Свет в море

Казалось бы, по этим двум формулам очень легко точно рассчитать глубину исчезновения не только белого диска, но и вообще любого предмета, задавшись значениями действительного контраста и показателя ослабления. Однако мы совершенно не учитывали ряд моментов, отрицательно влияющих на видимость: изменения угловых размеров диска при его удалении от наблюдателя, уровня освещенности с глубиной и волнения на поверхности моря.

Рассмотрим влияние каждого из этих факторов подробнее.

Специально проведенные экспериментальные исследования показали, что если угловые размеры рассматриваемого предмета становятся меньше 1°, то величина порога контрастной чувствительности резко возрастает. Диаметр стандартного диска 30 см, и на глубине 17 м его угловой размер равен 1°. Но в прозрачных водах диск может быть виден гораздо дальше. Поэтому, для того чтобы результаты наблюдений действительно соответствовали видимости диска в данных водах, необходимо соблюдать определенное соотношение между размерами диска и глубиной его исчезновения. Так, в очень прозрачных океанских водах, где диск виден до глубины 50–55 м, его диаметр должен быть около 1 м.

Большое влияние на видимость подводных объектов вообще, и в частности диска, оказывают условия освещения. Они определяют как яркость объектов, так и фона, на котором те проектируются. Известно, что с падением уровня яркости способность зрения различать контраст ухудшается. То же самое происходит и в случае значительного увеличения яркости. При наблюдении диска более важным является первое, так как с очень большими яркостями наблюдателю здесь не приходится иметь дела. Поэтому, чтобы правильно оценить глубину исчезновения диска, измерения производят тогда, когда поверхность моря достаточно хорошо освещена.

Обычно очень мешает свет, отражающийся от поверхности моря и попадающий в глаз наблюдателя. Кроме того, даже небольшое волнение на поверхности моря также резко ухудшает видимость. Из-за различия в крутизне волн световые лучи, идущие от диска, по-разному преломляются, переходя из воды в воздух, и изображение диска все время мелькает.

Все эти неблагоприятные факторы могут в значительной степени исказить данные измерений глубины видимости диска и затруднить сопоставление результатов, полученных в разных морях и океанах. Существует ряд правил, которые надо соблюдать, работая с диском.

Так, измерения всегда ведутся с теневого борта, чтобы не мешали блики от света, отраженного поверхностью моря. При волнении больше трех баллов наблюдения вообще не проводятся.

Иногда, чтобы избавиться от этих бликов, за диском наблюдают через зачерненный изнутри ящик, частично погружая его под поверхность моря.

На рассвете и в сумерки наблюдения не проводят, а приурочивают их к светлому времени суток.

В метеорологии существует понятие «метеорологическая дальность видимости». Под этим обычно понимают расстояние, начиная с которого под воздействием дымки утрачивается видимость черного объекта, проектирующегося на фоне неба и имеющего на расстоянии дальности видимости угловые размеры не менее 20 минут.

В оптике моря, хотя и гораздо реже, чем в метеорологии, встречается такое понятие, как «гидрологическая дальность видимости». Правда, строгого определения его не существует. Иногда под этим подразумевается глубина исчезновения стандартного белого диска, а иногда черного.

Американские гидрооптики гидрологической дальностью видимости считают расстояние, на котором первоначальный контраст уменьшается до 1/50 своей величины. Для измерения гидрологической дальности они предложили устройство, состоящее из двух соосных дисков, один из которых белый, а другой, меньшего диаметра, — серый. Расстояние по вертикали между дисками (регулируемое с палубы судна) подбирается так, чтобы яркость их казалась одинаковой для наблюдателя, стоящего на палубе. Естественно, при этом белый диск находится глубже серого. Зная коэффициенты отражения обоих дисков и разницу в их глубине нахождения, нетрудно рассчитать гидрологическую дальность видимости.

Интересные наблюдения можно проводить и с черным диском.

Существует очень простая формула, позволяющая по глубине его исчезновения довольно точно определить величину показателя ослабления ε.

Эта формула имеет вид:

где z_чд — глубина исчезновения черного диска (м); ε — показатель ослабления направленного излучения (м^-1); П — порог контрастной чувствительности глаза.

Если величину П принять равной 0,02, то

Такой метод определения показателя ослабления называют методом черного экрана.

Изучение видимости под водой представляет собой один из интереснейших и практически важных вопросов оптики моря.

Оптика моря и подводная съемка

Фотокамера опускается на дно

В 1893 г. в заливе Баньюль-сюр-Мэр на Средиземном море французскому ученому Луи Бутану удалось получить первые подводные фотоснимки. Специально для съемки под водой он сконструировал фотокамеру — громоздкое сооружение, погружавшееся на морское дно и управлявшееся водолазом (рис. 55).