Юлен Очаковский - Свет в море

• Название: Свет в море
• Автор: Юлен Очаковский
• Издательство: Наука
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1970

Книга посвящена одному из сложных и интересных разделов науки — гидрооптике которая изучает проникновение и распространение света в море.

В настоящее время знать физические законы, определяющие эти процессы, особенно необходимо в связи с решением такой важной и актуальной проблемы, как освоение ресурсов Мирового океана.

Человек начал наступление на водную целину. Но для успешного его завершения следует разобраться в массе трудных вопросов гидрооптики.

Чем объясняется цвет моря и почему разные моря имеют разный цвет? От чего зависит прозрачность морской воды и несколько глубоко проникает свет в океанские глубины? Почему море светится? Ответы на все эти вопросы и дает настоящая книга.

Она написана легко, физическая сущность процессов объяснена весьма доступно. Издание рассчитано на широкие круги читателей.

---

1 — общий путь света в воде — 1 м; 2–4 м

Другой способ восстановить истинные цвета фотографируемого предмета — применение цветных корректирующих светофильтров. Они используются также и при черно-белой фотосъемке, где отсутствие красных лучей, нарушая цветовой баланс, снижает контрастность изображения. Такие светофильтры, поглощая синие и сине-зеленые цвета, одновременно снимают дымку, имеющую голубоватый оттенок. Аналогичную цель преследует съемка на панхроматической пленке, обладающей максимальной цветочувствительностью в оранжево-красной части спектра.

При цветной фотосъемке подводный фотограф обычно имеет дело с цветной пленкой, рассчитанной на спектр солнечного света. Поэтому корректирующий светофильтр должен быть подобран таким образом, чтобы суммарное пропускание света слоем воды (толщина которого равна общему пути света в воде) и светофильтра было неселективно, т. е. не зависело от длины волны. Даже если считать, что общий путь света в воде при съемке всегда одинаков (скажем, 3 м), то и тогда подобрать универсальный корректирующий светофильтр не представляется возможным. Ведь спектральное пропускание света в различных водах различно. Для каждого типа вод должен быть рассчитан свой корректирующий светофильтр: для более мутных — с максимумом поглощения в желто-зеленой части спектра, для более прозрачных — в голубой (рис. 64). В случае искусственных источников цветные светофильтры можно устанавливать и непосредственно перед светильниками.

Применение корректирующего светофильтра значительно уменьшает общее пропускание света: уравнивая цветовой баланс, светофильтр не может прибавить красного света, он лишь уменьшает количество голубого. К тому же не бывает светофильтров со 100 %-ным пропусканием даже в каком-то отдельном спектральном участке

Общее количество света, попадающего на пленку, при применении светофильтра значительно уменьшается. Поэтому в случае недостатка освещенности или тогда, когда требуется большая глубина резкости, корректирующие светофильтры применять нельзя.

Рис. 64. Исправление цветового баланса под водой с помощью корректирующих светофильтров:

1 — чистые океанские воды; 2 — океанские средней чистоты; 3 — чистые прибрежные; 4 — прибрежные средней чистоты; 5 — мутные

А — спектральное пропускание различных вод при общей длине пути света 3 м; Б — суммарное пропускание трехметрового слоя воды и цветного светофильтра (в случае идеальной коррекции суммарное пропускание изображалось прямой линией, параллельной горизонтальной оси)

Цветные светофильтры позволяют значительно увеличить глубину, на которой возможна цветная фотосъемка при естественном освещении. Если без них удовлетворительные по цветопередаче снимки в морской воде можно получить лишь на глубине 3–5 м, то с их помощью легко сделать снимки на глубинах до 20 м.

Телерепортаж со дна океана

Все те проблемы, о которых говорилось выше, сохраняют свое значение и для подводного телевидения. Преломление световых лучей при прохождении через иллюминатор передающей камеры, сильное ослабление водой видимой яркости предметов, размытие их контраста световой дымкой, созданной рассеянным светом, низкие освещенности — все эти трудности неизбежно встают и перед специалистами подводного телевидения.

Возникнув три десятилетия назад, подводное телевидение в настоящее время широко применяется во многих странах для различных морских исследований. Тем не менее подводное телевидение, безусловно, уступает фото-и киносъемке под водой; во-первых, в передаче цвета, а во-вторых, в диапазоне глубин, доступных для наблюдений. Если цветные фотографии глубоководных морских обитателей стали уже обычным явлением, то цветное телевидение делает пока лишь первые шаги под водой, и только в последнее время появились сведения о применении телевидения для передачи видов подводного ландшафта. Значительно проигрывает телевидение и в максимальной глубине погружения: в то время как фотокамеры уже достигли в океане предельных глубин, телевизионная аппаратура лишь недавно перешагнула километровый глубинный рубеж. В чем же причина подобного отставания? Дело в том, что для непрерывной передачи изображения нужен канал связи, а единственным каналом связи в подводном телевидении в настоящее время является кабель. Использование радиоволн сантиметрового и метрового диапазона, на которых работает обычное телевидение, в воде невозможно из-за громадного затухания. Например, радиоволны частотой 50 мгц ослабляются примерно в 10 000 раз слоем воды толщиной 1 м. Радиопередатчик, работающий на этой частоте, не слышно на поверхности уже с глубины нескольких метров. Передача изображения осуществима на более длинных радиоволнах, так как показатель ослаблений уменьшается прямо пропорционально частоте. Например, радиоволны частотой 5 кгц (т. е. с частотой в 10 000 раз большей, чем в вышеприведенном примере) ослабятся в 10 000 раз лишь 10-километровым слоем воды, т. е. их можно принимать, даже с предельных океанских глубин[32]. Однако при такой низкой частоте сохранить нормальное число кадров, передаваемых в секунду, уже нельзя: от непрерывной передачи изображения придется перейти к передаче как бы отдельных, мгновенных фотографий наблюдаемого объекта. Само излучение таких радиоволн — весьма сложная задача: ведь размеры передающей антенны должны быть сравнимы с длиной волны, которая для волн столь низкой частоты даже в воде (где длина волны, примерно в 9 раз меньше, чем в воздухе) составляет несколько километров. Единственная надежда обойти возникшие трудности — применить в качестве волновода трос, на котором опускается в море передающая камера. Его можно было бы использовать и для другого вида бескабельной передачи — ультразвуковых колебаний.

Рис. 65. Подводный «телеробот» — камера ИОАН-5 с «механической рукой», смонтированной на ее кожухе

Высокая стоимость кабеля, сложность его транспортировки, необходимость оборудования судна специальными мощными лебедками для спуска и подъема резко ограничивает глубинные возможности телевидения. Только бескабельная связь позволит подводному телевидению стать таким же общепризнанным средством исследования океана, каким является подводное фотографирование и киносъемка. А ведь потенциальные возможности подводного телевидения гораздо выше, чем у подводной фото-или киносъемки. Это касается хотя бы дальности видения. Порог контрастной чувствительности у современных подводных телеустановок примерно такого же порядка, что и у человеческого глаза. Расчеты американского исследователя Г. Робертса указывают на возможность создания телевизионной системы, имеющей порог контрастной чувствительности примерно на три порядка ниже. Средства современной электроники позволяют во многих случаях избавляться от возникающих оптических искажений. Изменяя определенным образом форму токов (или напряжений) развертки, можно получить такие геометрические искажения растра, которые частично или полностью компенсируют оптические искажения изображений, даваемых широкоугольными объективами. Специальные электронные устройства — контрасторы — частично компенсируют затухание контраста, ослабевающего в воде. Наибольшая дальность видения под водой при помощи телевизионной аппаратуры, полученная американским ученым Стемпом, уже достигла 45 м.

Но главное преимущество подводного телевидения перед фото- и киносъемкой — это, конечно, возможность непрерывного наблюдения под водой. Современный этап развития подводного телевидения начался в 1947 г., когда американские специалисты установили передающую камеру на палубе подводной лодки, чтобы изучить под водой результаты взрыва при испытании атомной бомбы у атолла Бикини. В настоящее время подводное телевидение широко применяется и в рыбном хозяйстве, и для подводных археологических исследований, и при аварийно-спасательных и ремонтных работах под водой. Подводная телеустановка позволяет наблюдать за работающими водолазами и давать им необходимые указания. Приспособив на передающей камере специальный манипулятор с дистанционным управлением, во многих случаях можно обойтись и без участия водолазов. Сейчас уже существуют «механические руки», способные выполнять под водой простейшие операции: ловить мелких животных, находящихся в поле зрения передающей камеры, брать образцы донной растительности, поднимать со дна различные предметы (рис. 65).

Одна из таких первых отечественных установок — ИОАН-3, разработанная Н. В. Вершинским и В. И. Маракуевым, помогла исследовать затонувший корабль «Десна». Современный французский телеводолаз-нефтяник «Теленавт» уже «научился» завертывать гайки и помимо телепередатчика обладает еще и кинокамерой. Недалеко то время, когда подводные телероботы, повинуясь воле человека, будут выполнять самые различные его задания на любых океанских глубинах.