Тень — область, скрытая от света¶

Тень — область пространства, из которой прямые лучи света не могут достичь наблюдателя или поверхности, так как путь света перекрыт непрозрачным объектом. Тени возникают повсеместно в повседневной жизни, в природе, технике, искусстве и науке, являясь прямым следствием прямолинейного распространения света.

¶Физическая природа тени

Согласно геометрической оптике, свет распространяется прямолинейно. Когда непрозрачный предмет оказывается на пути пучка света, он препятствует прохождению лучей, и на расположенной за предметом поверхности образуется область, куда свет не попадает. Эта область и называется тенью.

Различают два элемента тени:

• Полная тень (умбра) — область, куда не попадает ни один луч от источника света. Здесь наблюдается полное отсутствие освещения от данного источника.
• Полутень (пенумбра) — область, куда попадает лишь часть лучей от протяжённого источника света. Наблюдается пониженная освещённость.

Если источник света имеет нулевой размер (точечный источник), полутень отсутствует, и граница тени получается резкой. При протяжённом источнике (например, у Солнца угловой диаметр около 0,5°) тени имеют размытые края, а полутень тем шире, чем дальше поверхность от объекта.

¶Геометрия и размеры тени

Размеры тени зависят от взаимного расположения источника света, объекта и экрана. При освещении точечным источником тень на экране может быть больше, меньше или равна объекту — это определяется соотношением расстояний от источника до объекта и от объекта до экрана. При параллельном освещении (когда источник удалён бесконечно далеко, как Солнце для Земли) размер тени равен размеру объекта.

При движении объекта относительно источника тень перемещается и меняет форму. При освещении сферы точечным источником тень на экране имеет форму эллипса, а при параллельном освещении — круга.

¶Тени в природе

Наиболее известные природные тени — это явления, связанные с положением Солнца и Луны.

¶Солнечные затмения

Полная солнечная тень Луны на поверхности Земли порождает полное солнечное затмение. Узкая полоса полной тени (диаметром около 270 км в максимуме) движется по земной поверхности со скоростью до 8000 км/ч, создавая эффект внезапного наступления сумерек. Вокруг полосы полной тени расположена широкая область полутени, где наблюдается частичное затмение. Из-за того, что Луна примерно в 400 раз меньше Солнца, но находится примерно в 400 раз ближе к Земле, их видимые размеры почти совпадают — редкое космическое совпадение, делающее полные солнечные затмения возможными.

¶Лунные затмения

Земля, будучи освещённой Солнцем, отбрасывает длинную конусообразную тень в космическое пространство. Когда Луна входит в эту тень, наступает лунное затмение. В полной земной тени Луна приобретает тёмно-красный оттенок — так называемая «кровавая Луна» — из-за преломления солнечного света в земной атмосфере, пропускающей преимущественно красную часть спектра.

¶Дневные тени

Днём объекты на Земле отбрасывают тени, направление и длина которых зависят от высоты Солнца над горизонтом. Утренние и вечерние тени длиннее полуденных. По теням можно определять время суток — этот принцип использовался в древних солнечных часах, где тень от гномона (специальной указательной палочки) указывала время на циферблате.

¶Тени в искусстве и живописи

Использование теней является одним из ключевых приёмов изобразительного искусства. Техника кьяроскуро (итал. chiaroscuro — «свет-тьма»), получившая развитие в эпоху Возрождения и барокко, заключается в контрастном сопоставлении светлых и тёмных зон на картине для создания объёма и глубины. Мастера кьяроскуро — Леонардо да Винчи, Караваджо, Рембрандт.

Тень в живописи выполняет несколько функций: передаёт объём предмета, создаёт иллюзию пространства, формирует настроение композиции. Отдельный вид — падающая тень, отбрасываемая предметом на соседнюю поверхность, — служит важным средством «приземления» объекта в пространстве картины.

В фотографии тени используются как художественный приём: жёсткие тени создают драматический эффект, мягкие — передают объём и текстуру.

¶Тени в науке и технике

В астрономии измерение теней и покрытий позволяет определять размеры и атмосферы небесных тел. Метод теневых телескопов (обсерватория Лик, телескоп «Данн») использует искусственную тень от диска, закрывающего звезду, для наблюдения солнечной короны.

В компьютерной графике генерация реалистичных теней (ray tracing, карты теней, метод мягких теней) является одной из центральных задач фотореалистичного рендеринга.

В физике эксперимент с двумя щелями и теневыми зонами лёг в основу квантовых исследований природы света.

¶Интересные факты

• В полной тени полного солнечного затмения температура воздуха может понизиться на 10–15 °C за несколько секунд.
• Древние египтяне связывали тьму затмения с божественным гневом; первые научные объяснения солнечных затмений дал в VI веке до н. э. Фалес Милетский.
• В японской традиции искусства тень считается неотъемлемой частью эстетики — концепция «инэй рися» («красота тени»), описанная в трактате «Имидзё» (1933).

¶Источники

• Физика: учебник для 8 класса — под ред. Пёрышкина А. В.
• Геометрическая оптика. Основные понятия и законы.
• Максимович К. А. «Искусство тени: кинематограф и визуальная культура».
• Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона — статья «Тень».