Окно в подводный мир

Ослабление света в воде зависит от прозрачности воды и вызывается совместным действием рассеяния и поглощения световых лучей.

Черные чернила являются примером водной среды, в которой ослабление света происходит главным образом за счет поглощения. При поглощении энергия света идет в основном на нагревание воды. В воде сильно поглощаются красные лучи спектра и еще более сильно — инфракрасные.

Рассеяние вызывает ослабление направленного светового потока за счет отклонения световых лучей в стороны. Рассеяние света — это главная причина, которая ограничивает видимость наблюдаемых объектов. Если бы не было рассеяния, то нужно было бы просто усилить источник света или увеличить чувствительность передающей трубки. Но рассеяние световых лучей образует световую дымку и фон, которые понижают контраст видимого предмета и как бы маскируют его. Усиление источника света тут помочь не может.

Молоко представляет собой среду, ослабляющую свет преимущественно за счет рассеяния. В абажурах и плафонах для предохранения наших глаз от слишком яркого света используются молочные стекла, сильно рассеивающие лучи света

В морской воде поглощение и рассеивание действуют вместе. Вот почему, с оптической точки зрения, воду, конечно, очень приближенно, можно рассматривать, как «смесь чернил и молока».

Вода в зависимости от состава спектра проходящего через нее света проявляет больше свойства или рассеивающей, или поглощающей среды.

Но и воды различных бассейнов обладают разными оптическими свойствами. Например, ослабление света в воде может происходить преимущественно за счет рассеяния. В этой воде как бы преобладают свойства молока над свойствами чернил. Возможен и такой случай, когда ослабление света в воде будет происходить преимущественно за счет поглощения. Проводя дальше нашу прежнюю аналогию, можно сказать, что в такой воде больше «чернил», чем «молока».

А в одной и той же воде соотношение между поглощением и рассеянием зависит от длины волны световых лучей.

КАК СДЕЛАТЬ ВОДУ ПРОЗРАЧНЕЙ?

Однажды в английский порт пришло судно с большой пробоиной ниже ватерлинии. Судно получило опасный крен. Требовался срочный ремонт. Необходимо было прежде всего осмотреть место повреждения. Но вода в порту была такой грязной, что ни водолазы, ни подводная телевизионная камера ничего не могли рассмотреть. Тогда-то и был изобретен контейнер прозрачной воды. Снабженная им передающая телевизионная камера позволила быстро осмотреть пробоину, и судно было отремонтировано.

Что же представляет собой контейнер прозрачной воды?

Это большая оптическая насадка на телевизионную передающую камеру. Контейнер прозрачной воды представляет собой металлический корпус, внутри пустой, а по торцам закрытый стеклянными иллюминаторами. Сделан корпус из легкого сплава. Одним концом корпус крепится непосредственно на передающую камеру. Если контейнер предназначается для работы с камерой на больших глубинах, то его внутренность наполняется чистой водой. Кроме того, для работы на больших глубинах контейнер снабжается клапаном, позволяющим выравнивать гидростатическое давление внутри и снаружи без смешивания жидкостей.

Большой иллюминатор контейнера можно вплотную приложить к наблюдаемому предмету, и теперь можно с успехом рассматривать его даже в очень мутной воде, потому что между ним и передающей камерой на всем расстоянии нет мутной воды. Без контейнера передающую камеру пришлось бы прижимать вплотную к месту повреждения. Но беда в том, что поле зрения получилось бы таким маленьким, что в большинстве случаев осмотр потерял бы смысл. Да и объектив трудно фокусировать на очень коротких дистанциях.

Применение контейнера облегчает телевизионные наблюдения в мутной воде лишь на малых расстояниях и увеличивает дальность видения с 90 до 270 сантиметров, и только! Нельзя сделать металлический контейнер длиной в десятки метров. Между тем для многих целей очень важно иметь дальность видения в воде побольше. Как же быть? Нельзя ли придумать какие-нибудь другие способы увеличения дальности видения? По-видимому, можно.

Например, известно, что некоторые химические соединения обладают свойством просветлять воду. К их числу относятся квасцы. Да, обыкновенные квасцы! Если к мутной водопроводной воде добавить некоторое количество квасцов, то она очищается. Мельчайшие взвешенные частицы, делавшие ее мутной, выпадают на дно в виде осадка. Под действием квасцов отдельные мельчайшие частички укрупняются и уже не могут больше свободно плавать в воде. Сила тяжести берет верх. Такой способ очистки воды применяется в лабораториях. Но еще никто не пробовал применять его в море или в реке. Слишком большое количество очищающего вещества — коагулятора надо было бы ввести для очистки.

Но нельзя ли вместо квасцов найти какой-нибудь другой более эффективный коагулятор? Представьте себе, что химики найдут вещество, в 10 раз более активное, чем квасцы. Специальный насос будет впрыскивать этот эффективный коагулятор в просматриваемое пространство перед телевизионной камерой. И тогда, пока течение и волны не перемешают очищенный объем воды с окружающей мутной водой, можно будет провести необходимые наблюдения.

Этот способ напоминает отчасти времена парусного флота. Тогда, чтобы на некоторое время ослабить волнение, моряки лили за борт масло. Растекаясь, оно уменьшало волну, и корабль мог за эти несколько минут пройти через наиболее опасные места.

Но у нас пока еще нет достаточно эффективного коагулятора…

СВЕТОВАЯ ДЫМКА

Главное препятствие для телевизионных наблюдений в воде — это дымка рассеянного света. Поэтому наблюдаемые в воде предметы освещать надо так, чтобы обеспечить минимальную яркость дымки. Но как это сделать?

Посмотрим с улицы в комнату через окно, прикрытое тюлевой занавеской. Если дело происходит днем, мы не увидим в комнате почти ничего. Если же в комнате горит свет, то мы свободно рассмотрим ее внутренность, несмотря на наличие той же занавески. При освещении изнутри занавеска в значительно меньшей степени препятствует наблюдениям. И происходит это потому, что обращенная к нам вуаль (т. е. занавеска) не освещена снаружи: она почти не понижает контраст. Между освещенными предмета-ми за ней, т. е. в комнате, и темнотой вокруг окна.

Именно с этим явлением мы сталкиваемся при наблюдении в воде самосветящихся объектов. Горящая в воде электрическая лампа видна на значительно большем расстоянии, чем предметы, освещенные посторонним источником света. Увеличивает дальность видимости и более высокий контраст, которым обладает нить лампы, и то, что световая дымка образована лишь за счет рассеянных лучей, идущих от лампы. При наблюдении обычных, не самосветящихся предметов световая дымка образована рассеянными световыми лучами, идущими сначала к освещаемому объекту, а затем от него к объективу передающей камеры. Естественно, что яркость световой дымки в этом случае ярче и видимость ухудшается.

Однако, как мы сейчас увидим, и обычные, не самосветящиеся предметы можно поставить в условия, приближающиеся к условиям наблюдения самосветящихся, создать для них такой же режим освещения. Для этого необходимо расположить источники света как можно ближе к наблюдаемому предмету. Тогда световая дымка будет образовываться только при распространении отраженных световых лучей, т. е. создадутся условия, близкие к тем, при которых наблюдается самосветящийся предмет. Вследствие этого возрастает и возможная дальность видимости.

Однако на практике далеко не всегда можно выполнить это условие. Попробуйте-ка поднести сильную осветительную лампу вплотную к какой-нибудь крупной рыбе, находящейся в десятке метров от передающей камеры! Наверное вы не сможете этого сделать. А если сможете, то не лучше ли будет передвинуть поближе уже не только осветительную лампу, но и самую передающую камеру? Очевидно, такой способ освещения применим лишь в тех случаях, когда к объекту наблюдения можно вплотную подвинуть осветитель, но нельзя приблизить передающую камеру.