Почему на фотографиях с Луны Земля разного размера?

Краткий ответ: При использовании объективов с разным фокусным расстоянием меняется размер кадра и, соответственно, относительный размер наблюдаемых объектов в кадре. У экипажей Apollo было несколько камер и сменных объективов, и размер Земли совпадает с тем размером, который можно было снять этими объективами с Луны.

Если просматривать произвольно выбранные фотографии с Луны или окололунной орбиты, сделанные в ходе программы Apollo, то можно обратить внимание, что на разных снимках видимые размеры Земли различаются.

Изменение размеров Земли можно наблюдать на пленках, на которые велась съемка во время перелета от планеты к ее естественному спутнику. Наиболее известный кадр, который назвали Blue Marble — «голубой мраморный шарик», снят во время полета Apollo 17 в 1972 году. На таких снимках изменение размеров Земли понятно: корабль отдаляется — и видимый размер планеты уменьшается.

Но размер Земли меняется и на кадрах, сделанных уже на Луне или низкой окололунной орбите, где изменение расстояния до Земли уже незначительно. Для примера можно рассмотреть три кадра, снятые в ходе экспедиции Apollo 11. Два из них сделаны с окололунной орбиты, а третий — с поверхности Луны. Сравнив кадры, несложно заметить, что Земля на них разного размера:

• AS11-44-6551 — Земля большая;
• AS11-37-5442 — Земля намного меньше;
• AS11-40-5923 — Земля еще меньше.

Видимый на разных фотографиях размер какого-либо отдаленного объекта может меняться, даже если фотограф и объект съемки не меняли своего местоположения. Причина такой разницы довольно проста и понятна всем, кто хоть немного увлекается фотографией: разное фокусное расстояние используемых объективов и разные форматы (размеры) кадра. В зависимости от фокусного расстояния, т.е. длины между входной линзой объектива и светочувствительным элементом (пленкой или фотоматрицей), меняется угол обзора камеры для одного и того же формата пленки или размера фотоматрицы. Чем короче фокусное расстояние, тем шире угол обзора и, соответственно, меньше размер проецируемых объективом предметов. Чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол обзора оптики и больше проецируемый размер наблюдаемых объектов. При этом сам угловой размер объектов не меняется, мы просто выбираем, какую часть наблюдаемого пейзажа хотим запечатлеть в кадре.

Следовательно, если мы видим на лунных пленках одного формата большую Землю, то ее снимали длиннофокусным объективом, а если планета маленькая, значит, кадр широкоугольный.

Наши глаза имеют довольно короткое фокусное расстояние, поэтому мы взглядом охватываем около 120 градусов окружности перед собой. Самые короткофокусные объективы имеют еще более широкий угол обзора и называются «рыбий глаз» (fisheye) — их угол обзора может превышать 180 градусов. Длиннофокусные объективы позволяют «приближать» изображения наблюдаемых объектов, но являются узкоугольными. Так, для примера, обычный серийный объектив Canon EF 70–200 мм f/4L USM может менять фокусное расстояние от 70 до 200 мм, при этом угол обзора у него меняется соответственно от 29 до 10 градусов для стандартного кадра шириной 35 мм, при этом максимальное фокусное расстояние позволяет достичь 4–6-кратного «приближения» изображения, в зависимости от типа фотокамеры.

Если объектив может менять фокусное расстояние, то фотографы его называют «вáриообъектив», а в просторечии «зум-объектив». Многие любительские камеры имеют «зум- объективы», но профессиональные фотографы предпочитают оптику с фиксированным фокусным расстоянием, на профессиональном сленге «фикс». Большинство смартфонов оборудовано камерами с фиксированным фокусным расстоянием, и в некоторых моделях может использоваться несколько камер с разным расстоянием. Также и в космонавтике предпочитают «фикс» из-за более простой конструкции, повышающей надежность съемки.

Например, на японском окололунном аппарате Kaguya было установлено две телекамеры с объективами фиксированного фокусного расстояния, но на одной объектив был с фокусным расстоянием 35 мм и углом обзора 15 градусов, а на второй — с фокусным расстоянием 10 мм и углом обзора 45 градусов. Прекрасные кадры с обеих телекамер Kaguya можно найти на официальных сайтах Японского агентства аэрокосмических исследований (Japan Aerospace Exploration Agency, JAXA) и его канале на YouTube и насладиться полетом над Луной.

По кадрам Kaguya «восхождения Земли» и «заката Земли» с окололунной орбиты нетрудно догадаться, на какой камере был короткий, а на какой длинный объектив.

У астронавтов Apollo также была возможность менять объективы своих фотоаппаратов. В частности, в распоряжении экипажа Apollo 11 были камеры Hasselblad 500EL с объективами 60, 80 и 250 мм. Выход на поверхность совершался с камерой с объективом 60 мм, который на среднеформатную пленку проецировал изображение шириной 47 градусов.

Обладая информацией о том, какие объективы использовались в каждом выходе, и сравнивая фотографии Земли с этих выходов, можно легко определить, через какой объектив получен тот или иной снимок. В следующей главе мы рассмотрим их подробнее.