянием и избирательным поглощением света морской водой, то все равно благодаря разнице показателей преломления воды и воздуха условия подводного фотографирования будут значительно отличаться от условий фотосъемки в воздушной среде.

Внутренность камеры отделена от воды стеклом иллюминатора. Иллюминатор обычно делают плоским, т. е. попадающие в объектив лучи проходят плоскопараллельную стеклянную пластинку, по одну сторону которой находится воздух, а по другую — вода (рис. 59). Такие лучи преломляются дважды: на границе вода — стекло и на границе стекло — воздух. На основании закона преломления можно написать: n_воды • sin ₁ = n_стекла • sin ₂ и n_стекла • sin ₂ = n_{воздуха} • sin ₃, где n_воды, n_стекла и n_{воздуха} — соответственно показатели преломления воды, стекла и воздуха. Исключив из этих уравнений промежуточную среду — стекло, получим:

где п — относительный показатель преломления воды относительно воздуха. Таким образом, независимо от материала иллюминатора синус угла, под которым луч падает на поверхность иллюминатора из воды, составляет приблизительно лишь 3/4 синуса угла падения луча из воздуха (sin ₁ = 1/n • sin ₃ = 0,75 • sin ₃, так как показатель преломления морской воды относительно воздуха п равен 1,34). Поэтому угловое поле зрения объекта в воде уменьшается. Например, для фотообъектива «Юпитер-12» с углом зрения в воздухе 63° в воде он составит лишь 47°.

Рис. 59. Преломление световых лучей при прохождении через стекло плоского иллюминатора:

₁ — угол падения лучей из воды на стекло иллюминатора; ₂ — угол преломления лучей в стекле; ₃ — угол, под которым лучи входят внутрь камеры

Преломление световых лучей при переходе из воды внутрь камеры приводит к тому, что в воде все предметы кажутся на 1/4 увеличенными, а расстояние до них на 1/4 короче, чем на самом деле. Такими они представляются ныряльщику в подводных очках (а ведь без них в воде он слеп). Такими же их запечатлеет на фотоснимке объектив через плоский иллюминатор. Определяя расстояние до предмета в воде на глаз, подводный фотограф будет получать резкие снимки, так как и он и фотокамера одинаково ошибаются в расстоянии. При использовании автоматической фотокамеры — объектив следует фокусировать на расстояние, равное 3/4 действительного. Под водой фокусное расстояние объективов как бы увеличивается.