Вечный вопрос – почему на снимках нет звёзд? Теперь Плутон

И опять под фотографиями НАСА появляется извечный вопрос: "Где звёзды?"

Должны ли быть на фотографиях Плутона звёзды? Давайте посчитаем, какая там, на поверхности Плутона, освещённость и какая для фотосъёмки понадобится выдержка?

Мы знаем, что орбита Плутона сильно вытянута и наклонена, наклонение составляет 17 градусов. Степень вытянутости орбиты характеризуется величиной эсцентриситета, это значение 0,25. Минимальное расстояние от Солнца до Плутона составляет 4,4 млрд км, а максимальное – 7,4 млрд км, он то приближается к Солнцу, то удаляется.

Другими словами говоря, расстояние от Солнца до Плутона меняется от 29 до 49 астрономических единиц. За 1 а.е., как вы помните, принято расстояние от Солнца до Земли.

Для расчёта возьмём среднее расстояние, 39 а.е. Поскольку расстояние до Плутона в 39 раз больше, чем до Земли, то освещённость на поверхности планеты будет меньше в 1520 раз (закон обратных квадратов). Округлим до значения 1500.

Если в солнечный день в средней полосе на поверхности Земли освещённость составляет 50.000 люкс, то на Плутоне значение уменьшится в 1500 раз, до 33 люкс.

Учитывая, что земная атмосфера задерживает часть света, а на Плутоне атмосферы нет, то освещённость будет чуть-чуть выше полученного нами значения, что-то около 40 люкс. Много это или мало?

В наших квартирах освещённость вечером на уровне рабочего стола по санитарным нормам не должна быть ниже 150 люкс.

40 люкс – это малоосвещённый коридор, типа лестничного пролёта. Или как в кинотеатре перед выключением света. Другими словами говоря, освещённость на Плутоне очень низкая, но вполне достаточная для того, чтобы глаз легко адаптировался к такому уровню.

Какие же выдержки должны быть выставлены на фотоаппарате во время фотосъёмки?

Давайте разберём на примерах.

Когда-то самым популярным в СССР был фотоаппарат "Смена-8м". Для фотолюбителей, у которых не было фотоэкспонометра, чтобы оценить освещённость при съёмке, производители фотоаппарата нанесли значки (пиктограммы) в виде подсказок.

На чёрном кольце оправы объектива вы видите следующие обозначения: тучи грозового характера, облачно (всё небо покрыто облаками), переменная облачность, солнце в дымке, яркое солнце.

Когда красная риска находится на средней пиктограмме, это соответствует выдержке 1/60 с.

А при ярком солнце фотоаппарат отсекал выдержку 1/250 с – она крайняя справа. (При этом для фотоплёнки с чувствительностью 65 ед.ГОСТ выставлялась диафрагма 5,6).

На современных цифровых фотоаппаратах в солнечный день выставляется, как правило, минимальная светочувствительность, это 100-200 единиц (ISO) и выдержка 1/500 с.

А теперь представим, что мы на Плутоне. И здесь освещённость днём в полторы тысячи раз ниже. Следовательно, выдержку при съёмке нужно выставить в 1500 раз длиннее. Вместо 1/500 c это будут уже 3 секунды.

Появятся ли звёзды на снимке при выдержке 3 секунды? Ну, конечно, появятся. Я уже размещал гифку, как выглядит звёздное небо при разных выдержках.

Причём ставил специально низкую чувствительность на фотоаппарате, 160 единиц – такой по чувствительности была кинопленка SO-368, на которую НАСА проводило киносъёмку в 1969 году.

И воспроизводил я таким образом условия условия экспонирования в "лунных экспедициях". Во время наших съёмок Луна находилась в созвездии Близнецов.

Созвездие Близнецов.

Первый кадр был сделан на выдержке в 30 секунд при фокусном расстоянии объектива 24 мм.

Мы видим, что при таком, столь длительном времени экспонирования, звёзды успели сдвинуться из-за суточного вращения Земли, и вместо ярких точек получились короткие штрихи. Диск луны – в сильной передержке.

Атмосфера рассеивает свет уличных фонарей, и поэтому небо, особенно в нижней части, получилось совсем светлым. Внизу по середине мы видим неосвещенное дерево, и оно гораздо темнее неба.

В следующем кадре время экспонирования уменьшено вдвое, в левом верхнем углу есть подсказка – 15 секунд:

На фоне яркого экрана компьютера или телефона картинка звёздного неба кажется очень тёмной. Вы просто увеличьте её, чтобы белые поля ушли – и вы заметите в кадре массу звёзд!

Конечно, во время съёмок с поверхности Земли свет луны рассеивается в атмосфере и создаёт "световую вуаль" по кадру. А звёзды различимы только тогда, когда их яркость превышает яркость "световой вуали". Не будь луны в кадре, небо было бы темнее и звёзд было бы больше. Это знает любой астроном-любитель.

Далее идут кадры со временем экспонирования 8 и 4 сек. Самая яркая точка на снимке – это планета Юпитер. А звёзды Кастор и Поллукс находятся у края веток левого дерева.

На фотоснимке ниже разместил звездные величины наиболее ярких звёзд.

Кадры были сняты на фокусном расстоянии 24 мм.

Более подробно об этой съёмке вы сможете прочитать в статье „Почему астронавты США не снимали звёзды сверхсветосильным объективом?“

Следующий кадр я отснял на фокусном расстоянии 35 мм в том же направлении. Следует учесть, что фотосъёмка звёздного неба производилась с Луной в кадре, и была сильная засветка неба. Без этой засветки звёзд было бы больше.

Увеличьте на картинку для лучшего рассматривания.

Вид звёздного неба при 4 секундах выдержки.

 

Итак, простой эксперимент показал, что при выдержке 3-4 секунды на снимке видны не только самые яркие звезды, но и звёзды +3 величины. На небе более 40 звезд первой и второй величины и больше сотни – звёзд третьей величины. Поэтому при съёмке с поверхности Плутона в солнечный день они все будут хорошо видны.

А при съёмке на закате, когда лучи солнца едва скользят по поверхности Плутона, освещенность резко падает и выдержка должна быть эквивалентна 15 или 30 секундам (при прежней выставленной светочувствительности). И тогда должны стать видимыми уже больше тысячи звёзд. Фотография должна быть просто усеяна звёздами!

В интеренете можно легко найти вот такой снимок от НАСА, где вокруг Плутона на закате видна атмосфера и видны коротки яркие штрихи на чёрном фоне, по-видимому, следы звёзд.

Но с чего вдруг они получились в виде штрихов – совершенно непонятно, ведь аппарат во время экспонирования висит в космосе неподвижно относительно звёзд.

Атмосфера Плутона.

Конечно, это никакая не фотография, а сгенерированная на компьютере трёхмерная графика, выполненная в программе типа Lightwave 3d.

Интересен вот такой снимок Плутона "от НАСА". Приведу описание к нему.

Всего через 15 минут после того, как аппарат максимально приблизился к Плутону 14 июля 2015 года, камеры космического корабля «оглянулись» назад на Солнце.

При этом удалось сделать уникальные кадры заката над ледяными горами и плоскими ледяными равнинами, простирающимися до горизонта Плутона.

Закат на Плутоне в представлении НАСА.

 

По-моему, это изображение вообще не имеет никакого отношения к фотосъёмке. Это трёхмерное (3D) компьютерное моделирование.

На мой взгляд, большая часть фото и видеоматериалов, что выдаётся за снимки Плутона и его спутника-близнеца Харона, с космической станции "Новые горизонты", совершенно однозначно является компьютерной графикой.

Об этом мы писали в статье "Являются ли достоверными новые фотографии Плутона?" и там же высказали мысль, что подобные фотографии были сделаны с земного телескопа (или с телескопа "Хаббл", находящегося на низкой околоземной орбите), а потом были улучшены с помощью нейронных сетей по типу того, как сейчас "восстанавливают" старые фотографии:

Вот ссылка на статью «Являются ли достоверными новые фотографии Плутона?»

Конечно же, на снимках Плутона обязательно должны присутствовать звёзды, начиная от самых ярких и включая звёзды третьей величины.

Освещённость на поверхности самой дальней планеты нашей солнечной системы очень низкая, что требует для нормального экспонирования продолжительной выдержки, при которой многие звёзды прорабатываются.

*

С вами был кинооператор Л. Коновалов