Отметив заслуги Эдгертона медалью Свободы, министерство обороны привлекло его к решению еще более сложной задачи. Комиссии по атомной энергии потребовались снимки ядерных взрывов на самых первых фазах развития огненного шара. Скорость его расширения настолько высока, что камеры с механическим затвором принципиально неспособны справиться с такой задачей. К тому же фотографировать предстояло с расстояния всего около 10 километров от эпицентра взрыва, так что камера могла использоваться только один раз. Требовалось придумать очень эффективное, нестандартное и вдобавок недорогое решение.
За дело в 1947 году взялась компания EG&G, основанная Эдгертоном совместно с двумя партнерами, Гермешаузеном и Гриером. В качестве затвора решили использовать элемент, известный теперь под названием «ячейка Керра». Это жидкий поляризационный фильтр, способный мгновенно менять направление поляризации под действием приложенного напряжения.
В затворе камеры установили два фильтра-поляроида, один из которых был ячейкой Керра. В начале их направления поляризации были перпендикулярны, и свет через них не проходил. Но в нужный момент на ячейку Керра подавали напряжение, направление ее поляризации менялось, и часть излучения проникала внутрь камеры. Скорость срабатывания ячейки Керра — порядка наносекунды, миллиардной доли секунды. Это позволило уже в первой разработанной камере Rapatronic сократить выдержку до впечатляющих и сегодня 10 наносекунд. Правда, за раз удавалось сделать только один кадр, и для получения серии приходилось ставить рядом несколько камер. В наши дни компания Vision Research продает компактные «рапатроники» Phantom V12 с мегапиксельной матрицей, которые ведут цифровую видеосъемку со скоростью до миллиона кадров в секунду.
Миллисекунда после ядерного взрыва
Этот снимок ядерного взрыва (спустя 1 миллисекунду после детонации) сделан на полигоне Невада в 1952 году камерой «Рапатроник» конструкции Эдгертона с выдержкой 3 микросекунды. В это время температура поверхности огненного шара составляет более 20 000 градусов, а скорость его расширения — десятки километров в секунду. Пятна на поверхности шара — это следы конструкции самой бомбы. В первые микросекунды взрыва бомба вместе с оболочкой и крепежом испаряется, а расширяющийся с огромной скоростью газ формирует ударную волну, которая сжимает и разогревает воздух. Неоднородности исходного распределения вещества в конструкции бомбы приводят к вариациям температуры и плотности по поверхности раздувающегося пузыря. Природа ярких конусов в нижней части шара иная. Это следы стальных тросов-растяжек, которыми удерживалась на вышке бомба. В момент детонации температура в центре взрыва достигает миллионов градусов и значительная часть энергии выделяется в форме теплового рентгеновского излучения. Оно распространяется со скоростью света, обгоняя ударную волну, и поглощается тросами, вызывая их взрывное испарение. Чем дальше от центра взрыва, тем ниже интенсивность рентгеновского излучения, поэтому дальние части растяжек испаряются позже и выглядят на снимке тоньше.
Погоня за скоростью
И все-таки в наши дни даже такая специальная область, как высокоскоростная фотография, постепенно сдается натиску любителей. Конечно, возможности их камер скромнее, но все же многие современные цифровые аппараты уже умеют снимать с выдержкой 1/4000 секунды. Такой выдержки вполне достаточно, чтобы схватить на лету те же брызги воды.
Пуля, пробивающая яблоко, — визитная карточка сверхскоростной фотографии. Чтобы пуля не смазывалась на снимке, выдержка должна быть не больше нескольких микросекунд. Для многих оказывается неожиданностью, что частицы яблока летят не только по, но и против направления движения пули. Фото SPL/EAST NEWS
Главные проблемы, с которыми должен справиться «высокоскоростной фотограф», — это детектирование момента события, синхронизация со вспышкой и камерой, а также вечная нехватка света. В студии или в лаборатории при съемке падающих капель и разбивающихся стекол можно пользоваться акустическими, вибрационными или контактными датчиками, которые посылают сигнал вспышке и затвору камеры. В полевых же условиях (скажем, при фотоохоте на животных) предпочтительнее датчики, реагирующие на прерывание светового луча.