Земля большая;
● AS11-37-5442 – Земля намного меньше;
● AS11-40-5923 – Земля еще меньше.
Изменения видимого размера Земли на снимках Apollo 11: AS11-44-6551, AS11-37-5442, AS11-40-5923. NASA
Соотношение видимого размера Земли на снимках Apollo 11. NASA
Видимый на разных фотографиях размер какого-либо отдаленного объекта может меняться, даже если фотограф и объект съемки не меняли своего местоположения. Причина такой разницы довольно проста и понятна всем, кто хоть немного увлекается фотографией: разное фокусное расстояние используемых объективов и разные форматы (размеры) кадра. В зависимости от фокусного расстояния, т. е. длины между входной линзой объектива и светочувствительным элементом (пленкой или фотоматрицей), меняется угол обзора камеры для одного и того же формата пленки или размера фотоматрицы. Чем короче фокусное расстояние, тем шире угол обзора и, соответственно, меньше размер проецируемых объективом предметов. Чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол обзора оптики и больше проецируемый размер наблюдаемых объектов. При этом сам угловой размер объектов не меняется, мы просто выбираем, какую часть наблюдаемого пейзажа хотим запечатлеть в кадре.
Следовательно, если мы видим на лунных пленках одного формата большую Землю, то ее снимали длиннофокусным объективом, а если планета маленькая, значит, кадр широкоугольный.
Наши глаза имеют довольно короткое фокусное расстояние, поэтому мы взглядом охватываем около 120 градусов окружности перед собой. Самые короткофокусные объективы имеют еще более широкий угол обзора и называются «рыбий глаз» (fisheye) – их угол обзора может превышать 180 градусов. Длиннофокусные объективы позволяют «приближать» изображения наблюдаемых объектов, но являются узкоугольными. Так, для примера, обычный серийный объектив Canon EF 70–200 мм f/4L USM может менять фокусное расстояние от 70 до 200 мм, при этом угол обзора у него меняется соответственно от 29 до 10 градусов для стандартного кадра шириной 35 мм, при этом максимальное фокусное расстояние позволяет достичь 4–6-кратного «приближения» изображения, в зависимости от типа фотокамеры.
Если объектив может менять фокусное расстояние, то фотографы его называют «вáриообъектив», а в просторечии «зум-объектив». Многие любительские камеры имеют «зум- объективы», но профессиональные фотографы предпочитают оптику с фиксированным фокусным расстоянием, на профессиональном сленге «фикс». Большинство смартфонов оборудовано камерами с фиксированным фокусным расстоянием, и в некоторых моделях может использоваться несколько камер с разным расстоянием. Также и в космонавтике предпочитают «фикс» из-за более простой конструкции, повышающей надежность съемки.
Например, на японском окололунном аппарате Kaguya было установлено две телекамеры с объективами фиксированного фокусного расстояния, но на одной объектив был с фокусным расстоянием 35 мм и углом обзора 15 градусов, а на второй – с фокусным расстоянием 10 мм и углом обзора 45 градусов. Прекрасные кадры с обеих телекамер Kaguya можно найти на официальных сайтах Японского агентства аэрокосмических исследований (Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA) и его канале на YouTube и насладиться полетом над Луной.
По кадрам Kaguya «восхождения Земли» и «заката Земли» с окололунной орбиты нетрудно догадаться, на какой камере был короткий, а на какой длинный объектив.
У астронавтов Apollo также была возможность менять объективы своих фотоаппаратов. В частности, в распоряжении экипажа Apollo 11 были камеры Hasselblad 500EL с объективами 60, 80 и 250 мм. Выход на поверхность совершался с камерой с объективом 60 мм, который на среднеформатную пленку проецировал изображение шириной 47 градусов.
Телевизионные кадры полета над Луной, переданные японским зондом Kaguya. JAXA
Обладая информацией о том, какие объективы использовались в каждом выходе, и сравнивая фотографии Земли с этих выходов, можно легко определить, через какой объектив получен тот или иной снимок. В следующей главе мы рассмотрим их подробнее.
Почему на фотографиях с Луны земля такая маленькая?
КРАТКИЙ ОТВЕТ: При фотосъемке с Луны Земля получается маленькой при использовании короткофокусных широкоугольных объективов.
На некоторых кадрах с Луны размер нашей планеты совсем маленький, хотя, казалось бы, она должна быть больше видимой Луны для земных обитателей. Линейный диаметр Земли больше лунного примерно в 3,67 раза, соответственно, настолько же ее видимый угловой размер больше на лунном небе. Почему же на снимках это не всегда видно?
Как мы уже знаем, размер объектов на фотографиях меняется в зависимости от использованного объектива, его фокусного расстояния и угла обзора. Зная характеристики объективов, которыми велась съемка, мы всегда можем определить, каков угловой размер наблюдаемого объекта – в нашем случае Земли – и соответствует ли он реальному размеру.
Видимый размер Луны с Земли в среднем равен 0,5 градуса, но может меняться на 7 % в меньшую или бóльшую сторону из-за вытянутой орбиты Луны. Умножив этот средний показатель на разницу между фактическими размерами Луны и Земли, т. е. на 3,67, мы узнаем, какой средний видимый размер Земли будет на лунном небе:
0,5 × 3,67 = 1,84 градуса.
Теперь осталось уточнить, какие объективы использовались на окололунной орбите и на Луне астронавтами Apollo. На камерах Hasselblad 500EL, которые участвовали в полете Apollo 11, размещались объективы Zeiss Sonnar f-5.6/250 мм, Zeiss Planar f-2.8/80 мм и Zeiss Biogon f/5.6–60 мм. Последний, самый короткофокусный, использовался для съемки на Луне во время выхода астронавтов.
Теперь сравним снимки с учетом характеристик объективов. Прежде всего нас интересует угол обзора объектива, который оказывается в кадре. Зная угол обзора объектива, несложно определить и угловой размер наблюдаемой планеты. Характеристики объективов можно узнать на сайте производителя – компании Zeiss. Все данные сведены в таблицу.
Как видим, угловой размер Земли на кадрах астронавтов Apollo 11 очень близок расчетному среднему значению (1,84 градуса), т. е. практически полностью соответствует тому, что действительно видно с Луны. Однако заметна и разница, которая вызвана эллиптической (вытянутой) орбитой Луны. В момент выхода на окололунную орбиту Apollo 11 расстояние от Земли до Луны составляло около 396 000 км (по данным программы Stellarium), т. е. превышало среднее расстояние на 12 000 км. Изменение видимого углового диаметра Земли на 0,01 градуса происходило при изменении расстояния между космическими телами примерно на 2 000 км. В эти дни Луна приближалась к Земле со скоростью примерно 4 000 км в сутки, соответственно, мы можем определить, что интервал между кадрами составляет примерно одни земные сутки.
Почему на снимках с луны вокруг солнца виден ореол как от рассеяния света в атмосфере?
КРАТКИЙ ОТВЕТ: Солнечный свет незначительно рассеивается пылью в лунной атмосфере, но, вероятнее всего, на снимках астронавтов Apollo этот эффект не виден, а причина ореола – в оптике лунных камер.
В ходе лунных экспедиций в обязанности астронавтов входила
