De allereerste kleurenfoto werd in 1848 gemaakt door de Franse fysicus Edmond Becquerel. Hoe hij dat voor elkaar kreeg, was voor hemzelf en de rest van de wereld jarenlang onduidelijk. Tot nu. Ruim 170 jaar later hebben Franse onderzoekers ontdekt dat de kleuren in deze foto ontstaan zijn door zilveren nanodeeltjes.
Erg indrukwekkend is de eerste kleurenfoto niet: een vage streep die geleidelijk van blauw overloopt naar groen, geel en rood, dit alles op een vaalpaarse achtergrond. Becquerel, vader van Nobelprijswinnaar Henri Becquerel, legde daarmee het lichtspectrum van de zon vast.
De geschiedenis van de wiskunde is diverser dan je denkt
Wiskunde is niet alleen afkomstig van de oude Grieken. Veel van onze kennis komt van elders, waaronder het oude China, India en het Arabisch Schiereil ...
‘Zeer waarschijnlijk gebruikte Becquerel een heliostaat, om het zonlicht naar een prisma te sturen. Die rafelde het zonlicht uiteen in de verschillende kleuren’, mailt Marie-Angélique Languille van het Franse Centre de Recherche sur la Conservation. ‘Dat licht is daarna met een lens op een lichtgevoelig zilverchloride plaatje gefocust, waar de verschillende kleuren werden vastgelegd.’
Vergeten kleurenfoto
Er bestaan nog maar enkele foto’s die met deze techniek zijn gemaakt. Dat komt onder andere doordat zulke plaatjes erg lichtgevoelig zijn en snel vervagen. Ook zijn er maar weinig van gemaakt. Kleurenfotografie werd pas populair toen een andere, eenvoudigere methode opkwam, waarbij de resultaten minder snel vervaagden. De eerste techniek verdween toen in de vergetelheid.
De Franse onderzoekers wilden de oorsprong van de kleuren aan het licht brengen. Daarom deden ze Becquerels methode na. Ze maakten vergelijkbare zilveren, lichtgevoelige plaatjes en beschenen die met verschillende kleuren licht. ‘Daardoor veranderden de aanvankelijk roze-roodachtige plaatjes in een kleur dicht bij de kleur van het licht waarmee we het beschenen’, vertelt Languille.
Vervolgens onderzochten ze de plaatjes met moderne technieken om verschillende theoretische verklaringen te testen. Als de verschillende kleuren het resultaat zouden zijn van pigment, dan zou elke kleur een andere chemische samenstelling moeten hebben. Dat bleek niet het geval.
Daarna keken ze of de kleuren misschien ontstonden door interferentie, waarbij de lichtgolven die weerkaatsen op het plaatje elkaar versterken of uitdoven. Die interferentie kan veroorzaakt worden door een specifieke, regelmatige microscopische structuur. Dit is hoe bijvoorbeeld vlindervleugels hun bijzondere kleuren krijgen. Maar ook deze verklaring kan de prullenbak in. Ze zagen geen regelmatige, microscopische structuren in de zilveren plaatjes.
Herschikkende nanodeeltjes
Pas toen de onderzoekers de zilveren plaatjes in nog meer detail bekeken, ontdekten ze het geheim. Tussen de zilverchloridekorrels die het oppervlak bedekten, zaten ook piepkleine zilveren nanodeeltjes van enkele miljoensten van een millimeter.
De grootte en de verdeling van deze nanodeeltjes bleek per kleur te verschillen. Het blauwe monster had bijvoorbeeld nanodeeltjes van allerlei grootte. Op het rode plaatje vonden de onderzoekers vooral nanodeeltjes van minder dan 25 nanometer groot en weinig nanodeeltjes tussen de 30 en 45 nanometer.
Die verschillende samenstellingen van nanodeeltjes zorgen ervoor dat het oppervlak alle kleuren licht absorbeert, behalve de kleur die de nanodeeltjes heeft doen veranderen. Daardoor ziet het plaatje waar rood licht op viel er onder wit licht rood uit.
‘We denken dat dit komt doordat de energie van het invallende licht ervoor zorgt dat de verdeling en grootte van de nanodeeltjes verandert’, zegt Languille. Ze reorganiseren zich afhankelijk van de kleur licht die je erop schijnt. En soms vallen ze daarbij uit elkaar in kleinere deeltjes en soms smelten ze samen tot grotere.
Metingen met een speciale elektronenmicroscoop lijken deze theorie te bevestigen. Zo is er na ruim 170 jaar eindelijk een verklaring voor de allereerste kleurenfoto.