Trochę fizyki dla dociekliwych
Światło widzialne to fale elektromagnetyczne w zakresie od 380 do 760 nm długości, na które reaguje ludzki zmysł wzroku. Fale krótsze to obszar tzw. nadfioletu, natomiast dłuższe obejmują promieniowanie podczerwone. Promieniowanie o pewnej długości fali w zakresie widzialnym wywołuje w naszym oku określone wrażenie barwne: np. 520 nm odpowiada kolorowi zielonemu, zaś 620 – pomarańczowemu. Mieszając promieniowanie wszystkich barw wchodzących w skład tzw. spektrum światła widzialnego otrzymamy świato białe. Jednak byłoby ono idealnie białe tylko wówczas, gdyby wszystkie składowe jego widma miały takie samo natężenie. Taka sytuacja zdarza się jednak niezwykle rzadko (za źródła światła o bardzo wyrównanej charakterystyce uważa się drogie lampy studyjne, np. takie jak produkowane przez firmę SoLux) – w praktyce fotograficznej będziemy mieli do czynienia z oświetleniem o bardzo zróżnicowanych barwach.

Informacja o barwach danego obiektu dociera do naszych oczu i aparatu fotograficznego w postaci światła. W wypadku ciał fizycznych, może mieć ono źródło zewnętrzne (ciało jest oświetlane lub światło przez nie przenika) lub wewnętrzne (ciało świeci). Ciało doskonale czarne jest obiektem idealnym, które pochłania całe docierające do niego promieniowanie elektromagnetyczne. Jedynym zatem światłem, docierającym do nas ze strony takiego obiektu, może być tylko jego własne.

Ale skąd właściwie biorą się te różnice i pojęcie temperatury barwowej? Żeby to wyjaśnić, musimy dokonać rozróżnienia pomiędzy dwoma rodzajami źródeł światła widzialnego: ogrzane ciała stałe o ciągłym widmie promieniowania (np. świeca, żarówka lub Słońce) oraz te, w których promieniowanie jest emitowane dzięki pobudzaniu atomów, cząsteczek lub pojedynczych elektronów. Skupmy się na tym pierwszym przypadku – powszechnie wiadomo, że ciała rozgrzane do odpowiednio wysokiej temperatury zaczynają świecić. Oczywiście większość z nich nie tylko emituje widzialne promieniowanie po ogrzaniu, ale też odbija światło padające i deformuje przechodzące (np. rozszczepiając je, bądź pochłaniając część widma). Z tego też powodu do opisania właściwości światła rozgrzanych substancji używa się pojęcia ciała doskonale czarnego, czyli takiego, które pochłania całe padające promieniowanie, nie przepuszczając go ani nie odbijając. W przyrodzie oczywiście trudno o podobną substancję, jednak uznaje się, że właściwości zbliżone do ciała doskonale czarnego mają np. sadza oraz... Słońce (jest to przy okazji dowód, że ciało doskonale czarne wcale nie musi być czarne).
Właściwości emitowanego w ten sposób światła nie zależą od rodzaju źródła, a wyłącznie od jego temperatury (a dokładnie do różnicy pomiędzy jego temperaturą a temperaturą otoczenia). I co najważniejsze, można je opisać matematycznym równaniem, jest więc w pełni przewidywalne. Co ciekawe, charakterystyka widma klasycznej żarówki jest stała, niezależnie od mocy (zarówno żarówka 20W, jak i 100W ma tę samą temperaturę barwową). Również źródła światła nieciągłego takie, jak lampy jarzeniowe można – choć ich zasada działania nie ma nic wspólnego z podgrzewaniem ich do wysokiej temperatury – z pewnym przybliżeniem opisać wartością wyrażoną w kelwinach lub miredach. W takich wypadkach przyjmuje się, że temperatura barwowa takiej lampy jest taka, jak światła cieplnego o najbardziej zbliżonej barwie.

Na poniższej prezentacji można sprawdzić, jak zmienia się krzywa rozkładu natężenia promieniowania w zależności od temperatury barwowej światła. Aby się o tym przekonać, należy najechać wskaźnikiem myszki na przyciski pod zdjęciem.


Warto zwrócić uwagę na nieregularność widma światła lampy fluorescencyjnej – widoczne na wykresie wybijające się punkty (tzw. piki) są charakterystyczne dla lamp działających na zasadzie emisji promieniowania przez wzbudzane cząstki elementarne. Tak silna emisja monochromatyczna jest główną przyczyną problemów, jakie z tego typu oświetleniem mają fotograficy. Pracując w takich warunkach najlepiej jest się zaopatrzyć w odpowiednie filtry odcinające nadmierne promieniowanie.

Tak więc chociaż temperatura barwowa jest wielkością abstrakcyjną, to można ją wykorzystywać do opisywania rzeczywistych źródeł światła. Największą jej zaletą jest fakt, że wyrażają ją liczby, dzięki czemu można się do niej odnosić precyzyjnie. W fotografii barwnej, a zwłaszcza reprodukcyjnej, ma to bardzo duże znaczenie.

Dlaczego ciepłe jest chłodne, a chłodne jest ciepłe?
Na zakończenie tego artykułu chciałem wspomnieć o pewnej ciekawostce, która może nie ma wiele wspólnego z fotografią ani fizyką światła, ale jej wyjaśnienie wydaje mi się na miejscu. Zagadnienie temperatury barwowej światła zapewne u wielu z Was wywołało pewną konsternację: dlaczego światło potocznie określane jako ciepłe ma niską temperaturę barwową, a to, które uważamy za zimne – wysoką?
Jak w wielu innych podobnych przypadkach winne są temu obserwacje, jakie poczynili nasi odlegli przodkowie i wnioski, jakie z tych obserwacji wyciągnęli. Przez tysiące lat, jedynym źródłem ciepła, do jakiego człowiek mógł się zbliżyć (a później wrócić żywy, aby o tym opowiedzieć) był płomień ogniska. Był on ciepły, a po zbytnim zbliżeniu parzył. Z drugiej strony żywiołem przeciwnym dla ognia była woda – była chłodna i miała niebieskawy kolor, również w postaci stałej, czyli lodu. Doprowadziło to do powstania prostej analogii: kolory ciepłe to czerwień, żółć i im podobne, natomiast kolory chłodne to błękit, zieleń i fiolet.
Oczywiście nasi przodkowie-obserwatorzy nie mogli wiedzieć, że barwa wody nie ma nic wspólnego z jej temperaturą i że palące się drewno jest w gruncie rzeczy najchłodniejszym z możliwych przykładem ciała świecącego się pod jego rozgrzaniu. I choć już dzisiaj wiemy, że ciała rozgrzane do naprawdę wysokich temperatur emitują niebieskawe światło, to stary podział na barwy ciepłe i chłodne pozostał – co z kolei ma niebagatelne znaczenie dla odbioru naszych barwnych zdjęć przez oglądających je ludzi. Jednak zagadnienie roli koloru w percepcji fotografii to już temat na osobny artykuł.

Choć blask płonącego ogniska odbieramy jako bardzo ciepły, to jego temperatura barwowa jest jedną z najniższych, jakie może mieć światło widzialne. Pamiętajmy jednak, że to, co jest zimne z punktu widzenia fotografii, wcale nie jest takie dla nas – nie mierzmy tej temperatury na własnej skórze.

Zobacz także:
Dziesięć przykazań – jak fotografować dzieci
TEST: Kingston kontra SanDisk - szybkie karty pamięci
TEST: SanDisk Extreme II SSD 480 GB – dysk dla fotografa
Aparaty mobilne przyszłością fotografii?
Aparat, czy puszka sardynek? O nietypowych modelach aparatów
Jak zabezpieczyć aparat przed wodą i kurzem oraz robić zdjęcia pod wodą
Harmonia obrazu, czyli kilka słów o kompozycji
Czarno-białe czy w kolorze?
Lab.fotografuj.pl – zobacz, co możesz zrobić ze zdjęciem
Polska na weekend: PODLASIE - gdzieś tam za Bugiem
Fotografia podróżnicza - porady na dobry początek
Neutralne filtry szare połówkowe w fotografii krajobrazowej
WARSZTAT: Gruszki na wierzbie, czyli podstawy fotomontażu w Photoshopie