Конец эпохи фотографии? (статья В.Г.Сурдина в журнале "Природа" N11, 1999).
Астрономы были первыми, кто активно стал использовать фотографию в своей работе; вероятно, они же станут первыми, кто полностью от нее откажется и перейдет к новым методам получения и хранения оптических изображений.
Как известно (Ж.Вокулер "Астрономическая фотография", М., 1975), именно астроном Ф. Араго сделал на собрании Французской академии наук 7 января 1839г. первое публичное сообщение о способе получения оптических картин, который был изобретен Ж.Н.Ньепсом и Л.Ж.М.Дагерром и стал известен как дагерротипия. Тогда же, в самом начале 1839г., английский астроном Дж.Гершель, увлеченный новым научным методом, впервые применил термины "фотография", "негатив" и "позитив".
Нужно заметить, что астрономы сразу осознали всю мощь нового метода еще и потому, что сами к тому времени уже много лет искали возможность "замораживания света". Задолго до Дагерра Араго вместе с Лапласом и Малюсом пытались получить изображение Луны, спроецировав его с помощью линзы на экран, покрытый хлористым серебром. Успеха эти опыты не имели. Кстати, растворяющее действие гипосульфита на галоидное серебро, т.е. принцип общепринятого теперь способа "фиксации" фотографических изображений, открыл в 1819 г. Дж.Гершель (разумеется, не случайно). С появлением фотографии в корне изменилась и сама работа астрономов. Хотя по традиции они продолжали говорить, что "наблюдают" небо, в большинстве случаев они стали заниматься его фотографированием. Огромное значение имело объединение телескопа, спектроскопа и фотокамеры: родился астрономический спектрограф, а с ним и - астрофизика.
Ни одна другая наука не обязана так фотопластинке, как астрономия. Странно, почему фотопластинке до сих пор не поставлен памятник? Впрочем, скоро для этого наступит подходящий момент: похоже, что астрономы станут первыми, кто полностью откажется от фотопроцесса и перейдет на электронные приемники света. Очевидно, за ними последуют и остальные. Эра фотографии подходит к концу.
А "виной" всему - новые электронные приемники света, не только имеющие более высокую чувствительность, чем фотопластинка, но и позволяющие сразу вводить информацию в компьютер. Прежде всего это полупроводниковые светочувствительные ПЗС-матрицы - приборы с зарядовой связью (ПЗС - русский аналог английской аббревиатуры CCD - Charge Coupled Device). Эти матрицы - основа современных видеокамер. С момента своего рождения они превосходили фотоэмульсию по чувствительности, спектральному диапазону и прочим качественным характеристикам. Например, квантовый выход астрономических фотопластинок - всего 2 - 5%, а у ПЗС-матриц он приближается к 90%.
Квантовый выход - параметр приемника излучения, характеризующий эффективность регистрации света. Для электронных фотоприемников - это отношение числа зарегистрированных в выходном сигнале отсчетов к числу упавших на вход приемника фотонов. Для фотопластинок выходным сигналом можно считать число почерневших зерен эмульсии на единицу площади, причем для них понятие "квантовый выход" не формулируется столь просто, как для электронных приемников.
До недавних пор единственным недостатком матриц было малое количество чувствительных элементов - пикселей, отчего полученные с их помощью изображения имели вид шахматной доски. В начале 80-х астрономы взяли на вооружение ПЗС-матрицы размером с ноготь; они содержали около 200x300 элементов, что позволяло фиксировать небольшой участок спектра или небесный объект малого углового размера и незатейливой конфигурации, да и стоили такие приборы гораздо дороже фотопластинок и были недоступны большинству обсерваторий.
Лишь десятилетие назад промышленность создала недорогие ПЗС-матрицы, содержащие 500x600 элементов, что привело к массовому производству бытовых видеокамер. Тогда же появились уникальные (и поэтому дорогие) матрицы, насчитывающие 1024x1024 и даже 2048x2048 элементов, что резко усилило зоркость телескопов и эффективность их работы. Теперь эти приборы становятся рядовым оборудованием большинства обсерваторий.
Но и в этой ситуации у фотопластинки оставалось два важных достоинства, позволявших ей легко выдерживать конкуренцию с электроникой. Прежде всего - большая приемная площадь (на одной стеклянной пластинке - гигантское количество светочувствительных элементов). Как известно, "элементом изображения" фотоэмульсии служит зерно размером около 25 мкм. Пластинки современных астрографов имеют размер 40x40 см, а иногда даже 50x50 см; значит, они содержат 300-400 млн. элементов. А у существовавших до сих пор ПЗС-матриц формата 2048x2048 - "всего" 4 млн. пикселей. Следовательно, даже 20-кратное преимущество в чувствительности не позволяло электронным приемникам конкурировать с фотопластинкой в работах по обзору больших участков неба. Кроме этого, фотопластинка служит не только приемником (правда, одноразовым), но и надежным хранилищем информации: в "стеклянных библиотеках" многих обсерваторий фотопластинки исправно живут уже более 100 лет. В отличие от них электронные приемники света требуют отдельного устройства для хранения данных; до недавних пор это обходилось не так уж дешево, если учесть, что каждый кадр содержит мегабайты информации.
Так, в начале 1997г. стала работать камера широкого поля (Wide Field Camera - WFC) на 2,5-метровом английском Телескопе им. Исаака Ньютона (о. Пальма, Канарские о-ва). Она позволяет получать изображение 25' x 25', поскольку ее приемная часть состоит из четырех ПЗС-матриц, каждая форматом 2048x2048 элементов, а каждый пиксель такой матрицы имеет размер 15 мкм и "захватывает" на небе участок поперечником 0,37". Как видим, изображение, полученное с таким прибором, содержит 16,8 млн. элементов. Это эквивалентно фотокадру, снятому профессиональной узкопленочной камерой.
А в начале 1999г. на Европейской южной обсерватории Ла-Силья (Чили), на 2.2-метровом телескопе, заработал новый широкоугольный приемник изображения (Wide Field Imager - WFI). Формат светочувствительной поверхности 8184x8196 пикселей, т.е. чуть более 67 млн. элементов, что эквивалентно фотокадру, снятому высокопрофессиональной фотокамерой на пластинку 6x9 см2. Астрономическая камера WFI - плод совместной работы инженеров и ученых ЕЮО, Института астрономии им. М. Планка (Гейдельберг, ФРГ) и обсерватории Каподимонте (Неаполь, Италия). В поле зрения этой камеры, достигающем 30'x30', помещается полная Луна. Такой кадр может содержать 140 Мбайт информации - только для его считывания с матрицы в память компьютера требуется 27 с.
Однако европейские астрономы не намерены останавливаться на достигнутом: сейчас в Сьерро-Параналь (Чили) создается новая камера для 2,6-метрового телескопа ЕЮО; матрица этой камеры будет иметь формат 16000x16000 пикселей, т.е. 256 млн. элементов. При этом компьютерная память день ото дня дешевеет, а астрономические пластинки (ввиду понизившегося спроса на них) стали дорожать. Итак, похоже, что электроника выиграла конкуренцию с фотопластинкой по всем параметрам!
Учитывая описанные тенденции, многие фирмы уже прекратили выпуск астрономических фотопластинок. Скоро их примеру последует и ведущая в этой отрасли корпорация "Кодак". Правда, для любителей астрономии эти же фирмы создали за последние годы великолепные высокочувствительные цветные пленки, но и любители тоже начали переходить к электронным светоприемникам. Не за горами тот день, когда мы с благодарностью распрощаемся с фотографией. Неужели и тогда не поставим ей памятник?
Источник: http://www.accessnet.ru/vivovoco/VV/NEWS/PRIRODA/1999/PR_11_99.HTM
