Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами - Дейрменджан Д.
Скачать (прямая ссылка):
В последнее время вопросу о природе марсианской поверхности и связанной с ней атмосферной пылью уделяется большое внимание. Попытка разрешить эту проблему с помощью поляриметрических и фотометрических измерений была предпринята, например, Дольфусом [112, 113]. Однако она до сих пор не решена, несмотря на успешную передачу телефотоизображений поверхности Марса с космического корабля «Маринер-4» [1141 *). Если исключить возможность посадки космического корабля непосредственно на поверхность Марса, то фотометрические исследования продолжают оставаться хорошим средством для изучения размера и природы частиц атмосферной пыли, очевидно сдуваемой ветрами с его поверхности. Разумеется, некоторые виды марсианских дымок могут иметь космическое происхождение. Вполне возможно, что они образуются подобно земным перламутровым облакам 1115]. Они также могут быть продуктом конденсации какого-либо вещества, входящего в состав атмосферы Марса. В любом из этих случаев оптические характеристики дымок не обязательно связаны с природой вещества поверхности. Вероятно, лучше всего их исследовать с помощью методов, используемых при изучении стратосферного аэрозоля в земной атмосфере.
С этой целью, кроме моделей силикатных и металлических частиц (железо), в таблицы включено несколько моделей лимонитпых частиц (табл. 106 и Т. 111), из которых, как полагает Дольфус, может состоять поверхность Марса и его атмосферная пыль. Эти модели могут быть полезными при интерпретации будущих более детальных фотометрических и поляризационных измерений. В связи с часто наблюдаемыми пылевыми бурями, периодически закрывающими отдельные области поверхности Марса, полезно обратиться к обсуждению, проведенному в разд. 2.3.2, а также к рис. 7 и 8, а, которые помогают приблизиться к ответу о природе поглощающих пылевых частиц [1161. В частности, быстрый рост альбедо однократного рассеяния, наблюдаемый на рис. 7 и 8, а при увеличении относительного размера частиц в случае слабого по-
*) О результатах зондирования атмосферы Марса с космических кораблей «Ма-ринер-6 и 7» см. сб. «Исследования атмосфер Марса и Венеры» (см. примечание на стр. 141) и книгу Ш. Мишо« Планета Марс», изд-во «Мир», М.,1970.— Прим. ред.
10*
148
Теория рассеяния света
глощения, может быть интересным для объяснения условий конденсации в разреженной атмосфере Марса и поддержания низкой радиационной температуры аэрозольных частиц.
4.4.3. КОЛЬЦА САТУРНА
Кольца Сатурна представляют собой еще одну чрезвычайно интересную проблему, которая требует критического анализа в свете приведенных здесь результатов. Как следует из недавнего довольно обширного обзора Александера 11171, за последние 50 лет мало что изменилось в нашем понимании природы Сатурна, его колец и спутников. Основные трудности обусловлены большим удалением этой планеты от Земли и малыми фазовыми углами, при которых выполняются наблюдения (0—6°). Первая из этих трудностей приводит к недостаточной точности и малому разрешению фотометрических данных при наблюдениях звезд, покрытых кольцами Сатурна, а вторая — к существенному ограничению интервала углов рассеяния, необходимого для определения индикатрисы рассеяния частиц, образующих эти кольца.
Вследствие указанных трудностей данные о плотности, размерах, форме и концентрации частиц в кольцах Сатурна, полученные разными авторами, плохо согласуются между собой. Начиная с классической работы Лапласа, наиболее серьезные теоретические исследования были посвящены проблеме динамической устойчивости колец. Это недавно еще раз подтвердило обсуждение данной задачи [ 118]. Даже такая фундаментальная величина, как оптическая толщина различных колец в радиальном направлении и вдоль нормали к плоскости колец, не определена еще с достаточной степенью точности. Кук и Франклин [119] пытались получить более точные оценки, проведя критический анализ старых данных о покрытиях звезд и спутника Япета тенью от колец Сатурна. Этот метод не является прямым в том смысле, что зависит от предварительно принятых допущений об отражательной способности спутника, а также от неизвестной оптической толщины самого кольца и характера создаваемой им тени. Последующие уточнения Кука и Франклина учитывали влияние конечного размера Япета и его кривую блеска, а также эффект потемнения к краю солнечного диска. Однако эти усложнения не привели к значительному улучшению получаемых результатов.
Существует ряд проблем помимо упомянутых выше трудностей наблюдений. Например, полидисперсный характер колец Сатурна, а также измепчивостьрассеивающих свойств и функции распределения поразме-рам образующих их частиц вообще серьезно не изучались при интерпретации данных наблюдений. В частности, Александер [117, стр. 338] указывает, что даже в недавних исследованиях но кольцам Сатурна наблюдается удивительная приверженность к традиционному рассмотрению [120]. Действительно, большинство сделанных ранее гипотез относительно природы частиц, образующих кольца (камни или мелкая
Глава 4. Анализ и применение полученных результатов 149
пыль), можно улучшить посредством введения однократного рассеяния, согласно уравнению (99). При этом необходимо учитывать влияние размеров, функции распределения, концентрации и комплексности показателя преломления нолидисперсных частиц на матрицу рассеяния *). Эти параметры могут также изменяться в радиальном направлении колец аналогично случаю частиц, вызывающих Зодиакальный свет. Расстояние между кольцами Л и В по-разному оценивается Лио [см. 113, стр. 567) и другими авторами [117]. Ранее считали, что область между кольцами свободна от частиц. Если, наоборот, в соответствии с. массой колец предположить, что в этой области содержится достаточное число крупных частиц, тогда по сравнению с более яркими частями колец получаем относительный минимум интенсивности излучения, рассеянного назад. Подобным же образом можно объяснить наличие полос, которые иногда наблюдаются вдоль колец. Именно, в области полос при прочих равных условиях должно быть сконцентрировано большее количество частиц, что вызывается сходящейся-расходящейся волной, идущей вокруг кольца.
