Почему в космосе не видно звезд, Почему на снимках из космоса не видно звезд на фоне?
Когда кто-то ставит целью сфотографировать именно звёзды, то обычно используют экспозицию порядка 0,5 секунды и больше. Еще лучше они были бы видны со дна какого-нибудь очень глубокого кратера или ущелья, но астронавты таких экспериментов не проводили. Иро ния Ральфа Рен е тем более уместна, что советские космонавты, вслед за Гагариным, рассказывали о том, что хорошо видели звёзды с орбиты днём, когда сверху сияло слепящее в безвоздушном пространстве Солнце, а снизу добавляла света ярко-голубая Земля. Пролетая над южным полушарием нашей планеты, японский астронавт Кимия Юи сфотографировал Млечный Путь и две яркие звезды.
К примеру, в году в радиусе 3 км вокруг Пулковской обсерватории вблизи Санкт-Петербурга была организована защитная парковая зона, в которой было запрещено крупное жилищное или промышленное производство. В последние годы участились попытки организации строительства жилых зданий в этой защитной зоне в связи с высокой стоимостью земли вблизи одного из крупнейших мегаполисов России.
Похожая ситуация наблюдается вокруг астрономических обсерваторий в Крыму, которые находятся в регионе крайне привлекательном для туризма. Ночные наблюдения со спутников позволяют беспристрастно картографировать регионы поверхности Земли с различной освещённостью. С другой стороны минимальное количество искусственного света характерно для полярных областей особенно Антарктиды и Гренландии , районов Мирового океана, бассейнов тропических рек Амазонка и Конго, высокогорного Тибетского плато, пустынных районов северной Африки, центральной части Австралии, северных районов Сибири и Дальнего Востока.
Кроме того в исследование отмечается, что энергосберегающие технологии по переводу уличного освещения с ламп накаливания на светодиодные лампы приведет к росту светового загрязнения примерно в 2.
Это связано с тем, что максимум светового излучения светодиодных ламп с эффективной температурой в 4 тысячи Кельвинов приходится на синие лучи, где сетчатка человеческого глаза обладает максимальной светочувствительностью.
Карта искусственного светового загрязнения в процентах от естественного освещения. Согласно исследованию максимальное световое загрязнение наблюдается в дельте Нила в районе Каира. Это обусловлено чрезвычайно высокой плотностью населения египетского мегаполиса: 20 миллионов жителей Каира живут на площади в половину тысячи квадратных километров.
Это означает среднюю плотность населения в 40 тысяч человек на квадратный километр, что примерно в 10 раз больше средней плотности населения в Москве. В некоторых районах Каира средняя плотность населения превышает тысяч человек на квадратный километр.
Другие области с максимальной засветкой находятся в областях городских агломераций Бонн-Дортмунд вблизи границы между Германией, Бельгией и Нидерландами , на Паданской равнине в северной Италии, между городами США Бостон и Вашингтон, вокруг английских городов Лондон, Ливерпуль и Лидс, а также в районе азиатских мегаполисов Пекин и Гонконг. Карта светового загрязнения европейского континента.
С другой стороны минимальным световым загрязнением отличаются Гренландия лишь 0.
Несмотря на продолжающийся рост мировой экономики вместе с увеличением энергопотребления наблюдается и рост астрономической образованности населения.
Первоначально эта акция была задумана Всемирным фондом дикой природы WWF , как попытка популяризации энергосбережения и снижения выбросов парниковых газов борьба с глобальным потепление.
Однако вместе с тем приобрел популярность и астрономический аспект акции — стремление сделать небо мегаполисов более приспособленным для любительских наблюдений хотя бы на непродолжительное время.
Впервые акция была осуществлена в Австралии в году, а уже в следующем году она получила распространение во всём мире. С каждым годом в акции принимает всё большее число участников. Если в году в акции участвовало городов 35 стран мира, то в году участвовали уже более 7 тысяч городов стран мира. Вместе с тем можно отметить минусы акции, которые заключаются в повышенном риске аварий в энергосистемах мира по причине резкого одновременного выключения и включения огромного количества электроприборов.
Кроме того статистика говорит о сильной корреляции отсутствия уличного освещения с ростом травматизма, уличной преступности и другими чрезвычайными происшествиями. На снимке хорошо видны огни Москвы, зеленоватое свечение полярного сияния на горизонте, и отсутствие звезд на небе. Огромная разница между яркостью Солнца и даже наиболее яркими звездами приводит к невозможности наблюдения звезд не только на дневном небе с поверхности Земли, но и из космоса. Ещё один снимок МКС, сделанный с подлетающего к этой станции космического корабля.
Если разница между видимой светимостью Солнца и ярчайшей звезды — Сириус на земном небе составляет около 25 звездных величин или 10 миллиардов раз, то разница между видимой светимостью полной Луны и яркостью Сириуса уменьшается до 11 звездных величин или примерно в 10 тысяч раз.
В связи с этим наличие полной Луны не приводит к исчезновению звезд на всём ночном небе, а лишь затрудняет их видимость вблизи лунного диска. Тем не менее, одним из первых способов измерения диаметра звезд стало измерение длительности покрытия лунным диском ярких звезд зодиакальных созвездий. Естественно такие наблюдения стремятся проводить при минимальной фазе Луны.
Похожая проблема обнаружения тусклых источников вблизи яркого источника света существует при попытках сфотографировать планеты у близких звезд видимая яркость аналога Юпитера у близких звезд за счет отраженного света составляет примерно 24 звездных величин, а у аналога Земли лишь около 30 звездных величин.
Это связано с особенностью работы фото- и видеотехники и светочувствительных материалов — фото- киноплёнки в старой технике и светочувствительных матрицах в современных цифровых фото- и кинокамерах. В видеоролике вы можете видеть, как видеокамера подстраивает параметры съёмки чувствительность, выдержку, экспозицию по мере изменения освещения при переходе МКС с дневной стороны Земли на ночную и обратно на дневную.
Звезд не видно, потому что для того, чтобы их увидеть, нужно сделать снимки с длительным экспонированием, которое позволяет собрать достаточно света, чтобы звезды стали видимыми. Однако, при съемке с космических аппаратов используются сравнительно короткие экспозиции, так как съемка происходит в движении и даже небольшое движение может существенно исказить изображение. Получается, что на изображении слева направо выполняется увеличение попадание света, равное четырём экспозиционным ступеням — то есть, правая фотография получила в 2 4 , то есть, в 16 раз больше света, чем левая.
Кроме выдержки, в камере есть ещё два способа изменить количество света, попадающего на фотоматрицу — изменить апертуру линз или ISO.
Апертура — размер отверстия, через которое проходит свет.
На числа не обращайте внимания, просто учтите, что чем больше апертура, тем больше через неё проходит света. Динамический диапазон На изображении, демонстрирующем разные выдержки, на самой правой фотографии видно, что на ярких участках — небе и облаках — почти невозможно различить детали, они выглядят просто, как белое пятно.
Количество яркости, которое способны воспринять сенсоры камеры, ограничено, и самая большая яркость на фото выглядит, как белый цвет. Как только фотоэлемент достигает этого уровня экспозиции, увеличение количества приходящих в него фотонов не даст увеличения яркости. Если представлять себе фотоэлементы в виде ведёрок, то когда ведёрко наполнится, попытка добавить в него дополнительных фотонов не сделает его более полным. Когда яркость сцены выводит фотоэлементы за этот предел, в результате получаются большие белые засветы без всяких деталей — именно это и показано на фото выше.
На этой фотографии работающих на МКС космонавтов можно увидеть засветы. На скафандре и ящике с инструментами у астронавта, повёрнутого к камере спиной, есть большие участки чисто белого цвета, а ещё их можно заметить на самых ярких частях МКС вверху фотографии. С другой стороны, у фотоэлементов есть и нижний предел распознавания света. Фотоэлементы, не уловившие достаточного количества фотонов, будут представлены на фото чёрными пикселями. Уменьшение количества света до значений ниже этого предела не сделает пиксель темнее, он и так уже максимально тёмный.
Нельзя получить более пустое ведро, чем абсолютно пустое. Участки изображения, оказавшиеся темнее этого предела, будут выглядеть как чёрные пятна без деталей. На этой фотографии третьей ступени и лунного модуля «Сатурн-5» можно увидеть много теневых участков.
Яркостное расстояние между самым тёмным чёрным и самыми яркими белым называется динамическим диапазоном. Он обозначает диапазон яркости, в котором камера сможет запечатлеть детали изображения. Всё, что ниже этого диапазона, будет на фото чёрным, а всё, что выше — белым. У современных цифровых камер динамический диапазон измеряется экспозиционными ступенями.
Можете ознакомиться со списком динамических диапазонов самых качественных цифровых камер. Экспозиционные ступени обозначены в списке, как Evs [exposure value].
У плёнки примерно такой же динамический диапазон. Поскольку динамический диапазон меняется как степень двойки, разница в интенсивности света между чёрными и белыми пикселями камеры с 15 экспозиционными ступенями будет равна 2 15 , или 32 Ещё один способ обозначить этот динамический диапазон — это 32 , что означает, что верхний предел запечатления деталей до засветки в 32 раз больше нижнего предела, на котором фотоэлемент не срабатывает.
Фото в дневном свете Одна важная вещь, которую нужно понять про фотографии луны и планет, включая Землю, состоит в том, что они освещаются дневным светом и демонстрируют дневную сторону объекта. Иначе говоря, объект освещается солнечными лучами. На этой фотографии Земли показана дневная сторона Земли, повёрнутая к солнцу. Это фото с места посадки «Аполло» — дневное фото. Вы могли решить, что это ночное фото, поскольку небо тёмное, и это Луна, которую видно ночью — но фото сделано на стороне Луны, обращённой к солнцу, и яркость там такая же, как на Земле днём.
Это дневная фотография Юпитера. Она не ночная.
