Спектральный состав света
Джон Хеджкоу
В 1666 году двадцатитрехлетнего Исаака Ньютона заинтересовало поведение солнечных лучей, проходящих через призму — стеклянное тело, имеющее в сечении треугольник. Его исследования показали, что цвет возникает в результате взаимодействия белого света с материей. Призма преломляла каждый луч света, то есть после прохождения через призму направление луча менялось. Но призма не только преломляла солнечный свет, а и превращала его в многоцветный расходящийся луч, составленный из тех же цветов и в том же порядке, что и радуга. Спектр, увиденный Ньютоном, включал семь основных цветов — красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый — вместе с тем четкой границы между ними не было (рис. 1.1). Солнечный цвет разлагается призмой на спектральные лучи от красного до фиолетового. Невидимые инфракрасная и ультрафиолетовая области находятся далее за пределами спектра, который способен различать человеческий глаз.
Рис. 1.1. Разделение белого цвета на составляющие компоненты
Ньютон пришел к заключению, что белый солнечный свет представляет собой сочетание различных видов света, каждый из которых окрашен в один чистый цвет, и что призма преломляет эти цвета в разной степени: красный — в наименьшей, фиолетовый — в наибольшей, остальные — в порядке расположения. Он обнаружил, что если смешать цвета спектра, например, собрав его свет линзой, то окраска получается белая. Выключая некоторые цвета перед тем, как соединить остальные, он получал окрашенный свет. Причем окраска эта не имела сходства ни с одним из цветов спектра. Открытие, сделанное Ньютоном, заключается в следщем: окраска любого объекта зависит от того, какой свет идет от него к глазу наблюдателя. Это в свою очередь зависит как от характера света, падающего на объект, так и от поверхности объекта, отражающей, поглощающей и пропускающей отдельные лучи спектра. Если в свете, падающем на поверхность, отсутствуют некоторые цвета, не будет их и в свете, отраженном от этой поверхности.
Однако «истинный» цвет отражающей поверхности, ее окраску при обычном белом освещении можно точно определить, выразив в форме числовой таблицы или графика соотношение лучей спектра, которые она отражает. Белый свет синтезируется, когда собирательная линза воссоединяет лучи спектра (рис. 1.2, а). Но если преградить путь части спектра, смесь окрасится в дополнительный цвет. Когда путь прегражден зеленому лучу (рис. 1.2, б), получаемый свет имеет окраску пурпурного цвета, который является дополнительным к зеленому.
Рис. 1.2. Смешивание цветов
Если соотношение отражаемых спектральных лучей схоже с соотношением, свойственным солнечному свету (преобладание сине-зеленых лучей и уменьшение содержания других цветов по краям спектра), то поверхность принимает белую окраску. Если же в соотношении спектральных лучей есть сдвиг в сторону, например, красной части спектра, то поверхность имеет красноватый оттенок, а если в отражаемом свете доминируют голубые тона, то и поверхность имеет голубоватый оттенок. Соотношение цветов в спектре, вызывающее появление той или иной окраски объекта — явление сложное. Но в общих словах можно утверждать, что, если поверхность при белом освещении окрашена в определенный насыщенный цвет, значит, одни спектральные лучи падающего на нее света она отражает, а другие — активно поглощает. Если поверхность имеет черную окраску, значит, она поглощает все цвета спектра.
Некоторые вещества не только поглощают часть получаемой ими световой энергии, но и излучают ее в виде света иной окраски, и такие вещества называются люминесцентными. Например, драгоценные минералы рубин и шпинель поглощают голубые тона цветового спектра, а излучают красные. Ультрафиолетовый свет — невидимый компонент света, находящийся за пределами фиолетовой части спектра, — возбуждает во многих веществах излучение видимого света. Если излучение прекращается сразу после прекращения возбуждения, такое явление называется флуоресценцией.
Если свечение продолжается, это называется фосфоресценцией. Необычная яркость которую придают некоторые стиральные порошки одежде, объясняется тем, что флуоресцентное вещество задерживается в ткани и возбуждается ультрафиолетовыми лучами солнечного света. Излучаемого дополнительно света достаточно, чтобы одежда казалась ярче. Флуоресцентные плакатные краски также подвергаются воздействию ультрафиолетовых солнечных лучей.
Свет, поглощаемый веществом, преобразуется в тепловую энергию. В 1800 году английский астроном Уильям Гершель открыл невидимый компонент солнечного света в результате нагревания на солнце шарика термометра. Компонент этот находился за пределами красной части спектра, поэтому ученый назвал его «инфракрасным» (ниже красного) светом.
И наконец, существуют лучи спектра, которые мы видим после их прохождения через прозрачное вещество. Может показаться странным, что, скажем, часть цветного диапозитива имеет одинаковую окраску при отраженном свете и при свете, который он пропускает. Почему он не отражает и не поглощает одни цветовые сочетания и не пропускает остальные? Дело в том, что мы рассматриваем фотодиапозитив (с любой точки) при свете, который он и отразил, и пропустил. Свет, проходящий через пленочный краситель, отражается от бесчисленных пигментных частиц, распределенных в прозрачной среде. Свет может идти от пленки в любом направлении, и потому пленка имеет одинаковую окраску при любом угле зрения (рис. 1.3). На этой вечерней фотографии дома на речном берегу свет дробится специальным светофильтром с выгравированными на нем параллельными линиями. Каждая световая точка объекта образует вертикальную нить изображений. Каждое изображение, за исключением основного центрального, разлагается на спектральные лучи в результате процесса, называемого дифракцией. Так же дробится свет, если посмотреть на уличный фонарь сквозь полупрозрачную ткань зонтика.
Рис. 1.3. Дифракция света
Другое дело — очень тонкие пленки, как, например, противоотражательные покрытия, наносимые на внешние поверхности линз объективов.
Такое покрытие уменьшает отражение только узкой части спектрального луча, определяемой толщиной покрытия. Избранная цветовая волна располагается в центральной части спектра, и свет, отраженный от покрытия, беден желтыми или зелеными тонами, а если исключить желтые или зеленые лучи, свет становится пурпурным (рис. 1.4). Целая гамма красок рождается в мыльном пузыре. Свет, отраженный от внутренней поверхности пузыря, смешивается со светом, отраженным от его внешней поверхности. Некоторые цвета усилены, другие ослаблены в зависимости от толщины поверхности и угла зрения. Примерно то же происходит, когда две стеклянные поверхности неплотно прилегают друг к другу, вследствие чего появляются цветные круги.
Рис. 1.4. Цвета на поверхности мыльного пузыря
Кусок отунита, минерала, содержащего урановую руду, превращает невидимый свет в видимый. При обычном освещении минерал окрашен в желто-зеленые цвета с примесью коричневых тонов от других минералов, покрывающих образец (рис. 1.5). При ультрафиолетовом освещении (рис. 1.6) отунит флуоресцирует, появляется яркое желто-зеленое свечение. Остальные минералы окрашиваются в другие цвета, включая насыщенный пурпурный. Энергия ультрафиолетового света преобразуется в видимую форму. Минералоги при помощи ультрафиолетовых ламп выявляют принадлежность образцов к тем или иным минералам.
Рис. 1.5. Отунит при обычном освещении
Рис. 1.6. Флюоресценция при ультрафиолетовом освещении
По материалам книги: Джон Хеджкоу. Искусство цветной фотографии. Издательство «Планета», 1988
Информация взята с сайта
Copyright © 2005 Влад Мержевич, по всем вопросам пишите по адресу
