На левом снимке — перевернутый фрагмент картины французского импрессиониста Эдгара Дега «Портрет женщины» («Portrait de Femme», масло, 1876–1880 гг.) из Национальной галереи Виктории в Мельбурне. На правом снимке — скрытый под ним портрет Эммы Добиньи (настоящее имя Мари Эмма Тюйо), работавшей у художника моделью в 1869–1870 гг. Левое и правое изображения занимают одно и то же место на холсте (это видно по характерному горизонтальному мазку белой краски).
Верхний слой краски «Портрета женщины» остался нетронутым: портрет Эммы Добиньи был воссоздан при помощи метода рентгенофлуоресцентного анализа. Этот метод позволяет установить распределение на полотне некоторых химических элементов (меди, хрома, цинка, мышьяка, ртути, кобальта, железа, марганца) — так называемые карты элеметов. Распределение же цветов восстанавливается исходя из того, в каких пигментах используются эти элементы.
Восстановление цвета из набора карт элементов — задача непростая. Каждой карте элемента назначают свой тон (цвет), прозрачность и значение параметра гамма-коррекции. Выбор цвета подразумевает выбор пигмента, которому отвечает карта элемента. Некоторым элементам соответствует только один пигмент: например, ртути — киноварь (HgS), имеющая красный цвет; кобальту скорее всего соответствует пигмент «синий кобальт», или алюминат кобальта(II) CoAl2O4. Однако в большинстве случаев элементу может соответствовать целый набор пигментов: например, медь встречается в зеленых (малахит CuCO3×Cu(OH)2) или синих пигментах (азурит 2CuCO3×Cu(OH)2 и александрийская лазурь CaCuSi4O10). Чтобы правильно соотнести краски и элементы, нужно либо проводить дополнительные исследования, либо использовать знания о возможностях и предпочтениях художника в выборе красок при создании картины. Остальные параметры (прозрачность и значение параметра гамма-коррекции) выбираются так, чтобы изображение, во-первых, было видно, а во-вторых, соответствовало стилистике исполнения мастера.
Карты химических элементов составляют при помощи методов энергодисперсионной рентгенографии и рентгенофлуоресцентного анализа. В обоих случаях необходимо фиксировать число фотонов полезного сигнала и их энергию.
В энергодисперсионной рентгенографии, как и в обычной рентгенографии, роль полезного сигнала выполняет прошедшее сквозь картину рентгеновское излучение. Изображение, полученное в диапазоне энергий рентгеновского излучения, включающего край полосы поглощения выбранного элемента, дает карту его распределения.
В случае рентгенофлуоресцентного анализа полезным сигналом является характеристическое рентгеновское излучение элементов, возбуждение которого происходит под действием внешнего источника рентгеновского излучения. Чтобы получить информацию о пространственном распределении элементов, нужно проводить сканирование в каждой точке картины, а это очень времязатратно; поэтому на помощь приходят всё более совершенные синхротронные источники рентгеновского излучения, позволяющие проводить сканирование с высокой скоростью (~5 мс на пиксель) и разрешением (~0,01 мкм2 на пиксель).
Схема станции рентгенофлуоресцентной микроскопии на синхротронном излучении (PETRA III P06, синхротрон DESY, Германия), использующейся для получения карт распределения элементов в скрытых красочных слоях станковой живописи. Из синхротронного излучения, сгенерированного на ондуляторе, монохроматором выделяется рентгеновское излучение нужной энергии. Интенсивность полученного луча регулируется апертурой, и затем он фокусируется зеркалами Киркпатрика-Баэза на исследуемый образец через отверстие в детекторе Maia. Это кремниевый полупроводниковый детектор ионизирующего излучения, работающий в геометрии обратного отражения и фиксирующий число и энергию рентгеновских фотонов с высокой скоростью (5×107 фотонов/с на пиксель) и разрешением (260 эВ на пиксель), что позволяет создавать карты элементов для макрообъектов. Изображение из статьи D. Thurrowgood et al., 2016. A Hidden Portrait by Edgar Degas
Одним из первых методом рентгенофлуоресцентной микроскопии с использованием синхротронного излучения был воссоздан портрет женщины под картиной Ван Гога «Лоскут травы» («Grasgrond», масло, 1887 год, Музей Крёллер-Мюллер). Для восстановления цвета использовали карты распределения сурьмы (отнесена к бледной «неаполитанской желтой» (см. Naples yellow) краске состава Pb2Sb2O7) и ртути (красная киноварь).
Скрытый портрет женщины, восстановленный в цвете, под красочным слоем «Лоскута травы» Ван Гога. Изображение с сайта pubs.acs.org
Многослойность картин, наличие «второго дна» — явление, весьма распространенное в мировой станковой живописи. Исследования скрытых слоев краски неразрушающими методами активно вели и до разработки метода рентгенофлуоресцентной микроскопии. Наибольшее распространение в этой области получила классическая рентгенография. Ее стали использовать для исследования живописи практически сразу после открытия Вильгельмом Рентгеном рентгеновского излучения в 1895 году. Мягкое рентгеновское излучение (< 30 кэВ), проходя сквозь картину, по-разному поглощается и рассеивается (в первую очередь за счет фотоэффекта) на различных ее участках, формируя на детекторе контрастное изображение. Рентгенография позволяет увидеть, как распределены красочные пигменты, содержащие тяжелые элементы, ослабление интенсивности рентгеновского пучка на которых растет с их атомным номером и толщиной красочного слоя. По сути, рентгенография позволяет получить «тень» (негатив) картины, вклад в которую будут давать наиболее толстые красочные слои и слои, содержащие тяжелые элементы. Однако четко различить слои красок и содержащиеся в них элементы между собой метод не позволяет.
Рентгенограмма картины Ван Гога «Натюрморт с полевыми цветами и розами» («Stilleven met akkerbloemen en rozen», масло, 1886–1887 гг., Музей Крёллер-Мюллер) позволила обнаружить скрытое изображение сцены борьбы. Красный прямоугольник указывает одну и ту же область на картине и рентгеновском снимке. Изображение из статьи M. Alfeldab, J. A. C. Broekaerta, 2013. Mobile depth profiling and sub-surface imaging techniques for historical paintings — A review
Популярен также метод рефлектометрии в ближнем ИК-диапазоне (с длиной волны 0,7–2,5 мкм). По сути, это просто фотография картины, выполненная в инфракрасном свете. Пигменты в красочных слоях картины будут пропускать, поглощать или отражать инфракрасные лучи иначе, чем видимый свет. Способность инфракрасных лучей проникать сквозь отдельные слои живописи позволяет фиксировать не суммарное изображение красочных слоев (как на рентгенограмме), а лишь некоторые из них. В тех случаях, когда нижележащие слои обладают достаточно высоким коэффициентом отражения для ИК-излучения, а верхние слои живописи оказываются для него достаточно прозрачными, можно обнаружить переделки и авторские изменения композиции, авторский рисунок, скрытые под записями или «исчезнувшие» надписи и подписи.
«Портрет женщины» Эдгара Дега в видимом (слева) и инфракрасном свете (справа). Изображение с сайта ngv.vic.gov.au
Однако рентгенография и инфракрасная микроскопия дают слишком мало информации о скрытых изображениях, составе пигментов и их пространственном распределении. А вот рентгенофлуоресцентный анализ в ближайшем будущем позволит нам во всех красках увидеть скрытые пока от нас шедевры мировой живописи.
Изображение с сайта и из статьи D. Thurrowgood et al., 2016. A Hidden Portrait by Edgar Degas.
Алексей Япрынцев










Карты элементов, окрашенные в цвет содержащих их пигментов, и восстановленное в цвете скрытое изображение Эммы Добиньи. Фото с сайта huffingtonpost.com.au