Физики Дальневосточного федерального университета совместно с зарубежными коллегами разработали новый метод зондирования пыли в атмосфере Земли и в космосе. Этот метод основан на так называемом эффекте (законе) Умова, согласно которому существует строгая математическая связь между альбедо (отражающей способностью) космического тела и степенью поляризации отраженного от него света. В начале прошлого века, когда эта закономерность была открыта профессором МГУ Николаем Умовым, считалось, что она верна только для крупных космических объектов, таких, например, как планеты. Неровности на поверхности небесных тел при их размерах взаимно сглаживались, и поляризованный отраженный свет как бы шел от идеального шара размером с планету.
Фото: Wikipedia
Но как выяснилось в последние годы, закон Умова соблюдается и для частиц пыли, размер которых сравним с длиной волны падающего света, равной примерно 0,5 микрона. А чем мельче частицы пыли, тем меньше они похожи на идеальные шарики, напротив, их форма напоминает что угодно, кроме шара. Кроме того, при размерах частиц около микрона светорассеивание на них происходит несколько иначе, чем в случае с макрообъектами.
Дальневосточные физики изучали рассеяние света частицами неправильной формы двух разных типов. Несмотря на то что форма частиц была совсем разная, они демонстрировали практически одинаковую картину соблюдения закона Умова, что говорило о возможности его использования для мельчайших частиц любой формы. Более того, по степени поляризации отраженного света можно оценивать плотность и размерный состав частиц в пылевом облаке. Результаты исследования опубликованы в журналах Optics Letters и Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer.
«В нашем новейшем исследовании мы убедились, что закон Умова проявляется одинаково как на больших объектах, например, Луне, так и на одиночных микронных частицах — космической или атмосферной пыли. Этот эффект позволяет очень точно оценить концентрацию пылевых частиц — будь то в земной атмосфере или в космическом пространстве»,— поясняет один из авторов исследования, ведущий научный сотрудник Школы естественных наук ДВФУ Евгений Зубко.
Новый метод расширяет возможности исследования не только комет и облаков межпланетной пыли, но атмосферных аэрозолей. В виде аэрозолей на нашей планете ежегодно происходит перенос на тысячи километров миллиардов тонн вещества. Особенно он важен при оценке выбросов в атмосферу вулканического пепла и миллионов тонн твердых отходов промышленности, которые попадают в атмосферу при сжигании ископаемого топлива, выплавке стали, химическом синтезе и т. д. Мониторинг этих аэрозолей станет точнее и информативнее.
Исследование будет продолжено в ДВФУ совместно с группой сотрудников Института автоматики и процессов управления ДВО РАН под руководством доктора физико-математических наук Андрея Павлова. Ученые планируют проводить поляриметрические наблюдения за атмосферой Земли и анализировать данные с помощью закона Умова.
Сергей Петухов