Missioni lunari, pellicole fotografiche e radiazioni

Di più
7 Anni 10 Mesi fa - 6 Anni 2 Settimane fa #6514 da kamiokande
Apro questa discussione per portare avanti il discorso iniziato in 4454-pellicole-fotografiche-e-radiazioni riguardo alle radiazioni e la fotografia lunare. Premetto che non sono un esperto ne in materia di radiazioni ne di fotografia, ma ho un po' di background scientifico e quindi ho pensato di poter dare una mano in merito alla questione. Ho effettuato uno studio sul livello di radiazioni subite da alcune missioni Apollo (12, 14 e 16), da cui ho ricavato che le fotografie in bianco e nero (B/N) scattate sulla superficie lunare durante la missione Apollo 14, in seguito alle radiazioni ionizzanti provenienti dallo spazio (prevalentemente fasce di Van Allen e dei raggi cosmici), debbano mostrare forti differenze rispetto a quelle scattate durante le missioni Apollo 12 e 16 (che ho usato come paragone ma la cosa vale anche per le altre missioni). Questo perché secondo i dati ufficiali la missione Apollo 14 ha subito rispettivamente 1.96 volte e 2.23 volte più radiazione rispetto all'Apollo 12 ed all'Apollo16. In questo post ometterò i dettagli riportando solo i risultati, per chi fosse interessato più avanti riporterò anche tutti i dati ed i grafici che ho prodotto in questa mia analisi.

Per i non addetti ai lavori, devo introdurre brevemente alcune nozioni di sensitometria ottica, una branca dell'ottica che studia la reazione delle pellicole fotografiche alle radiazioni sia luminose che ionizzanti. In sensitometria si definisce "densità fotografica" il livello di annerimento di un negativo dovuto ad una certa esposizione luminosa o radioattiva. Per le pellicole reversal, o positive, è il livello di schiarimento della pellicola. Tutte le pellicole negative mostrano una certa densità minima Dmin (che viene chiamata anche nebbia di base), e che definisce la densità fotografica della pellicola non esposta ad alcun livello di radiazione luminosa. Per le pellicole reversal è esattamente il contrario, si definisce una Dmax come densità massima in assenza di esposizione. Per le pellicole fotografiche esiste inoltre un criterio, noto come criterio di Dudley, usato sia in letteratura scientifica che dalla NASA, il quale afferma che: un effetto da radiazioni sicuramente visibile ad occhio nudo è associabile ad una variazione di densità pari a 0.3 unità rispetto alla Dmin. Viene infatti definita "sensibilità" della pellicola alle radiazioni: la dose che produce un aumento della Dmin di 0.3 unità. Soglia che la NASA abbassa a 0.2 unità. Un altro parametro importante è il contrasto che è definito come il rapporto tra la variazione di densità ottica e la variazione di esposizione luminosa. Per semplicità normalmente ci si riferisce al contrasto usando il parametro gamma, anche se non sono proprio la stessa cosa, comunque: per elevati valori di gamma basteranno piccole variazioni di luce per avere forti differenze tra chiaro e scuro (maggior contrasto), per bassi valori di gamma si avrà un effetto più sfumato (minor contrasto).

La NASA ha effettuato diversi test sull'effetto delle radiazioni sulle pellicole nell'era post Apollo. Nel documento NASA CR-188427 sono riportati i dati d'effetto delle radiazioni spaziali su alcune pellicole, sia B/N che a colori, imbarcate con la missione Shuttle STS-48 e per le quali è stata misurata una dose di circa 0.35rad dovuta principalmente a protoni (dai raggi cosmici e dalla porzione più bassa delle fasce di Van Allen, ovvero l'anomalia atlantica).Riguardo le pellicole B/N testate, nel documento si legge che a fronte di incrementi di densità minima tra 0.05 e 0.1 unità (circa il 28% in termini relativi di Dmin) le pellicole hanno mostrato un'aumentata granularità delle immagini anche se "non immediatamente visibile". Riguardo le pellicole negative a colori che hanno subito variazioni del 19% del contrasto medio hanno prodotto immagini visivamente più "piatte", mentre incrementi di densità minima di circa 0.25 unità (30% in termini relativi) hanno prodotto evidente rumore nelle zone di ombra.

Questi dati sono confermati nel documento NASA TP-TP-2000-210193 , nel quale vengono anche forniti alcuni grafici sensitometrici assieme ai valori di granulosità espressi in termini rumore (deviazione standard da un valore medio). A pagina dodici viene mostrato l'effetto delle radiazioni dopo 120 giorni sulla stazione MIR per la pellicola negativa a colori FUJI Super Gold ASA 100: la curva sensitometrica (al centro e su carta millimetrata) mostra un aumento di circa 0.2 unità di densità minima (la parte iniziale e quasi piatta delle tre curve , dove i valori di controllo sono le curve tratteggiate) su tutti e tre i livelli di colore RGB, portando la granulosità ad un +17.6% che è in termini di deviazione standard pari a 0.88 (da 5.00 sul controllo, a 5.88 dopo l'esposizione, visibile dai riquadi sulla sinistra), ed inoltre ad una riduzione assoluta di gamma pari a 0.12.


Cliccando sulla foto dovrebbe ingrandirsi

Nonostante il livello di radiazioni non sia specificato, nel documento si fa un accenno generico a 8rad, ovvero circa 22 volte maggiore della dose dalla missione Shuttle STS-48 (0.35rad), quel che conta veramente sono i valori assoluti di variazione di densità ottica, di gamma e di deviazione standard ai quali sono associati effetti sulla qualità delle foto ben definiti, visto che ogni pellicola reagisce ad una dose di radiazioni in modo diverso.

Riguardo le missioni Apollo ho trovato solo questo documento NASA CR-141492 riferito alle pellicole imbarcate con l'Apollo 16, per le quali la NASA riporta, usando come riferimento una sorgente di raggi gamma (il Cobalto 60), una dose assorbita di circa 0.8rad. Il valore indicato è però il 57% più alto della dose complessiva ufficialmente registrata durante l'intera missione Apollo 16 e pari a 0.51rad (5.1mGy). Personalmente non ho tentato di dare una spiegazione per questa discrepanza, io mi limito a considerarla solo come un "errore" di valutazione della NASA.

Nel mio studio invece, utilizzando i dati NASA riportati in TM-64524 , ho ricavato per l'Apollo 16 una dose di radiazioni (sempre riferita ad una sorgente di raggi gamma) di 0.31rad, che è in accordo con la dose subita dalla missione, da cui ho ottenuto una dose di 0.69rad per l'Apollo 14 (2.23x0.31rad). Da questa stima ho ricavato che la pellicola B/N Kodak SO-267 Double-X 2405, usata con la Hasselblad durante le passeggiate lunari nelle missioni Apollo 12 e 14, avrebbe subito le seguenti aumenti di densità minima Dmin:

1) tra il 230% e il 370% (tra 0.32 e 0.51 unità di densità), se si confronta l'Apollo 14 e la stessa pellicola non esposta alle radiazioni

2) tra il 110% e il 195% (tra 0.24 e 0.43 unità di densità), se si confronta la pellicola dell'Apollo 14 con la pellicola dell'Apollo 16 (Kodak Plus-X 3401)

3) tra il 50% e il 60% (tra 0.16 e 0.24 unità di densità), se si confronta l'Apollo 14 con l'Apollo 12



La riduzione di contrasto medio nelle regioni chiare della pellicola (gamma):

1) tra 12% e 19% (tra 0.19 e 0.30 unità di gamma), confrontando l'Apollo 14 e la stessa pellicola non esposta alle radiazioni

2) tra 4% e 12% (tra 0.05 e 0.17 unità di gamma), confrontando l'Apollo 14 e l'Apollo 16

3) tra 6% e 10% (tra 0.09 e 0.15 unità di gamma), confrontando l'Apollo 14 e l'Apollo 12



La riduzione di contrasto nelle regioni scure della pellicola è invece di circa:

1) tra 33% e 51%, confrontando l'Apollo 14 e la stessa pellicola non esposta alle radiazioni

2) tra 40% e 55%, confrontando l'Apollo 14 e l'Apollo 16

3) tra 20% e 35% , confrontando l'Apollo 14 e l'Apollo 12



Va sottolineato che entrambe le pellicole usate dagli astronauti (3401 e SO-267) sono comuni pellicole Kodak sviluppate per la ricognizione aerea (ad elevato contrasto, gamma>1.4) ma vendute anche commercialmente.

Le forchette dei dati sono dovute ad un incertezza riguardo l'effetto dell'ASA/ISO sulla sensibilità alle radiazioni (non ho dati diretti per determinare con precisione tale effetto), per questo motivo ho dovuto fare un'assunzione ed ho preferito lasciare un margine di incertezza, anche se da quel che ho potuto trovare i valori più probabili sono molto più vicini ai valori massimi che ai minimi.

Per quanto riguarda invece le foto a colori, in maggioranza fatte con la pellicola SO-168 (Kodak Ektachrome EF Film, stessa emulsione della Kodak 5241), non ho riscontrato differenze così nette (parliamo di circa il 10% di riduzione del contrasto tra Apollo 14 e Apollo 11, e quest'ultima è la missione con la più bassa radiazione assorbita) e quindi ho preferito non fare indagini successive, considerando possibile il fatto che su di esse non si siano manifestati effetti evidenti di danni da radiazioni.

Le variazioni sopra riportate dovrebbero far mostrare alle foto in B/N dell'Apollo 14 un netto annebbiamento (schiarimento) delle zone scure (leggasi il cielo lunare e le ombre), rispetto alle foto dell'Apollo 16 e 12, dovuto sia all'aumento della densità minima che alla riduzione di contrasto. Un altro effetto che dovrebbe osservarsi è l'aumento di "granulosità" delle foto (rumore), sempre dovuto all'aumento di Dmin; ma ciò non è direttamente misurabile dai dati anche se è estremamente probabile visto quanto riportato nel documento NASA CR-188427 e NASA TP-TP-2000-210193. In termini di contrasto nelle zone chiare invece, considerando solo i minimi che ho indicato, le maggiori differenze si dovrebbero vedere confrontando le foto dell'Apollo 14 con foto scattate qui sula Terra.

Ho effettuato delle semplici confronti tra le foto delle varia missioni che si possono trovare sulle "Apollo Image library" della NASA

Apollo 12

Apollo 14

Apollo 16

e non mi è sembrato di vedere grandi differenze. Le immagini che ho utilizzato sono scansioni a 300dpi delle foto sviluppate da copie dei rullini originali (contrassegnate sul sito con la dicitura OF300), sulle quali non è stato effettuato alcuna correzione particolare se non alcuni "minor adjustments of levels" per cui, traducendo dal sito:

1) le zone molto brillanti del suolo lunare risultino grigio neutrale (ovvero più o meno a metà strada tra bianco e nero in modo da rappresentare correttamente i mezzi toni)

2) gli oggetti di colore noto appaiano correttamente

3) le informazioni nelle zone chiare o scure non siano perse.

Più altre modifiche che però non sono intese a cambiare e o modificare sostanzialmente l'aspetto delle foto, tanto meno correggere effetti dovuti alle radiazioni. Quindi, anche se marginalmente migliorate elettronicamente, mi aspetterei comunque differenze in termini sia di rumore che di contrasto. In più, sebbene nell'era digitale la mitigazione parziale degli effetti visivi delle radiazioni sulle foto sia relativamente semplice, nell'era "analogica" delle missioni Apollo la cosa era estremamente più complessa benché possibile:

1) Gli sbilanciamenti di colori possono essere corretti in fase di sviluppo

2) Il contrasto può essere aumentato, anche se solo entro certi limiti, modificando il processo di sviluppo

Per quanto riguarda l'aumento di Dmin e conseguente perdita di informazione nelle zone scure, con annesso maggior rumore, si può far poco visto che cambia il comportamento chimico/fisico dell'emulsione fotografica e di conseguenza il risultato finale. Nel post successivo riporto alcuni esempi di possibili confronti.

"La stampa è morta" (Egon Spengler - Ghostbuster)
Ultima Modifica 6 Anni 2 Settimane fa da kamiokande.

Si prega Accesso a partecipare alla conversazione.

Di più
7 Anni 10 Mesi fa - 6 Anni 2 Settimane fa #6515 da kamiokande
Confrontando le foto B/N scattate durante l'Apollo 12 con quelle dell'Apollo 14, visto che entrambe le missioni hanno usato la stessa pellicola, si notano ben poche differenze: le foto dell'Apollo 12 sono talvolta più luminose (il suolo appare a volte più brillante) ma dal minor contrasto rispetto alle foto dell'Apollo 14. La maggior brillantezza può essere dovuta a diverse condizioni di luce o ai ritocchi sopra indicati, ma il minor contrasto non è spiegabile visto che avrebbero dovuto avere il 20% in più di contrasto nelle zone scure e del 6% in più nelle zone chiare, rispetto all'Apollo 14 (e dubito che nel ritocco abbiano ridotto il contrasto). Inoltre tra le foto dell'Apollo 14 ce ne sono alcune del modulo lunare fatte in condizione di bassa esposizione, dalla AS14-64-9189 alla AS14-64-9197 del Magazine LL, e che sarebbero dovute essere "molto problematiche" considerando le variazioni della densità fotografica minima.

Qui di seguito mostro una comparazione tra come si vede il modulo lunare nella foto AS14-64-9194HR, sulla destra, e come si dovrebbe vedere stando al mio studio, sulla sinistra. Ho usato una riduzione del 25% di contrasto nella regione di bassa esposizione e con un rumore del 2% (rumore gaussiano a media nulla e varianza di 0.0005), equivalente ad una variazione assoluta di deviazione standard 0.022 ovvero 40 volte più bassa della variazione riportata dalla FUJI Super Gold testata sulla MIR (ovvero 0.88).



Nell'immagine qui di seguito comparo tre porzioni di foto al panorama lunare fatte nelle tre missioni, da sinistra verso destra: foto AS12-49-7255HR (Apollo 12), foto AS14-64-9170HR (Apollo 14) e foto AS16-105-17060HR (Apollo 16), per ciascuna foto la parte estratta è larga 600pixel ed alta 2350pixel, è stata tagliata a partire dal punto x=859 e y=0, riposizionata in modo da avere le tre linee dell'orizzonte allineate e ritagliata infine a 1500 pixel di altezza .



come si vede ci sono poche differenze. Se poi nella foto dell'Apollo 16 si riduce il contrasto della parte scura (ovvero il cielo) solo del 15% , ricordando che la riduzione avrebbe dovuto essere almeno del 40% rispetto all'Apollo 14 (ed inoltre del 27% rispetto all'Apollo 12), si ottiene questo:



il cielo della foto dell'Apollo 16 risulta ora visibilmente più chiaro rispetto alle altre due missioni, e per nulla simile al cielo nella foto dell'Apollo 14. Aumentando invece del 10% il contrasto e riducendo del 30% la luminosità della parte di foto dell'Apollo 12 si ottiene, come ho anticipato prima, una migliore corrispondenza tra Apollo 14 e Apollo 12, cosa che è in contraddizione con l'analisi da me fatta (il contrasto dovrebbe essere diminuito dall'Apollo 12 per ottenere una corrispondenza con l'Apollo 14).



Ho trovato su flickr delle foto scattate qui sulla terra con la stessa pellicola 2405 di Kodak ( 2109903@N24/pool ), nonostante i soggetti siano molto diversi dagli scenari lunari, anche qui la qualità ed i dettagli di queste foto non sembrano mostrare differenze sostanziali con le foto dell'Apollo 12 e 14, si veda per esempio

www.flickr.com/photos/26983280@N00/7651799744/sizes/l/

Comparando lo sfondo nero del cielo lunare rispetto al nero digitale in alcune foto che appaiono visivamente simili nelle missioni Apollo 12, 14 e 16 ho ottenuto, in termini di errore quadratico medio (MSE), i seguenti risultati:


I riquadri dalle foto Apollo, di lato pari a 400 pixel, sono stati ritagliati dalla posizione x=900 e y=200

Dove si vedono due cose: la prima ovvia è che immagini con un livello di rumore visivamente simile producono uno scostamento dal nero digitale in termini di MSE simile, la seconda è che è possibile trovare foto con livelli di rumore molto simili tra le varie missioni Apollo (da un rumore praticamente assente fino ad un rumore chiaramente visibile). Da questo si può dedurre che missioni che dovrebbero presentare livelli di rumore sempre molto diversi (Apollo 14 e 16) presentano in realtà comportamenti molto simili, perciò risulta difficile credere che siano state scattate in condizioni così diverse in termini di risposta alla dose radioattiva assorbita (Plus-X 3401 dell'Apollo 16 contro il Double-X 2405 dell'Apollo 12 e 14).

Come esercizio ho anche provato ad applicare ad una foto scattata sulla terra con la pellicola Double-X 2405 (presa da Flickr nonostante l'autore ne abbia bloccato il download) una riduzione del contrasto nelle zone scure de 30% assieme ad un rumore bianco (a media nulla) di deviazione standard pari a 0.06, per simulare un danno da radiazione simile (ma probabilmente minore) a quello che avrebbe dovuto subire durante le missioni Apollo 12 e 14.


Sopra l'originale, sotto l'elaborazione.

"La stampa è morta" (Egon Spengler - Ghostbuster)
Ultima Modifica 6 Anni 2 Settimane fa da kamiokande. Motivo: Aggiunta la comparazione sul rumore dello sfondo nero.

Si prega Accesso a partecipare alla conversazione.

Di più
7 Anni 9 Mesi fa - 6 Anni 2 Settimane fa #6697 da kamiokande
Per chi fosse interessato, qui di seguito riporto i dettagli della mia analisi. Ho volutamente nascosto le varie parti per "non spaventare i normali".

PREMESSE

1) L'analisi che ho fatto si basa solo ed esclusivamente su dati NASA di tipo sperimentale. Gli stessi report NASA dicono che non esiste teoria in grado di predire gli effetti delle radiazioni sulle pellicole, quindi, a meno di errori, l'unico modo per smentire questa analisi è smentire i dati NASA usando altri dati sperimentali per le stesse pellicole (cosa estremamente improbabile).

2) Riguardo l'effetto della velocità della pellicola (ASA o ISO) sul danno da radiazioni ho dovuto fare un'assunzione non sostanziata direttamente dai dati. Credo comunque che, vedendo cosa è scritto a tal riguardo nei report NASA, e visto gli unici dati in merito che sono riuscito a trovare anche se riferiti ad un'altra pellicola usata nelle missioni lunari, l'assunzione che ho fatto non sia da considerarsi errata. Anche in questo caso occorrerebbero test sperimentali per confutarla.

Fatte queste dovute premesse, come ho anticipato nei post precedenti, credo che si possa dimostrare con un ragionevole grado di sicurezza che le fotografie in bianco e nero scattate sul suolo lunare durante la missione Apollo 14, debbano mostrare segni evidenti di danni da radiazioni specialmente se confrontate con quelle delle altre missioni Apollo.

Ho diviso l'esposizione in tre parti: nella prima spiega brevemente ai non addetti ai lavori la teoria fotografica di base che sostiene il mio ragionamento, nella seconda presento i dati NASA, e nella terza i risultati da me ottenuti le relative conclusioni.I passaggi degni di nota sono in riportati in grassetto.

PARTE I: Sensitometria fotografica
Attenzione: Spoiler!


PARTE II A: Dati NASA
Attenzione: Spoiler!


PARTE II B: Dati NASA e le incongruenze dell'Apollo16
Attenzione: Spoiler!



PARTE III: Dati NASA, radiazioni e danni sulle pellicole
Attenzione: Spoiler!

PARTE III: Conclusioni
Attenzione: Spoiler!


APPENDICE: Effetto dell'ASA sulla sensibilità alle radiazioni
Attenzione: Spoiler!

"La stampa è morta" (Egon Spengler - Ghostbuster)
Ultima Modifica 6 Anni 2 Settimane fa da kamiokande.

Si prega Accesso a partecipare alla conversazione.

Di più
7 Anni 7 Mesi fa #7781 da Lollo954

Si prega Accesso a partecipare alla conversazione.

Di più
7 Anni 7 Mesi fa #7824 da kamiokande
Grazie per il contributo anche se non centra molto con il tema "pellicole fotografiche e radiazioni".

"La stampa è morta" (Egon Spengler - Ghostbuster)

Si prega Accesso a partecipare alla conversazione.

Di più
6 Anni 5 Mesi fa #12520 da kappauno21
Kamiokande, quanto hai scritto sembra molto interessante, ma un po' per pigrizia mentale (e poco tempo), un po' perché sono una capra, mi sono perso a metà strada del tuo post. Potresti farne un sunto in poche parole semplificando al massimo il concetto ? Grazie

Si prega Accesso a partecipare alla conversazione.

Tempo creazione pagina: 0.455 secondi
Powered by Forum Kunena