Как сфотографировать невидимое

Опубликовано 20.05.2011 Ведущий Филипп Болгов

Красивые эффекты расходящихся в воздухе волн при полёте сквозь него пули стали практически неотъемлемой частью любого боевика, хотя первоначально это были лишь отдельные красивые кадры звуковых волн и пороховых газов снятые в момент выстрела из настоящего пистолета. Реальные фотографии ударных волн от разнообразных взрывов тоже не редкость, их можно без труда найти в интернете… Как же они делаются?
Начнём по порядку:
Видимость объекта зависит от того, как он реагирует на свет, вы прекрасно знаете, что тела либо поглощают свет, либо отражают, либо преломляют его, или, может быть, все вместе. Если тело не отражает, не преломляет и не поглощает свет, оно не может быть видимо само по себе, НО…
Вспомните, как искажаются предметы при взгляде вдаль над нагретым предметом или какую тень отбрасывает пламя. Этот так называемый «теневой метод», который дает возможность увидеть области, где изменяется вторая производная плотности, примеры таких областей – это границы газовых струй и ударные волны.
В 1857 году французский физик Леон Фуко предложил интересный способ контролировать точность изготовления зеркал для телескопов. В фокусе проверяемого зеркала он поставил одну дополнительную деталь – непрозрачный экран с острой кромкой, позднее названный ножом Фуко. Изображение источника (точечного или щелевого) фокусировалось на самом краю ножа и если поверхность зеркала строго сферическая, нож перекрывал весь световой пучок, а если на поверхности есть дефекты, часть света отклонялась и проходила мимо кромки ножа.
В 1864 году этот метод усовершенствовал немецкий физик Август Тёплер. Он предложил использовать схему с ножом Фуко для изучения включений в прозрачные среды, например, при отбраковке линз. Тёплер назвал этот способ шлирен-методом, от немецкого слова Schlieren, означающего неоднородности (включения) в стекле.
Шлирен-метод позволил получать более контрастное изображение: часть светового пучка, не испытывающая искажений, отсекается ножом Фуко, минимизируя «паразитную засветку».
В конце 1950-х один из пионеров высокоскоростной съемки Гарольд Эджертон предложил при теневой съемке использовать в качестве элемента, фокусирующего световой пучок, световозвращающий экран. Что это такое? Световозвращающие пленки широко используются в быту и промышленности – достаточно вспомнить дорожные указатели, автомобильные номерные знаки и даже вставки в одежде и обуви. Используя обычный теневой метод, Эджертон впервые получил изображение взрыва динамитного капсюля с использованием экрана размером 1х2 м.
Шлирен-метод или его вариации широко используют для визуализации неоднородностей на протяжении уже более ста лет. Он помог зафиксировать множество интереснейших газодинамических явлений. В XX веке этот метод стал неотъемлемым атрибутом почти любых аэродинамических исследований. А сами фотографии получили довольно широкое распространение благодаря красоте запечатлённых явлений.