Почему на лунных фотографиях не видны звезды?

Итак, основы фотографии. Фотопленка при попадании на нее света чернеет. Почернение тем больше, чем больше так называемая экспозиция - количество света, попавшее на нее, то есть освещенность пленки, умноженная на время освещения. H=Et, где H - экспозиция, E - освещенность, t - время освещения. Грубо говоря, если экспозиция меньше некоего минимального порогового значения, то почернения нет, если же больше максимального порогового - то пленка больше не почернеет (и так полностью почернела, дальше некуда - а в некоторых случаях при очень сильной передержке может даже несколько посветлеть, этот эффект называется соляризацией). Интервал экспозиций, в котором пленка правильно воспроизводит изображение, называется фотографической широтой.

В фотоаппарате для регулирования количества света, попадающего на пленку, изменяется и время съемки, то есть время, на которое открывается затвор (выдержка), и освещенность пленки. Для регулирования освещенности в объектив вмонтирована так называемая диафрагма - металлические лепестки, которые могут сходиться или расходиться, изменяя количество проходящего через объектив света. Аналогичное устройство имеется в человеческом глазу - зрачок, который при ярком свете сужается.

Если мы фотографируем объект с очень большим диапазоном яркостей, то может получиться, что очень сильно освещенные участки кадра уйдут в область передержек, то есть на снимке (на позитиве) будут полностью белыми, без каких-либо деталей, а слабо освещенные останутся в области недодержек, то есть на снимке будут совершенно черными. Поэтому такие высококонтрастные сюжеты очень трудно снимать. В студии тени подсвечивают специальными слабыми источниками света (заполняющий свет), чтобы в тенях появились детали. (Зайдите в фотостудию и закажите портрет. Как минимум, там будет два источника света: один, сильный, освещает лицо сбоку и создает рельеф лица на изображении (рисующий свет), другой, послабее, освещает лицо со стороны аппарата и создает освещенность в тенях, снижая контраст изображения. А любительские портреты со вспышкой выглядят несколько плоскими и безжизненными, потому что вспышка освещает лицо от аппарата, и теней на нем нет.)

Если же то, что мы снимаем, контрастно и подсветить тени нельзя, то это - очень сложный объект для съемки. Например, мы стоим в туннеле, фотографируем выход из него и хотим, чтобы получились и объекты в туннеле, и освещенный солнцем пейзаж. Тут надо тщательно измерить яркости объектов в туннеле и яркости пейзажа и так выбрать сочетание выдержка-диафрагма, чтобы яркости "влезли" в тот интервал, который может передать пленка. В таких случаях фотографы делают еще и "вилку" - снимают три раза: один с расчетной выдержкой и диафрагмой, другой - увеличив выдержку относительно расчетной (или приоткрыв диафрагму) и третий - наоборот, чтобы потом выбрать наилучший снимок, в котором яркости объектов наилучшим образом "вписываются" в воспроизводимый пленкой диапазон яркостей. Впрочем, если диапазон яркостей в кадре слишком велик, то все равно ничего не получится :)

И, наконец, на Луну. Лунные камни и астронавты освещены Солнцем не хуже, чем сочинский пляж летом в ясный день. Современные аппараты сами определяют освещенность объекта съемки и отрабатывают соответственно этому выдержку и диафрагму, но тот, кто фотографировал старыми камерами, где выдержку и диафрагму надо было ставить вручную, знает, что для съемки в таких условиях нало ставить самую короткую выдержку, которая есть у затвора (одна пятисотая или одна тысячная доля секунды), да еще довольно сильно задиафрагмировать объектив. Абсолютно черное небо с крохотными точечками звезд при такой выдержке, конечно, "не проработается" - звезды на снимке видны не будут. Чтобы они появились на фотографии, надо полностью открыть диафрагму и дать выдержку в несколько десятков секунд - но при этом все остальное уйдет на пленке далеко в область передержек и на снимке будет полностью белым без каких-либо деталей. (Эффектные фотографии в учебниках астрономии, где звезды описывают круги вокруг полюса, получают, как нетрудно понять, делая выдержку в час(!) или еще больше.) В общем, фотографическая широта пленки недостаточна, чтобы одновременно проработать и освещенные прямым солнечным светом объекты, и звезды. Либо то, либо это.

теперь давайте оценим яркость звезд и объектов на снимках NASA. Отношения максимальной и минимальной яркостей объектов на снимках с Луны - более 100000. Визуальная звездная величина Луны: -12.73, визуальная звездная величина наиболее яркой звезды - Сириуса, равна -1.58. Отношение яркостей для звезд считается на основе формулы Погсона: lg E2/E1=0.4(m1-m2). Для Луны и Сириуса в логарифмическом масштабе получим 4.46 или более 28800. Фотопленок с такой фотографической широтой нет (по крайней мере, у астронавтов на Луне не было).

Менее утешительный результат получится, если сравнивать яркость объектов на поверхности Луны все с тем же Сириусом. По справочнику [3] табл.111 находим яркость Луны 2500 кд/м2, откуда (по формуле Погсона) яркость Сириуса около 0.18 кд/м