Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами - Дейрменджан Д.
Скачать (прямая ссылка):
17
ф, ф' — углы падения и преломления в формуле Френеля (30), а также азимуты направления излучения в плоскопараллельной планетной атмосфере (93, 97);
X — угол, образованный осями эллипса поляризации с осями системы координат ^ и г| (41) (рис. 19); гр — фазовый угол гармонического осциллятора (42); со — угловая частота электромагнитного осциллятора (42); da — элемент телесного угла для направления рассеяния (97); Q — полный телесный угол 4я (97);
ах — альбедо однократного рассеяния (вероятность выживания кванта) для отдельной частицы или полидисперсных частиц (95).
2 № 1770
ТЕОРИЯ РАССЕЯНИЯ СВЕТА ПОЛИДИСПЕРСНЫМИ ЧАСТИЦАМИ И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЯ
Глава 1
ВВЕДЕНИЕ
1.1. ОСНОВНЫЕ ЦЕЛИ МОНОГРАФИИ
С появлением в 1957 г. фундаментальной монографии ван де Хюлста «Рассеяние света малыми частицами» [1] достижения теории в области рассеяния электромагнитных волн однородными частицами позволили приблизиться к решению многих актуальных задач астрофизики, геофизики и распространения радиоволн. Действительно, если рассматривать рассеивающие свойства отдельных частиц или системы одинаковых частиц, тогда очень мало что можно добавить к обширному и в то же время цельному изложению данного предмета ван де Хюлстом. Исключение составляет только численная проверка некоторых изящных приближенных формул, выведенных ван де Хюлстом и другими авторами.
Любой внимательный читатель, ознакомившись по великолепной книге Миннарта «Свет и цвет в природе» [2] с разнообразными и удивительными оптическими явлениями, которые можно увидеть в природе невооруженным глазом, обнаруживает впоследствии, что большинство этих явлений, вызываемых присутствием одинаковых частиц в атмосфере, наблюдается редко. При наличии этих частиц дневное небо было бы сплошь заполнено большим количеством цветных колец, которые располагались бы вокруг Солнца и противосолнечной точки и имели бы разнообразные оттенки, яркость и поляризацию. Вместо этого можно наблюдать постепенное изменение указанных факторов, зависящее от оптических условий атмосферы. Только при вполне определенных условиях, когда, например, вокруг Луны или Солнца появляется красивый цветной ореол, можно утверждать, что рассеивающие частицы, вызывающие это явление, почти одинаковы.
Если форма, размер или состав рассеивающих частиц в среде не являются одинаковыми, тогда говорят о полидисперсных взвесях, чтобы подчеркнуть отличие от случая монодисперсных взвесей. Оба эти термина используются в коллоидной химии, хотя этимологически они возникли из классического представления о разложении света призмой. В последующем изложении термины полидисперсная система и полидисперсность будут употребляться в несколько более строгом смысле, а именно для обозначения взвеси рассеивающих частиц, однородных
2*
20
Теория рассеяния света
по своему физическому строению и одинаковых по форме, но с изменяющейся счетной концентрацией в зависимости от их размера.
При написании этой монографии автор преследовал более чем скромные цели: на основе использования теории Ми [3] и с применением современных вычислительных машин составить ряд таблиц, включающих характерные параметры рассеяния для полидисперсных частиц, подобных тем, которые встречаются в атмосфере Земли и других планет, а также, возможно, в межпланетпом и межзвездном пространствах. Мы ограничились рассмотрением только сферических частиц и непрерывных функций их распределений по размерам. Но даже при наличии таких ограничений наша цель состояла не в том, чтобы получить полный набор оптических параметров для всех моделей. Мы только хотели дать несколько наиболее типичных примеров, с тем чтобы они служили эталоном при сравнении с различными рассеивающими средами, которые представляют интерес для других исследователей. При этом мы руководствовались эстетическими соображениями, придерживаясь принципа последовательного изложения и экономии места. Мы надеемся, что техника использования таблиц будет ясна из описаний и комментариев к ним, которые даются в последующих главах.
Теперь несколько замечаний об использовании теории Ми. Эта теория была первоначально развита на основе электромагнитной теории Максвелла как естественное продолжение хорошо известных исследований Тиндаля, касающихся природы химических взвесей. Результаты теории Ми первоначально использовались при исследовании коллоидных растворов, в которых взвеси образованы почти одинаковыми частицами с узким спектром размеров. Но для атмосферных взвесей характерны широкие спектры размеров. Поэтому их редко можно воспроизвести в лабораторных условиях как по типу функции распределения частиц по размерам, так и по форме, физическим и химическим характеристикам отдельных частиц. Что касается формы рассеивающих частиц, то пока при помощи данной теории можно описать только рассеяние на однородной сфере (с некоторыми ограничениями эту теорию можно распространить на случай двухслойных сферических частиц, а также продолговатых и сплющенных сфероидов). Полного решения для случаев цилиндра конечных размеров и правильной призмы еще не найдено.
