Иногда на фото можно увидеть подобные круги:
Называется это интерференционные кольца. В зависимости от причин появления их могут называть кольца Ньютона или эффект Фабри-Перо. Давайте попробуем разобраться.
Кольца Ньютона.
У нас есть одна плоско-выпуклая линза:
И есть обычное плоское стекло. Если мы положим линзу выпуклой стороной на стекло, они соприкасаются не всей поверхностью, а только в центре.
Между линзой и стеклом образуется очень тонкий слой воздуха (как клин, который тоньше к центру и толще к краям). Когда мы светим на эту конструкцию сверху, так как свет - это волна, то часть световой волны отражается от верхней границы воздушного слоя (от стекла линзы). Другая часть проходит вниз и отражается от нижней границы воздушного слоя (от верхушки плоского стекла).
Происходит интерференция света. Понять это проще всего на примере колец на воде. Представьте, что вы бросаете два камня в пруд рядом друг с другом. От каждого камня побегут круговые волны. Когда эти волны встречаются, может быть два варианта. Если гребень одной волны встречается с гребнем другой — они складываются, и получается большая волна (усиление). Если гребень одной волны встречается с впадиной другой — они гасят друг друга, и на поверхности становится почти гладко (ослабление). Интерференция света — это то же самое, но со световыми волнами.
Если оба этих луча в одной фазе (их волны колеблются одинаково), то они усиливают друг друга и становятся светлее. А если в противофазе, то они ослабевают и гасят друг друга, становятся темнее.
Из-за того, что воздушный зазор имеет форму клина, условия для усиления и гашения чередуются, создавая узор из светлых и темных колец.
Чаще всего такое можно заметить, когда у нас источник света имеет одну или мало длин волн. Если бы мы использовали лазер одного цвета (например, зеленый), кольца были бы четкими — чередующиеся зеленые и черные. Но в природе с таким мы сталкиваемся супер редко.
Один из немногих случаев, где мы можем с этим столкнуться, - это северное сияние. Оно излучает свет только в нескольких длинах волн, поэтому кольца особенно хорошо видны на фотографиях полярных сияний.
В обычных условиях такое тоже может быть, но это сложно увидеть, так как источники света излучают множество волн разных длин, у нас много слабовыраженных кругов, накладывающихся друг на друга, они становятся как размывают друг друга, и их сложно заметить.
Чаще всего они появляются, когда мы используем какой-либо фильтр на объективе. Фильтр становится тем самым плоским стеклом, а передняя линза — выпуклым, между которыми и появляется воздушный клин. Тут, пожалуй, один совет: не использовать никаких фильтров при съемке северного сияния.
Но первое фото в верху статьи сделано Анной Смирновой на айфон, и там нет никаких фильтров. Во-первых, в самой конструкции объектива может быть так, что одна выпуклая линза находится рядом с плоской, и тогда там происходит то, что мы разобрали выше. Но может быть, что в конструкции объектива рядом окажутся две ровные поверхности линз, тогда мы получаем другой эффект.
Эффект Фабри-Перо.
Его проще всего понять на примере эха, представьте две параллельные стены рядом друг с другом, вы туда крикнули, и ваш крик отражается от одной стены, потом от другой, и так много раз, появляется эхо.
Современный объектив состоит из множества линз (10-20 штук), расположенных очень близко друг к другу. Поверхности линз - это «слабые зеркала». Даже с просветляющим покрытием каждая поверхность линзы немного отражает свет. Например, 0,5% или 1% света может отразиться обратно. Создаётся «резонатор». Когда две поверхности линз оказываются идеально (или почти идеально) параллельными и расположены близко, они образуют «ловушку для света» - эффект Фабри-Перо.
Когда у нас светит солнце, оно испускает множества волн, плюс оно для нас точечный источник света, и в этих случаях мы можем видеть пятно размытости, появление каких-то цветов, каких не было, и прочие артефакты.
Но вот если у нас не точечный источник света, а источник большой площади, то свет попадает в нашу ловушку под разным углом, и получаются кольца. А если у света одна волна или мало разных длин волн, то они становятся хорошо видны.
Опять же, в обычной жизни такое чаще всего встречаются именно при съемке северного сияния. Так как большая площадь источника света и всего несколько ярко выраженных длин волн.
И то, и то называется интерференционные кольца. Кольца Ньютона возникают из-за разной толщины воздушного зазора (клина). Именно зазор является причиной интерференция света. А кольца Фабри-Перо возникают из-за разных углов падения света при постоянной толщине зазора. Зазор параллельный, а углы — разные, поэтому происходит интерференция.
С этим могут бороться только производители объективов. Делать просветляющие покрытия (антирефлексные), которые наносятся на линзы, чтобы максимально уменьшить отражения. Также конструкторы стараются располагать линзы так, чтобы их поверхности не были параллельными. Но это не всегда возможно, особенно в телефонах, когда во главу угла ставится компактность объектива.
ИТОГ.
Ярко выраженные кольца можно встретить именно при съемке полярного сияния, так как характеристика его света максимально хорошо подходит для обоих эффектов. В этом случае единственное, что мы можем сделать, не надевать никакие фильтры, чтобы сократить вероятность колец Ньютона, и взять несколько разных объективов. Если конструкция одного будет приводить к эффекту Фабри-Перо, то взять другой объектив. Проблема в том, что на маленьком экране их сложно увидеть, поэтому при съемке полярного сияния обязательно нужно увеличивать фото и смотреть.
За помощь в разборе этой темы спасибо специалистам из Nature Photo Team.
P.S. Данный эффект выглядит именно так, как на примерах, он появляется сразу на RAW-файлах. Но его часто путают с градиентом. Это, как правило, широкие полосы по всей поверхности фотографии, где плавно меняется оттенок цвета. Часто такое бывает на небе, которое постепенно темнеет. Это возникает при обработке и никак не связано с интерференционными кольцами. Подробнее об этом в видео: https://vk.com/video-47914806_456239310
