КАМЕРА-ОБСКУРА
Камера-обскура (лат. сamera obscura – темная комната) – темный ящик (коробка) или переносная конструкөия с непроницаемыми для света стенками (крытые носилки – паланкин, палатка) или комната, имеющая небольшое отверстие в одной из стенок. Лучи света, проникающие через отверстие под углом, создают на противоположной стенке (или экране) перевернутое изображение. Это позволяет срисовывать точное изображение отдельных объектов, делать городские и архитектурные пейзажи (ведута) и перспективные рисунки, а также наблюдать за солнечным затмением.
Источник: Большая российская энциклопедия. – URL; https://bigenc.ru/physics/text/2038743
Краткая история камеры-обскуры
Первое упоминание о появлении перевернутых изображений в затемненном помещении найдено в китайском трактате «Мо-цзы» (рубеж V – IV вв. до н.э.). Аристотель (384 – 322 гг. до н.э.) составил каталог неразрешенных вопросов и необъяснимых явлений, известный как «Проблемы». В нем он задается вопросом, каким образом возникает круглое изображение Солнца на стене, если свет проникает через квадратное отверстие. Также он описывает удивительное явление, когда темную комнату через небольшое отверстие в стене проникает свет и на противоположной стене возникает изображение предметов, находящихся на улице перед окном. Предметы на изображении имеют меньший размер и перевернутый вид. При этом чем дальше расположена стена от окна, тем больший размер имеют изображения на стене.
Выдающийся математик Евклид (325 – 265 гг. до н.э.), известный как автор математических «Начал» и евклидовой геометрии, был также автором трактата «Оптика». В нем сформулирован ряд законов распространения света, в том числе закон прямолинейного распространения света, который гласит: в однородной среде свет распространяется по прямым линиям. Одним из доказательств этого закона были наблюдения за лучами света, проходящими через малое отверстие. Это служит косвенным доказательством того, что принцип действия камеры-обскуры мог быть известен в древности, в том числе и выдающемуся представителю Александрийской школы Евклиду.
Арабский ученый-энциклопедист Абу Али аль-Хасан ибн аль-Хасан ибн аль-Хайсам аль-Басри (965 – 1039), известный в средневековой Европе под именем Alhazen, в своем 7-томном труде «Книга оптики» описывает явления отражения и преломления света, восприятие света глазами и др. В 1270 – 1278 гг. его труды по оптике были переведены Эразмом Витело на латинский язык и вплоть до появления трудов по оптике И. Кеплера начала XVII в. были весьма популярны среди европейских ученых-естествоиспытателей.
Некоторые идеи о природе света и восприятии света глазами появились у него в период многолетнего заточения в египетской тюрьме, куда он был брошен по приказу халифа аль-Хакима (985 – 1021). Тюрьма представляла собой темную комнату, в которую лишь изредка проникало немного солнечного света. После смерти халифа он был освобожден и посвятил всю оставшуюся жизнь развитию идей о свете и зрении, а также проводил много наблюдений за астрономическими явлениями. Зная об ослепляющем влиянии прямого солнечного света на глаза, аль-Хайсам заходил в палатку и в небольшое отверстие в пологе палатки проникал солнечный свет, что позволяло рассматривать изображение солнца на противоположной стенке палатки – это и есть первый известный нам пример применения камеры-обскуры для научных наблюдений. Эти наблюдения отражены в его трактате «Книга о форме затмений».
Наблюдения за солнечным светом. Эксперименты аль-Хайсама
Некоторые исследователи приписывают английскому ученому-естествоиспытателю Роджеру Бэкону изобретение камеры-обскура. В его работе «Perspectiva» описывается световой луч и спектральное разложение света, но есть основание полагать, что часть знаний он заимствовал из известного ему аль-Хайсама, а описание камеры-обскура в его работах не совсем ясное и определенное. Зато в 1279 г. архиепископ Кентерберийский Джон Пенхан высказал идею о возможности использования камеры-обскура для наблюдения за движением Солнца. Это позволяет утверждать, что камера-обскура начала использоваться в Европе не позднее конца XIII в.
В эпоху Возрождения Леонардо да Винчи (1452 – 1519) в «Трактате о живописи» описал принцип действия камеры-обскуры. Он первым из известных нам художников использовал камеру-обскуру для зарисовки с натуры. Итальянский ученый Джованни Вентури в своем труде «О физико-математических трудах Леонардо да Винчи» (издан в 1787 г. в Париже) приводит цитату Леонардо, описывающую принцип действия камеры-обскуры: «Следующий опыт показывает, каким образом пересекаются лучи от предметов в белковой жидкости внутри глаза. Когда изображения освещенных предметов попадают через малое круглое отверстие внутрь очень темной комнаты, то, поместив на некотором расстоянии от отверстия лист белой бумаги, вы обнаружите на ней предметы в их соответствующих размерах и цветах. Они будут уменьшенных размеров и обращенными по причине вышеуказанного пересечения лучей. Изображение предмета, освещенного солнцем, будет казаться как бы нарисованным на бумаге, если взять тонкую бумагу и изображение рассматривать сзади. Отверстие должно быть сделано в очень тонком куске листового железа». Леонардо да Винчи был первым европейцем, кто дал анатомическое описание строения глаза и сравнил строение глаза с камерой-обскурой.
24 января 1544 г. голландский ученый Рейнер Гемм Фризиус наблюдал солнечное затмение с помощью камеры-обскуры. В своем труде о затмении он сделал первый известный нам рисунок камеры-обскуры для астрономических наблюдений.
Описание принципа действия камеры-обскуры в рукописном труде Р.Г. Фризиуса.
В XVI – начале XVII вв. камера-обскура активно применялась в научных исследованиях, но многие ученые скрывали его использование, так как боялись быть обвиненными в оккультизме. В 1568 г. венецианец Даниела Барбаро в своем трактате о перспективах «La Pratticadella Prospettiva» (издан в Неаполе) описал камеру-обскуру с плоско-выпуклой линзой для усиления яркости оптического изображения.
Итальянский ученый-энциклопедист Джованни Батиста делла Порта (1535 – 1615) усовершенствовал камеру-обскуру, применив сочетание выпуклой и вогнутой линз (1570). Кроме того, он предложил использовать т.н. проекционный фонарь для создания рисунков и их проектов. В 1589 г. он дал следующее описание камеры-обскуры: «Теперь сообщу вам то, о чем доселе молчал и думал, что должен молчать. Если поместить у отверстия чечевицеобразное стекло, то все изображение будет отчетливее; увидишь и лица проходящих людей, платья, цвета, движение, все как будто было вблизи. Зрелище так приятно, что видевшие не могли вдоволь насмотреться». Однако за многочисленные оптические опыты вся его деятельность была свернута, а сам ученый обвинен в колдовстве и арестован.
В 1573 г. Игнацио Данти (1536 – 1586) использовал зеркала для придания перевернутому изображению правильной ориентации.
Другой итальянский ученый Джероламо Кардано (1501 – 1576), известный как изобретатель карданного вала, также использовал в камере-обскуре линзу, но при этом с помощью зеркала проецировал изображение на матовое стекло и предлагал использовать устройство для показа развлекательных зрелищ и чудес.
Известно, что выдающийся физик и астроном Иоганн Кеплер активно использовал камеру-обскуру для астрономически наблюдений. Так, 10 июля 1600 года с ее помощью он наблюдал солнечное затмение, а в 1607 г. – прохождение Меркурием солнечного диска. Для увеличения угла поля зрения камеры-обскуры И. Кеплер также использовал сочетание вогнутой и выпуклой линз.
В XVII в. в Европе появляются переносные камеры-обскуры. Одним из первых переносную камеру-обскуру сделал иезуитский священник Атанасиус Кирхер. Для входа имелся специальный люк. В книге «Великое искусство света и теней» им был дан совет по использованию камеры-обскура для зрисовки с натуры и в качестве «волшебного» (проекционного) фонаря. В XVIII в. использование камеры-обскуры стало обычным явлением среди художников и уже не вызывало обвинений в колдовстве.
Камера=обскура в XVIII в.
В России первые упоминания о научном использовании камеры-обскуры относятся к XVIII в. Известно, что М.В. Ломоносов (1711 – 1765) делал эксперименты по дифракции света, проводя много времени в камере-обскуре, установленной в Физическом кабинете в здании Кунсткамеры. Он рекомендовал своим сотрудникам использовать камеру-обскуру для зарисовки лабораторных устройств. При участии М.В. Ломоносова в 1763 г. был создан «План царствующего града Москвы на 30 верст в округ», в котором имелся очень качественный картуш – вид Московского Кремля, сделанный при помощи камеры-обскуры.
Вид Московского Кремля. 1763 год.
В XIX в. были подробно исследованы световые эффекты камеры-обскуры. Благодаря волновой теории света Гюйгенса и теории дифракции Огюстена Жана Френеля (1788 – 1827) стало понятно, как свет проходит через небольшое отверстие и необычное свойство отверстия: при увеличении диаметра отверстия освещенность изображения падает. Джон Уильям Стретт (лорд Рэлэй; 1842 – 1919) вывел формулу для вычисления диаметра отверстия, которая позволяла получать наиболее резкое и четкое изображение.
Значение камеры-обскуры для человечества как никто лучше выразил видный советский физик С.И. Вавилов: «…Камера-обскура решительно отделила свет от зрения, и в этом ее историческая теоретико-познавательная роль».
Камера-клара. Начало XIX века
В Новое время появилась усовершенствованная модификация камеры-обскуры – стеноп-камера, в которой в отверстие вставлялась линза для усиления яркости и четкости изображения. Также известны другие модификации камер-обскура: камера-клара (лат. сamera clara – светлая комната) – внутри камеры напротив отверстия устанавливается зеркало под таким углом, чтобы отражать лучи света на матовое стекло, служащее экраном (обычно располагалось на верхней стенке камеры); камера-люцида (лат. camera lucida – блестящая камера; впервые описана Иоганном Кеплером в 1611 г. в работе «Dioptrice»; запатентована в 1807 г. Вильямом Хайдом Волластоном) – в камеру помещалась призма, художник через окуляр наблюдал отраженное в призме изображение и наносил контуры объекта на бумагу.
Во второй половине XVII – XIX вв. камера-обскура активно применялась в изобразительном искусстве художниками и архитекторами. Изображение срисовывалось на бумагу. Камера-обскура использовалась для изучения оптических эффектов, строения глаза, астрономических наблюдений. Она совершила переворот в изобразительном искусстве и стала прототипом для создания технологии фотографирования.
Передвижная камера-обскура
Камера-обскура применяется до сих пор (диагностика плазмы, фотографирование в рентгеновских лучах). (Материал из: Большая российская энциклопедия. – URL; https://bigenc.ru/physics/text/2038743
В 2013 г. братья Элвис и Бенджамин основали компанию «Ondu» и начали производство простейших камер-обскура из натуральных материалов.
Камеры-обскура от компании Ondu
Эксперимент американского профессора Абелардо Морелла «Лампочка»: в коробке из-под винных бутылок сделано отверстие, через которое внутрь коробки проникает свет и появляется перевернутое изображение горящей лампочки (Бостон, 1991 год). Источник изображение: Том О’Нил. Камера-обскура: обыкновеное чудо // National Geographic Россия. – URL: https://nat-geo.ru/photo-master/kamera-obskura-obyknovennoe-fotochudo/
Фотография с длинной выдержкой
Регина Валькенборг случайно сделала снимок через самодельную камеру-обскуру (или пинхол-камеру), сделанную из пивной банки. Сам снимок запечатлен на фотобумаге.
Валькенборг начала делать снимок через банку в 2012 году, в конце своего обучения в университете. Тогда ее интересовали фото, сделанные без помощи современных технологий.
Как объясняет сам университет, фотография с длинной выдержкой позволяет запечатлеть на снимке «течение времени». Достигается это путем того, что створка камеры остается открытой на долгое время.
Следы на фото — это 2953 следа солнца, показывающие как светило поднималось и садилось на протяжении восьми лет и одного месяца.
Валькенборг установила камеру из банки в один из телескопов обсерватории при институте и забыла про нее. И только в сентябре 2020 года ее нашел один из сотрудников обсерватории.
До этого фото с самой долгой экспозицией считался снимок немецкого фотографа Майкла Уизли, который снял фото с выдержкой четыре года и восемь месяцев. Для Уизли фото с долгой экспозицией — творческий метод.
Валькенборг рассказала, что снимок получился по чистой случайности. Она пробовала делать фото таким способом, но все снимки оказывались испорчены из-за влаги. «Я не планировала делать снимок с такой выдержкой, но, к моему удивлению, все получилось», — рассказала она.
https://news.mail.ru/society/44554405/?frommail=10