Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами - Дейрменджан Д.
Скачать (прямая ссылка):
Аналогичная обратная задача возникает и в случае интерпретации наблюдаемых особенностей спектра диффузно-отраженного солнечного излучения при определении относительной заселенности уровней атомов, входящих в состав планетных атмосфер. Данную проблему недавно исследовал Чемберлен [17], который на простом примере изотропного рассеяния подчеркнул важное влияние рассеяния на образование слабых и сильных полос в спектрах излучения, отраженного от основных газовых сред. Например, в случае водяных капель данные наших таблиц свидетельствуют о влиянии слабого и сильного поглощений внутри рассеивающих полидисперсных частиц на их альбедо. Эта информация вместе с фактом хорошо выраженной угловой анизотропии рассеяния имеет первостепенную важность при интерпретации спектров планет, например, с точки зрения содержания воды в их атмосферах, поскольку центры полос поглощения водяным паром и жидкой водой в точности не совпадают, но часто перекрываются. Зная эту трудность, мы выбрали определенные длины волн в спектральных областях как слабого, так и сильного поглощений. Ясно, что более глубокое понимание спектров отражения планет и проведение соответствующих спектральных измерений со спутников может привести к важным практическим приложениям, например определению водности облаков в земной атмосфере.
Глава 2
РАССЕЯНИЕ СВЕТА ОТДЕЛЬНЫМИ ЧАСТИЦАМИ
2.1. РАЗЛИЧНЫЕ ПРИБЛИЖЕНИЯ
Как уже отмечалось во введении, настоящая монография не является учебным пособием и не содержит исторического обзора по данному предмету. Поэтому мы опишем лишь некоторые приближения, имеющие отношение к задаче рассеяния света отдельными частицами. Интересующихся читателей для более полного ознакомления с предметом мы отсылаем к монографии ван де Хюлста II], в которой имеется довольно обширная библиография.
2.1.1. РЕЛЕЕВСКОЕ РАССЕЯНИЕ
Это хорошо известное приближение получено в 1871 г. 141. Оно ограничено случаем, когда размер частиц *) х<^1, т. е. относится к частицам, которые очень малы по сравнению с длиной волны падающего излучения. Хотя первоначально рассматривались только частицы, состоящие из диэлектриков, позднее было показано, что приближенные формулы Релея применимы и для произвольных вещественных или комплексных показателей преломления т. В последнем случае, когда величина \т\ велика, накладывается дополнительное условие \тх\^. 1, которое ограничивает размеры рассеивающих частиц более узкими пределами
Релеевское приближение лучше всего соответствует случаю рассеяния света неполярными молекулами идеального газа, например, в атмосфере Земли, когда выполняются указанные выше условия (Секера 1181). Однако следует заметить, что даже молекулы газа, строго говоря, не являются однородными и изотропными рассеивателями. Поэтому в этих случаях в приближенные формулы, полученные Релеем, необходимо вводить некоторые поправки [19].
Другое применение релеевское приближение находит при определении интенсивности радиолокационного сигнала, отраженного от водяных капель облаков и осадков. В этом случае предположение о строгой однородности рассеивающих сферических частиц больше соответствует действительности. Однако здесь особую осторожность следует соблюдать в случае крупных дождевых капель, когда в СВЧ-диа-пазоне благодаря большому \т\ для воды становятся довольно заметными отклонения истинного коэффициента ослабления от релеевского.
*) В целях экономии места и ясности изложения мы не определяем в тексте обозначений, за исключением наиболее существенных, отсылая читателя к списку использованных обозначений в начале книги.
26
Теория рассеяния света
2.1.2. ПРИБЛИЖЕНИИ РЕЛЕЯ — ГАНСА
Это приближение может быть использовано для сферических частиц несколько больших радиусов, при условии что их свойства не очень отличаются от свойств окружающей среды. При этом величины |т—1| и 2х\ т—1| должны быть малы. Приближение Релея — Ганса оказалось чрезвычайно полезным при рассмотрении несферических, но в остальных отношениях симметричных рассеивающих частиц, включая и неоднородные частицы.
2.1.3. ПРИБЛИЖЕНИЕ ВАН ДЕ ХЮЛСТА
Данное приближение представляет собой замечательное достижение теории рассеяния света сферическими частицами произвольного размера при условии, что \т\ - + 1. Первоначально оно было развито ван де Хюлстом в его докторской диссертации и рассмотрено в гл. И его монографии II]. Ban де Хюлст следовал традициям Гюйгенса, согласно которым для получения важных результатов необходимо сочетать основополагающие физические принципы с классическим математическим анализом.
Приближение ван де Хюлста наиболее успешпо применяется для определения коэффициентов рассеяния и поглощения прозрачных сферических частиц, размеры которых сравнимы с длиной волны или больше нее. Его можно использовать даже в случае слабого поглощения излучения сферическими частицами. Сравнение результатов расчетов, проведенных согласно этому приближению, с соответствующими численными данными, полученными но формулам точной теории, показывает его эффективность, особенно когда не требуется высокая точность [121.
