Storia - La Fotografia nella Scienza

La Fotografia nella Scienza

La fotografia si è rivelata un elemento di sempre maggiore utilità nell'indagine scientifica: essa offre infatti la possibilità di registrare fenomeni che non possono essere osservati direttamente dall'occhio umano, come ad esempio: 

- quelli che si verificano tempi brevissimi, 

- quelli che avvengono su scala microscopica, 

- quelli che interessano regioni molto vaste di Terra e Spazio 

- quelli legati a radiazioni non visibili 

Tra le più importanti applicazioni della fotografia in campo scientifico, alcune, ricoprono una particolare importanza, fra queste abbiamo:

Fotografia Aerea e Orbitale

La fotografia aerea trova applicazione nella ricognizione archeologica, nelle ricerche geologiche, nei rilevamenti topografici, in agricoltura per ricavare informazioni sulla natura dei terreni e sull'estensione delle colture, in campo militare per ottenere informazioni su obiettivi strategici.

Fotografia aerea dI Venezia. 

La fotografia orbitale permette invece la ripresa di immagini da altezze molto superiori a quelle proprie della fotografia aerea, della quale costituisce un'estensione, mediante apparecchi posti su veicoli spaziali in orbita intorno alla Terra. Tra le sue varie applicazioni si ricordano le indagini meteorologiche, le ricerche sull'inquinamento dei mari, sulle risorse della Terra. Queste applicazioni sono sempre più raffinate anche grazie allo sviluppo e all'incrocio di diverse tecniche di ripresa fotografica digitale incrociate con altri sistemi di rilevazione come il radar.

Fotografia Astronomica

Consiste nella registrazione fotografica delle immagini dei corpi celesti. Tempi sufficientemente lunghi e uso dl pellicole particolarmente sensibili permettono di
registrare immagini di oggetti celesti emananti radiazioni, di intensità troppo debole per poter essere percepite dall'occhio umano, anche con I'aiuto di potenti telescopi. Le prime fotografie astronomiche di pianeti e stelle risalgono al 1870 e ,furono realizzate da Max Wolf.

La Galassia

Il metodo prevede appositi sistemi di inseguimento che compensano la rotazione della terra e la conseguente rotazione apparente della volta celeste. In assenza di questi si ottengono effetti artistici con conseguente strisciata, centrata a nord, degli astri, o ci si limita a brevi esposizioni a basso ingrandimento.

I In tempi più recenti sono stati usati anche sistemi digitali, basati su CCD o CMOS, raffreddati a bassissime temperature per diminuire il rumore elettronico. Tramite l'uso di filtri interferenziali, è anche possibile ottenere fotografie solo alla luce di alcune righe spettrali, ottenendo quindi informazioni sulla composizione della sorgente.

Fotografia a Raggi X

Radiografia mano umana

La fotografia a raggi X è diventata un fondamentale aiuto per la medicina. La radiazione passa attraverso l'oggetto che si intende fotografare e viene assorbita in maniera diversa in relazione alla struttuta atomica, alla densità e allo spessore dell'oggetto stesso. I raggi X vengono inoltre utilizzati anche nell'industria per evidenziare difetti di fusione o di saldatura dei metalli.

Fotografia nell'infrarosso e ultravioletto

Le riprese nell'infrarosso e nell'ultravioletto, rese possibili da obiettivi e pellicole particolari, interessano principalmente 

-astrofisica, 

-spettroscopia, 

-mineralogia, 

-criminologia (impronte), 

-biologia, 

-medicina, 

-prospezione aerea del suolo,

-tecnica del restauro. 

                                                          L'Ultravioletto...

Infrarosso Ultravioletto

Gli alogenuri d'argento possiedono una sensibilità naturale che si estende nelle zone dell'ultravioletto e del blu ed è limitata solo dall'assorbimento dell'obiettivo, della gelatina e dell'aria. Le radiazioni UV rientrano nell'ambito della luce non visibile all'occhio umano e si posizionano sulla scala dei colori oltre il violetto. Vengono comunemente suddivise in due fasce: quella più vicina al visibile (UVA e UV-B, da 200 a 380 micron) e quella più estrema, UV-C, che addirittura può arrivare a "10 micron. 

Lampada di Wood

Nella fotografia scientifica si usa come fonte luminosa una lampada chiamata "di Wood" definita anche "lampada nera" perché il bulbo è molto scuro, praticamente nero. Questa lampada consente di rilevare effetti di fluorescenza, in particolare nel settore della riproduzione di documenti antichi, per rilevare scritte e segni che non sono più visibili ad occhio nudo, ma molto importanti per gli studiosi incaricati di effettuare indagini approfondite.  Considerato che l'emissione di luce ultravioletta è molto bassa, l'esposizione di fotografie con questo tipo di illuminazione è lunghissima su pellicola. Nel digitale invece è possibile sfruttare la maggiore sensibilità dei sensori a queste radiazioni e quindi ottenere risultati con maggiore rapidità di scatto, utili per evitare esposizioni eccessive alla luce ultravioletta per documenti e opere preziose. Altri settori di utilizzo delta lampada di Wood sono il controllo della veridicità delle banconote, dei francobolli e in ambito medico la rivelazione di malattie della pelle.

Filtro UV

Nella fotografia normale, ovvero in quella che non ha applicazioni scientifìche, le radiazioni ultraviolette sono da filtrare, per evitare  disturbi in fase di riproduzione  (minore contrasto, minore nitidezza). Le ottiche moderne sono trattate con sistemi anti-UV sulle lenti, ma molti comunque preferiscono anteporre un fìitro anti UV davanti all'obiettivo, che non riduce la luminosità e per di più evita i rischi di graffi sulla lente frontale. I comuni obiettivi fotografici trasmettono l'ultravioletto fino a circa 320 nm, limite oltre il quale occorre usare obiettivi con lenti in quarzo o fluorite, che trasmettono fino a circa 120 nm. Peraltro, al di sotto dei 200 nm diviene sensibile l'assorbimento dell'aria, per cui occorre operare in atmosfera d'azoto o, meglio, nel vuoto. 
L'Infrarosso...

Foto all'Infrarosso

La fotografia all'infrarosso è una delle tecniche speciali più affascinanti. Sin dall'epoca della pellicola ha attratto non solo il pubblico scientifico e tecnico, ma anche gli appassionati che hanno amato molto la resa  dei colori assolutamente originali, il problema è che per riprodurre le radiazioni infrarosse (IR) è necessario anteporre un filtro rosso molto scuro (quasi nero), che filtra tutte le radiazioni "visibili" imponendo quindi tempi di esposizione molto lunghi. 
La radiazione infrarossa, inoltre,non viene assorbita dagli alogenuri d'argento e non è quindi in grado di impressionare le emulsioni fotografiche. Particolari sensibilizzatori cromatici possono però rendere sensibili i materiali fotografici anche alla radiazione infrarossa fino a circa 850 nm.

Filtro Infrarosso

Sulle fotocamere digitali è montato un filtro davanti al sensore che "taglia" tutte, o quasi, le radiazioni IR. Questo significa che per esporre un'immagine IR bisogna scattare con tempi di esposizione lunghissimi ,perché la poca luce IR che passa attraverso il filtro davanti all'obiettivo viene ulteriormente bloccata dal fìltro anti IR sul sensore. In pratica, solo una piccolissima parte delle radiazioni riesce a raggiungere il sensore.  Una soluzione, sulle reflex, abbastanza "invasiva" ma in grado di scattare immagini IR con tempi di esposizione normali prevede l'eliminazione del filtro sul sensore, senza filtro davanti al sensore, la fotocamera diventa infatti adeguata all'uso per la ripresa IR, ma non per quella normale. 
Sulle compatte, specialmente quelle non di ultima generazione, di solito i sensori anti IR sui sensori sono meno "precisi" e quindi lasciano passare più luce, riducendo i tempi di esposizione. 

Fotografia ultrarapida e stroboscopica  

La Fotografia ultrarapida, viene utilizzata per l'analisi del movimento di oggetti fissi. Gli otturatori meccanici infatti non consentono tempi di posa inferiori a qualche frazione di millesimo di secondo e permettono la ripresa solamente di oggetti in movimento relativamente lento.

Immagine Ultrarapida

Già nel 1851 Talbot utilizzando come fonte di luce la scintilla provocata dalla scarica di una serie di bottiglie di Leida, riuscì a realizzare delle immagini con un tempo di posa dell'ordine del milionesimo di secondo. Questa tecnica venne  subito applicata alla balistica per riprendere le  immagini di un proiettile in volo.  
Nel 1896 si osservò per la prima volta l'onda d'urto che si propaga insieme a un proiettile che si muove ad elevata velocità.

Nel 1930 Edgerton iniziò uno studio sistematico delle possibilità della fotografia ultrarapida, dedicandosi particolarmente al perfezionamento delle sorgenti di luce e utilizzando in modo particolare il flash elettronico. 

Le riprese ultrarapide richiedono quindi l'impiego di sorgenti che emettono lampi di luce particolarmente brevi e intensi senza l'impiego di otturatori, oppure utilizzando otturatori speciali. Con questi sistemi si ottengono normalmente tempi di posa dell'ordine del decimilionesimo di secondo e si possono raggiungere i 5 nanosecondi. Utilizzando per l'illuminazione una serie di lampi di luce in rapida successione si ottiene sul negativo una serie di immagini in posizione diversa. È questo il principio su cui si basa la fotografia stroboscopica, utilizzata per l'analisi dei movimenti.

Microfotografia

Microfotografia

Consiste nella registrazione fotografica delle immagini di soggetti piccolissimi, nel caso di microscopia ottica nell'ordine dei micron. Viene utilizzata nel settore della ricerca medica per realizzare immagini di batteri e virus presenti nel corpo. Anche qui tale tecnica presenta diversi vantaggi rispetto all'osservazione diretta perché l'emulsione fotografica o il sensore digitale, esposti per un tempo sufficientemente lungo, registrano anche radiazioni di intensità troppo debole per poter essere percepite dall'occhio umano, specialmente in caso di tecniche in fluorescenza, permettono l'arresto tramite tempi di esposizione brevi di soggetti molto rapidi come protozoi in vivo, o la visualizzazione in porzioni dello spetto non percepibili dall'occhio. Un banco ottico per microfotografia è composto dalla fotocamera montata sul microscopio e da un particolare sistema d'illuminazione. 

Fotografia stereoscopica 

La fotografia stereoscopica trova svariate applicazioni che vanno dal puro intrattenimento, alla ricerca scientifica , al rilievo fotogrammetrico.

Stereovisione

La fotografia riproduce gli oggetti su una superficie piana e l'illusione della profondità è data esclusivamente dalla prospettiva e dal chiaroscuro.  Gli esseri umani  hanno infatti un sistema visivo binoculare, che permette di percepire la distanza. Provate a guardare fuori dalla vostra finestra: immediatamente e senza alcuna difficoltà riuscirete a percepire quali sono gli oggetti più vicini e quali i più lontani rispetto a voi. Provate ora a guardare gli stessi oggetti chiudendo uno dei due occhi. Probabilmente avrete qualche leggera difficoltà rispetto a prima.

La stereoscopia permette di creare una percezione apparente della tridimensionalità degli oggetti utilizzando coppie di scatti diversi che il cervello fonde in un'unica immagine ricreando il senso della profondità. 
Per poter visualizzare le immagini ricreando il senso di profondità è necessario usufruire di un visore che permetta di mostrare a ogni occhio solo una delle due immagini: il viewmaster o fotocamera stereoscopica che consente di vedere in serie un numero limitato di immagini senza sostituirle di volta in volta, grazie alla semplice pressione di una leva.  Lo stesso principio si trova alla base delle proiezioni 3D, in cui vengono proiettate contemporaneamente sullo schermo due visioni sfalsate della stessa scena e l'uso di appositi occhiali consente al nostro cervello di ricostruire una tridimensionalità che è soltanto apparente.
Un po si storia...
La fotografia stereoscopica nasce nel 1832 quando Charles Wheatstone  realizzatore del  primo stereoscopio a specchi, commissiona a Talbot i primi esperimenti di "stereofotografia". Le prime immagini stereoscopiche vengono realizzate nel 1842 e sono dei dagherrotipi. In seguito gli stereogrammi verranno confezionati come positivi su cartoncino, illuminati per riflessioni, su carta sottile e lastre di vetro, illuminati per trasparenza, e infine, nel XX secolo su diapositiva, trovando amplia diffusione commerciale.