Зворотне розсiювання неполяризованого свiтла випадково-неоднороднiми поверхнями тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

РГб од

- 9 ДОГ 1993

ХАРК1ВСЫШ ДЕРЖАВНШ УН1ВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

ШКУРАТОВ Юр1й Григорович

ЗВ0Р0ТНЕ РОЗСЮВАННЯ НЕПОДЯРИЗОВАНОГО СВ1Т1А ВИПАДКОВО-НЕОДНОР1ДНИМИ ПОВЕРХНЯМИ

01.04,03 - Оптика 01.03.03. - Гел1оф1зяка та ф1зяка Соиячио! систеии

Автореферат дкоертацП на здобуття вчеяого ступеия доктора ф1зико-матенатичних наук

ХАРК1В 1933

Робот/ вшсонаио у Харк1вському даржавноиу ун1верситет1

0ф1ц1йн1 опоыенги: Доктор ф1зико-ыатеыагичних наук, професор В, К. ЬЦлославський СХДУ. и. Харк1вЗ

Доктор ф1э ико-матеыатичнмх наук,

професор ф. Г. Басе

CIPE АН Укра1НИ, и. Харк1в)

Доктор ф1зико-цатеиатичних наук,

професор И. М. Фукс

(PI АН /крайни, и. Харк1в) '

Ведуча оргаи1эац1я: Головна астроновмiчна обсерватор1я АН УкраХни, и. Кихв

Захист дисертацП в1дйудеться^, /О 1993 р. в ¿L годин на зас1даан1 спец1ал1зоваяо1 ради Д 053.06.02 по эахисту докторсь-та дисертад1й в Харк1вському державному ун1варситет1 £310077, Харк1в-77, ыайдан Свобод«, 4, ХДУ. ауд. 1и. К. Д. С1нельн1кова.

S дисертац!ес ложна оэнайоыатись у Центральна науков1Я dШЮтеЩ Ш.

Автореферат роа!слано " Q'í " & ^ 1993 р.

Вчений секретар' спец1ал!аовано1 вченох ради

В. П. Пойда

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть проблем«. Численн1 иетоди дистанц1йного зондування поверхонь як природного, так I штучного походжеиня заснован1 на вич1рсванн1 характеристик зворотного роэс1сваяня. Наприклад, рад1ояокац1я чя оптичне зондування планетних поверхонь. Зворотне розс1ювашш як $1зичний ефект стало вперша вивчатися к1яьк!сно саме в фюицд планет.

1нформативя1оть дистаяц1йно! д1агностики залетать в!д стану поляризацП падавчсго зондуючогС- ькпрсм1нввання. Так, якао цв випром1нгвання поляризована л!н1йно айо циркулярно, то у загальному вкпадку розсIяне випром1нрвання буде частково деполяризоване 1 стугинь ц1е! деполяризац11 е Еаасливог) характеристикой повврхн!., то дося1джуеться. Якцо ж падаючэ виггром! нввання пеан 1стя деполяризована, то така д1агностика менша ефективна через погрублення ии$ормац11. що отримуетьзя, за рахунок роэкиду поляризацП! ладаючих хвиль. Але . вибрати стан поляризацП падаючого вияром1!швання мсжливо не завжди. Так, при слостереженнях М1сяця та лланет в оптичному д1апазон1 масть справу з сояячним випром1нованням. яке деполяризовале в дуже висок 1Я м1р1. 3 ц1ех причини доводиться досл1джувати випадок, не духа иДкавий з точки зору задач ф1знчио1 оптики, але вкрай вахливий для рсзвятку оптично! диагностики планет.

Б1лыпс7Ь таких Т1Л вдаеться сяостар1гати з 2е)«т1 т1льки при малих кутах фаз и Скуг пс?лж напрямками: планета - Сонце, планета - Земля), тобто саме в умовах зворотного розс1ювання. Це означав, що якщо походяення зворотного розс1свання трактуеться неадекватно, то численн1 телескол1ЧнХ дослхджеяня М1сяця, астеро1Д1в, супутник1в планет та Хнших об'ектХв стануть з д1агностачно1 точки зору не ефективнима до того часу, доки не' буде знайдено в1рний п1дх1д. До недавнього часу саме така снтуацдя 1 спостер1галась у фотометрП та поляриметр!Г планет.

Необх1дн1сть над1йних моделей для опису особливостей зворотного розс!Ввання нелояяризованого св1тла регол1топод1бниш! псверхнями в П08Н1Й и!рХ обгрунтовуе актуальн!сть вябрано! теми дисертацП.

Мета робота. Метою ц1е! роботи е експериаентальне та теорвтичне досл1дхення зворотного розсПоваяня непелярнзованого св!тла Еипадково-неоднор1дшш51 поверхнями в контекст! сучасних

результат!8 фотометричних та яоляриметричних вим!рсваяь твердях поверхонь небесних т1л.

Наукова новизна. При иалих кутах фази практично yci безатмосферн! небесн1 т!ла, зразки неземно! речовини Сыетеорити, грунт Miс.яця), а тахож декотр1 ыатер1али земного лоходження С природа!, штучн!3 виявлямъ так званий опозицДйний ефехт та в1д'емну поляризац1ю. До цього часу в деяких роботах обидв1 u.i особливост! зворотного розс!сваяня роэглядавться т1льки з традюЦйних позицДй т!яьового ефехту, тод! я>£ зараз в!дом! i 1ншi ыехан!зыи (наприклад, когерентяе посилення зворотного розс!ювання), як1 треба приймати до уваги. Цв роботу присвячеяо розвитку нетрадицШих п!дход1в у фотометр!! та поляриметр!1 поверхонь з випадково-неоднор!дною структуроо, зокрема, поверхонь безатмосфернях небесних Tin. Так, уперше вдалося на досить широкому експериыентальному . материал! довести сп1яьн1сть лоходження опсояц ! йних ефехт!в яскравост! та поляргзац!!, ао е важливим для опрацювання !х 1я.терпретац1йао1 основи. У ход! лабораторних оптичних виьирювань вперше вдалося встаяовити великий вплив оптично! гетерогенност! поверхн!, mo po3oics, на властивост1 в!д'емно! поляризацП. Лей фактор ранаш н1де не ф1гурував i Hi в одн!й !з теоретичних моделей не приймався до уваги, хоч як зараз зрозум!ло, в!н е одним i3 ведучих. Щдкресляю також, що цикл лабораторних виьирсвань, що подаеться, е найб1ль:и повннм а аяалог!чних - досл!джено к!лька сотень зразк!в по ч!тко визначених наукових лрограмах.

Побудовано теоретачн! модел1 зворотного розс!вваяня на баз! т!ньового- та !нтерференидйного махан1зм!в. Ран1ше моаЛив1сть-такого поеднання в достатньо noBHift та коректн!й форм! не досл!джувалась. Yoi розроблен! теоретачн! • модел! п!дтверджуються результатами ix пор!вняння як з данями лабораториях оптичних вим!рсвань i чисеяьного моделювання, так ! з данный натурних досягджень небесних т!л.

Нови« в олтиц! випадково-неоднор!дних поверхонь е одерхання так звано! ондуляц1йно-гнвар!антяо! фотометрично! функцП, яка добре описуе ехспериментальн1 дан!. Влерше яобудоваац зображення та карти параметров зворотного розс!свання для дек:трих я!лянок nosepxHi М1сяця. На илх зобрахеннях ч!тко видгляптьс.я: д!лянки, цо в!дпов1дасть поп!льни« в!дкладешшм, якг супрово.:,хувть ni3Hi вулканичн! под!!. Patiiui так! зони вдавалося !дентиф1нувати т!льки

по косы1чним зображенням високо! розд1яьно1 элатност!.

Практична значения. Роботу виконано на ыеж1 деяких роздхл1в ф1зичнох оптики та плалетологП. Так, результата лабораториях оптичних вим1ргшань. а також формули для ои!нок опозииДАного ефекту та в1д'емно! гтоляркзацП «ожуть бути корисн! у тих ф1зичних задачах, де йдеться про ефектй слабко! локалХзацП часток, неприклад, слабкох локалхзацН фотона. Формули для розрахунку зат!нень статистично-шорсткох поверх«, як1 прийкавть до уваги зкорельован!сть входу та виходу проненХв, нэобх1дя! при 1нтерпретац1х даних б1статячно£ локацИ поверхн1 Веши, зокрекз -СвХтового океану, 1 планет. Оссбливий хнтерес результата робота становлять для ф1зячних досл1джень поверхонь планет. В робот! на конкретному приклад! Споверхня М1сяая) показано, ао параметр!! зворотного розс!ювання мохуть бутй наведен1 у сигляд1 зобрагень або карт. ГакяЯ метод внвчення зворотного розс!свания разом з в1дошми, а також одержавший автором дисертацП експериментальними та теоретичнииа результатам!, кожа розглядатись як новий яауковий напрямок в оптицх твердих поверхонь планет. В1я йоге одержат» розвиток у досл1дженнях Зешп хз космосу, зокрема в задачах екологхчного райокуваяня 11 поверхн1.

На ззхист в;;;гос:;тьея:

1. Експеряментальнх докази загального С1нтерференц1Йного) походхення частини опоэ'::ц!Яного ефекту яскравост1 та вхд'емнох • поляризацП свхтла реголхтоподХбних поверхонь.

2. Вияьлення та дося1дження сильного впляву оптачяо* гетерогеняослЧ поверхнх цо розс1юе на характеристики зворотного розсховання.

3. Р1шеяня задач! затхнення статкстачно шорсткими та випадково-неоднорхднпьм поверхнями а урахуваннян скорельованост1 входу та виходу проыеяхв.

4. Iнтерфереяц!ЯнкЯ шханхзм формування вХд'еидох поляризацП свхтла, розс1яного регол1топодхбяими поверхняш при «аяих кутах фази.

3. Модель спектрального ходу альбедо порошкопод1бних поверхонь та хх використання для. 1нтерпретацИ. спектрофотз«етричнхх вигЛрювань МХсяця. 6. ОндуляцХ Пно-1 нвар¡антги фотоиетрич..а функсЦя, яка опиоуе дан! спостерзхень твердях поверхонь небесних тхл пря зкачко мэша1й к!лькост1 парамэтрхв, н!ж ' загальноприйнятх иодел! Капке та

Люме-Боуела.

7. Возражения та карта параметр1в эворотного роэс11>вання деяких д1лянок поверхнх М1сяця.

АгсробацДя. Матер1али дисертацЦ були наведен! у виг л яд i усних допов1дей на: БсесогаША конференцП "Поляриметричн1 кетоди в астроф1эиц1" Сб - 11 жовтня 1983 р., Кацивел!); Всесопзн1й науково-координац!йн!й нарад! "Актуальн1 просЗлеыи та перспектнви досл1джень М1сяця" (24 - 27 вересня 1994 р., ГАО АН СРСР, Пулково}; Всесоюзному сеы!нар!-нарад! "Роас1ввання св1тла поверх-яями планет та атыосферними аэрозолями" (квхтеяь 1.984 р., Харк1в); Всесоюзному сем1нар1-нарад1 "ПросЗлеыи дистанц.1Яоиого зондування М1сяця" (23 - 26 кв1тня 1985 р., Харк!вЗ; Всесоюзна нарад1 "Поляриметричн! метода в аетрофиши" (29 вересня 1987 р.- 3 жовтня 1987 р., Абастуман!); XX Всесоюзна метеорит»iй конференцП (10 - 12 лвтого 1S37 р. , Таллинн); ceaiHapi-Hapani "Лабораторне моделсвання комет" (24 - 27 травня 1S88 р., Душанбе); заседаниях робочо. rpyms "Астеро1ди" (кв1тень 1987 р., Душанбе, 31 жовтня - 6 листопада 1988 р. , Загульба); Bcecox>3Hia науково- координац!йн!й нарад! "1нфорыац!йно-кошызтерне забезпечення комплексных досл1джень Шсяця" робочо1 групп "М1сяць" £ 4-8 вересня, Славське 1989 р.); BcecoMHift нарад1 "HayKOBi пройлемм м1сячнол бази" (S -8 литого 1991 р. , ' ДАШ МДУ, Москва); сзас1данн1 робочо! групи "М1сяць". присвяченому науковиы завданням полярного супутника М1сяця (4-8 жовтня 1991 р. , CAO АН СРСР, Зеленчуксыса.); а також яа ycix mopi4Hiix робочих парадах за проблемами порХвняльно! планетолог!i.(США - СРСР), як! проводились ГЕ0Х1 АН СРСР у Москв! В 1985 - 1992 рр.; мхжнародних робочих нарадах за проектом "Фобос" (24 г 28 листопада 198S р., 13 - 16 литого i 13 - 19 травня 1989 р.); пор!чних конференциях в}дд1ле!шя планетних наук Американського астронокичного товариства (31 жовтня -3 листопада 1989 р., Провиденс; 12 - 16 жовтня 1992 р., Иинхен); семинарах у департамент! геолоПчнкх наук в Ун1версктет! Брауна (листопад 1989 р., CSIA); сем1нарах Астроноьично! обсерваторП Хельсинського ун1верситету (червень 1990 р. , кв1тень 1991 р. , Ф1нл;:нд1я) i т.п.

Обсяг та структура робота. Робота складаеться i3 вступу, трьох розд!л!в, законченна i списку л^ератури (510 иайменування). Загальний обсяг робота: 476 сТор!нок, Í3 них 131 стор1нка ыалюнк!в та 3 табллць. У kíhuí кожного розд!лу наведено авед-.'ння основша результатов, отриманих автором.

б

0М1СТ РОБОТИ

У встуд! обгрунтовано актуалыЦсть доол1джень в га луз 1 зворотного розс!рвання св1тла випадково-нэоднор1дниыи поверхняыи, зокреыа поверхняыи <5езатыос<}ерних небесяих т!л; сфориуяьовано ыету дисертац1йно! роботи; наведено положения, якА виносяться на з ахи от; коротко вякладено зм!ст дисертацИ.

У| першоыу роздШ наведено огляд роб1т, уыовно под1лений на три чаотини: 1) фотометричн! Та поляриметричн! спостереження поверхонь небесяих т!я при марих кутах фази; 2) лабораторн! оптичн1 досл1дженн.1, що 1м!туоть вим1р'Ьвання поверхонь планет; 3) теоретичн1 роботи, присвячен1 механизмам посилення зворотного розс1ввання та в!д'емно! поляризацН св!тла, роэс1юваяого регол1топод1бш!ыи поверхнями. Аная1з даЬих показуе :

1. ОпозшШний ефект яскравост! та вХд'емна поляризац1я роэсиюзаного сз!тяа характерн1 для ус!х досл1дяеяих твердих поверхонь небесяих т1л, включаючи частки кометного пилу та зод!акального зв1тла.

2. Обидва ефэкти як правило супроводхують один одного хоч !нод1 Снаприклад, у вкпадку бвропи - другого гал1леевого супутника Юп1тераЗ при наяв! эначного спозшЦйяого ефекту спостер1гаеться дуге слаба г!лка в1д'ешю! цояяризацП.

3. Ашл1туда опозиЩйяих сплеаав яскравост! св!.тяих т!л як правило вице. н!х у. текших, ала ширина п!ку при цьому • псмхтно ыеяша.

4. В1дкриггя вуэького опозхидгкого сплеску у духа свгтлих поверхонь, наприклад, св1жоналилеяого зразка МдО.

5. Вхдкриття плавного ходу фаэово! залежност1 яскравост1 при переход1 через нуяьовяй кут фази.

6. . Доведения "резонансного" походженяя в!д'емно1 поляризацН при

зм!н1 розм!ру чаотинок.

ТеорП Хапке 1 Лсме-Боуела, якями широко користуються у фотометр!! планетних поверхонь, а також модель Вольфа, то була створена для з'ясуваяня вХд'емно! лолярязацП. нездатн1 ояисати й половину перел!чених фактхв спостерехеяь I лабораториях вим!р1в. Це вказуе на необХ1дн!сть 1 своечасн1сть дальних роб!т, що спряыован! як на розвиток лаборатории* досл!джень аяалог1в гр/нту планетних т!л, так 1 сгворення сучасяих теоретична* п1дход1в для ХнтерпретацП експеримеятальних данях.

Другий еозд1л присвяченоопису лабораторного фотометра-поляриметра, «о iMiTye умови спостерехенняяебесних Tin, а такох опису i анал1зу численних BXMipiB земних аналогiB грунтis планет, ыетеорит!в i регол1ту М!сяця..Зокрема, показано, що:

1. 1снув ч!тка р1зниця в характер! яскрав1сного, кольорового та Поляриметричного опозшЦйних ефект!вд!електричних 1 ыетал1чних випадково-яеодяорхдямх поверхонь. Так, у порошкопод1бних Поверхонь однор1дних матер1ал!в з розм1раыи часток-б!лъш за 10 мкм, пом!тна в1д'еына поляризац!я спостер!гаеться т!яькя у метал!в.

2. ОпозицДйний ефект яскравост! i осоЗливо в1д'емна поляризац1я посилввться при зростакя! оптично! гетерогенност! тонкодисперсних поверхонь д!електрик!в. Ефект посилення в!д'емно! поляриэацП Свеличияи для сум!шу пудри 1льмен!ту та кварцу виявляется чотирикратшш.

3. Залехн!сть нахалу фазобо! функц!! яскравост!, а такох параметра в!д'емно! поляризацП |Р„1п1 в!д альбедо поверхонь з тонкое структурою А мае складний двог1лястий характер.

4 Для духе р1з$шх за природов поверхонь виявляеться кореляц!я Mix параметрами опозмЦйного ефекта яскравост! i Bin'емко! поляризац!i. Таким чином, в!д'емна поляризация та эвичайний опозшЦйний ефект яскравост! - р1зн! прояви одного й того х явища.

5. Параыетри • опозиц!йнях e$eKTia яскравост! та поляризац!! планетних грунт!в эалежать Bifl характеру та .!нтенсивност! деяких регол!тових процес!в. Зокрема показано, но ударний вплив, зм!нюичи .структуру rpyHTis, мохе, приводите до посилення ефекту. Це подтверджуетьоя вим1рсваниями зразк!в деяких м!нерал!в, до зазнали вшшву ударно-хвшгьового навантахення, а такох зразк!в грунту М!сяад pi3Horc| ступени зр!лост!.

ЕЗ.Стосовдо до поверхонь небесних т!л, до вм!щувт£ ^утлець, . припускаеться, що ыохуть 1снувати percniTOBi Ероцэ«|, як} приводять до маскування оптично! неоднор!дност! поиерхн! i, як яасл^ок, до . послабления опозшЦйних ефектiв яскравост! та поляризац!I. Тут ми яриймаемо до уваги процес в!дкладвння продухт!в п!рол!зу орган!чно! речовини у aepxaix зон;« регоя!тових часток при ударному випарсватЦ матер!алу поверхн!.

У третьому розд1л! розгяядаються теоретичн! ыодел!, що описусть зворотне розс!свання випадково-неоднор!днимн поверхнями. Тут зроблело ось що;

1. Метод См!та-Фукса для розрахуяку т!ньового е;{вкту стосовно

до випадково-шорстко1 поверхн1 типу планетно! уэагальнено на випадок, що враховуе зкорельоваяхсть входу та виходу св1тлових промен!в при дов1яыЦй геоыетрП оов1тяення 1 спостереження поверхн!.. Отрииаяа формула, яка описуе залежн1сть ймов1рност1 того, що дэяку точку поверхнХ одяочасно 1 видно 1 осв1тлено неэважавчи на висоту 1 яахил поверхн1 у ц!Я точц1, вхд кyтiв пад1ння 1 виходу промен1й СI, с), а також в1д кута азимуту р:

Ти.г.р)*. Г г? 1 Г ■ лт- ГЛ1в> •/, Л.(0>'

Р »

де

/г*?

"00

С1)

I » «

[ го {1 -Ю +г(с!дI -Я с1дя) 1 от ■/ 2(1-£)а

/аГ ^ /аГ

-Ю +г( с1де-Я Лд I!) 3

Угс1

-ю

(Я—Ш)

с£г.

+ 4*Сг ,г)

О

и/. - ! г ¿1 г?-»' ♦ 1

охр

±51,1...

/гя , /г р

ехрГ-^1 ,. Л101 - р 2Р ■ .егГс

. .. /г р

Я - ехр[ - 4Сг/иа-51п"р/2 ],

причому, р " а/1 - дисперс1я нахи1в -оверхн1 - розм1р о<5ласт1 кореляцП висот, <Г - дисперо1я висот). ■ " го+ г-Лдх, гв +

гчЛде. Функц1я ГС i.с, р) описуе самозат1иеяня дЛлянок 1 мае такий

Л,'а> " р _1д£ - 1 егГс

вигляд:

TCt.c.pl - i - g-expj^a.

__1__

2яр2

jdt t arceos+

'mn

Jdl t expj^jarccosb- +Jdt t expjj^-jarccos^i + 6

яе l»ln *

min (etgí.ctgc>, tmax =•

max (ctgí,ctg£>,

t B rctqai + ctqag ~ gctqi ctqe eos» 0 sinp

О, яжщо 0 £ < arceos Г -piü ],

j . max *

0 f al t ' t

2p£ t exp|j^j arceos якщо arceos [ •pí-2- ]< p < n

max

Роэрахован1 дан!'. непогано ■ уэгоджуються э висновками коуц'ютерного модеясвалня у - випадку поверхн1 з гаусовов статистиков висот. Це св1дчить про те, то припущення Сабсолвтно яеминуч! в цьому випадку) эроблен! при виведенн1 формул Снаприкяад, эаы1на • неск1нченноМ1рно! пЦлъност! йыов1рност! трьохточечнос функц1ев и т.п.) суттево не впливають на результат 1 д1йсно випраЬдан!.

2. Урахування экорельованост1 вх!диих та вих!дних траектор!й променЛв особливо важливо у випадку роэрахування зат!нень для порошкопод!бних поверхонь. Це урахування зроблено для однократного' розс1юванвя дек1лькоыа методами. При цьому результата роэрахувань ВИЯВИЛИСЬ бЛИЗЬКИЫИ, ЦО СВ!ДЧИТЬ про "CTiflKiCTb" задач! до р!зних припущень. Духе перспективним шляхом розрахунку' зат1нень для порошсопод1бних поверхонь виявляеться адаптация i використання результатíb, отриманих у задач! з виладковопюрсткиш поверхнями ■ (див. формулу (1)). Д1йсно, для промен!в, як! розпоэсвджувться у кованому режим! над шорстхуватов поверхнев, остання може розгяядатася як двом!рне порошкопод1бне середовиае. При такому п!дход! вдаеться легко иоделювати. середовите з яков завгодно

Din

о

порист1ст», у тоыу числ1 випадок, коли пористчсть в функц1я глибини. В цьому розуы1нн1 наш п1дх1д виявляеться б1яъш сильним 1 загальним {при цьому Я <Ялыи коректним), н!х !снувч1 ыодол! Хапке, 1рв1на 1 Лике. Одним 1э головних роэрахункових реэультат1в цДе! частики розд1лу е те, то при ретл1стичних значениях пористост1 середовища г1льки з допомогов т1ньового ефекту не мохна описувати опозиц1йне зростання яскравост1, що спостерхгавться у беэатыосфернях небесних Т1л, а тако* у деяких лабораториях зразк1в 1з тонкое структуров поьерхн1.

3. Як не один механ1зм п1дсилення опозиц1йнного зростаняя яскравост1, пропонуеться використати так зване 'когерентна поейлення зворотного розс!ввання, яке виникае за рахунок 1нтер^еренц11 проыен1в, то взаемодХвть з одним! й тиыи я розсХввачами, тобто, як! розповсвдхувться по прявдх 1 зворотних в час1 тргрктор!ях. При деяких прилущеннях отриуан1 форыули, , значно прост1ш1, н1х аналог).чн1 у 1нших автор!в, що опнеувть фазову залехн1сть яскравост! при ыалях кутах фази. Формули передбачавть пошнрення опозиЦйоного п1ку при зменшеши розмХру часток. Цв дозволяв пояснити важливий експериментальний результат у розд!л! 2: зб1лыиення нахилу фазово! залежносП яскравост1 порошк!в оптичного скяа при эростанн1 ' ступени 1х диспэрсност!. Показано значний вплив кутових . розы£р1в свХтового джерела на амплитуду опозиц1йного ефекту. Зокреыа, виявляеться, що значне опозшийне зростання яскравост!, со спрстер1гагться у супутника Сатурна -Еяцелада, супутнжав Урана I деяких са1тлих астероШв, в нэ т1льки наслЛдком структура та альбедо 1х поверяонь, алэ 1 того, до ц1 Т1ла досить далек1 в:д Сояця.

4. У раыках механ!зму когерентного поейлення зворотного розс!вваняя стосовно до випадку одно- та двократного розс!ввання вдалося пояснити 1сяування вХд'емно! поляризацП св!тла у поверхонь з складнсв тонкое структуров. Отримана формула для оцДнки ступеня поляризадП, яка добре узгодхуеться з данимя лабораторних вим1рвваяь.

ц5с + С1 - р)5т 8Д

(В)

де у - к1яьк1сть свХтяях часток, Ыднесена до загальяо! к1лькост1 часток, а 5ста 5Т - друг! параыетри Стокса для св1тло1 1 темно! компонент!в матер!алу поверхн!, прямому.

И

S ■ S w

О С

i+cosaa °

sin*a it-cos2 a

+ 2uT-

] p sin|)2/l + d p-sinf)*'-ln(l-{3

g[l -/l + gp-sing)' ] j psinf)*/* ♦ g p-slng)a-ln(l-f3

5

ис[ц +' (1 - Сй/П

<1+ 2V I - ш 1м + tl -Ц)/КУ >a

О

Тут ыс, шт - альбедо однократного розс1ювання часток св!тлого та темного матерiалу, 6 - параметр поляриметрично* 1ндикатриси, { -

порист1сть, К = toc / uT. а р » - jp £ lhtí-gJ' де г " Р^У0

часток, X - довасша хвил1 ' светла. Эокреыа, теоретична модель передбачае р!зке заглиблення вгд'емноХ ' г1лки поляризацИ при зм1шуванн! тонкодисперсних порошков э духе р1зними альбедо, а також двог!льн!сть залежност! Ри1п (vO, що д!йсно спостерхгаеться у експериыент!.Формула описуе р1зн! типи залежностей РСа), як близьк1 до парабол Сцо спостер1гаеться у Шсяця та Хнших небес них tíл), так i духе несиметричн1. як1 характер^ для духе пористих i св1тлих поверхонь (наприклад, поверхн! оксиду магн1с).

5. Фазовх залехност! потоку випром1нввання, розс1яного

поверхяями звичайно досл1джуються Свим1рмлъся '. або

розраховуються). у в1дносних одинщях. Якщо неосйадно оц1нити

коефШент ■ в1дбиття поверхн!, доводиться вир1шувати проблему

множника унормування. тобто робитя оценку альбедо при нульовому

фазовому кут1. Задачу тако! о-Цнкя приблизно вир!шена у дисертацИ

з допоыогою геодатрооптично! модея! блукання св1тлового променя у

порошкопод!бному (зернистому) середовииЦ. Формально модель

одном!рна, але вона враховуе найб1льш значку специф!ку трим1рного

випадку. Так, для розрахунку багаторазового розс1ювання у. межах

одн!е! частки 1 Mix частками, використовуються коефШенти Френеля

R,R,, ycepeflHSiii по кугу пад1ння. Форму ли модел1 ыають такий в i

Вигляд:

А * 2 - /г» - 1.

Дв

* . г - г - г - - тзс 1 - гз

Г - Г •

R + (1 - R ~ R ЭехрС- Г) г = * et

1 - ^ехрС- тЭ Г - Лв)С1 - Я^ехрС-т),

^ Сп - 1 )'Лп + + 0,05 . Rt % Cnl - l)/n* + 0.04 .

*

• »

при цьому, г = 4пх1'л., них- д!Ясяа га уявна частяни 1тоеф!ц1енту заломлэння, I - характерна довжияа шляху св!тла у vaorui. .

Модель описув спектрофотометр;!чн1 вим!рвваяня поверхояь, що мать альбедо менш 10'/., б!льи корехтно nis в1до>ха модель стопи Стокса-Бодо, яка внкористовуеиться до тепер!шнього часу у практиц1 лабораторно! спектрофотометрИ пороахопод1бних , середовищ. Побудована модель використовуеться для: 1) оЩнхя спектрального ходу оптичних констант noBepXHi М!сяця вц!лому; 23 !нтерпретац!1 д1аграми альбедо-псказник кольору диску М!сяця; 3) !нтерпретацП "татаяово!" залежност! Маккорда-Дольфсса. Зокрема, показано, до дисперс1я зйачень на д!аграм! альбёдо-кол!р Bi ц1лому залежить в!д sapianift показника кольору, виражеяого через д1йсне (хоглинання, а двозначн|сть "титаново!" залежност! - зменшеяням концентратi цоглццния1в у щетках поверхн! при переход! з1д морськоХ речовияи до материковой.

В. Умова iHBapiaHTHocTi свХтлового потоку, розс!яного поверхяе» з1 складно» структурою, до !зотропяо5 i нф! я !тоэлмалъяо! оядуляц!! одяочасно i параметра структура niel поверхн! öQ , i II середяього -р!вня приводить до класично! проблема §гурма-Л1уй1ля на

сферичному сектор!: а-5 S X. i 5, -Ъ - ß - § \ где \ и ß -фотометрйчна довгота та широта, а 50 » Г [ ' ~ dr,

причоиу тут Л - висота поверхн1, I - Йаэис эгладжування, вектора I ■* ■

та г лежать у плоскоот1, в1д яко! в1драховуються висота.

Загальце р1шения проблема дае можлиЫсть отримати таку фотометричну фунюЦс:

/(¿оД.Р.а) = (1 - ^Зсоз/З созСХ - а) + СЗЭ

_ « созГг2-_Гх - &П

соэ X.

де:

причому. Г(...5 - гаша-фунхц1я, д ~ балансний кножник, ш.о характеризуе плямист1сть (оптичну та структурну неоднор1дн!сть) поверх»! у масштабах б1лыиих н!ж база характеристичного нахилу. Розрахунки зг1дно з формулою СЗ) дата духе гарне узгодження з Даниил телескол1чних спостережень М1сяця, Меркур1я, аотеро1д1в та деяких 1ншях т!л. Показано, що вим1р»вання фазових залежностей яскравост1 поверхонь, виконанх у рамках спекграл ышх 1нгервал}в, дасть можлив1сть визначмти показник Хаусдорфа-Безиковича, якщо поверхнп можливо приблиэно розглядати як фрактальну. Для Жсяця цього показника було энайдэно: вон дор1внсе 2,4, ш,о е блиэько до класичного Броун1вського процесу.

7. Коротко приведено досв1д побудови зобрахень та карт параметр1в эворотного розс1Евання стосо.вно до поверхн! Жсяця. Перша наша спроба побудувати зображоння .фазового коеф1ц1енту КЗ,5°ЗЖ14,5°) була виконана з допомогоо аналогового фотографичного методу. Однак, а допомогос методов цифрово! обробки оображень та використання ондуляцойно-1нвар1антноо фотометричноХ функцП задачу вдалося вир1шити значно повн!ше. 3 використанняы зображень М1сяця при кутах фази 1°,6, 12° 'та 96°, методом найменшх квадрат!в, були розрахован1 параметрн § 16а, як! в1'дпов!давть кожн1й точц! зображення (приблиэно 300 х 600 елемеат1в). Виявилось, цо параметр 6а виявяяеться характеристикою опозиц1йного ефекту. АномалП у рег1ональному розподШ параыетр1в

6 , $ часта эсЦгаються а такими неавичайними утворенняыи на

0 ~>

Шсяц1, як пляма Вуда, область Рейнер у та ! иш!, котр1 добре видХлявться також на кольород1лилышх зображеннях. Це св1дчить про те, по вар!ацП складу та отруктурних властивостей поверхн1 М1сяця супроводжують один одного.

висновки

Головн1 результата дано! роботя в так1:

1. Выявлена ч!тяа р!зниця в характер] олозиц!йного ефекту яскравост!, кольору та поляриэацП д!електричних та металевих випадково-неоднор!дних поверхонь.

2. Для дуже р1зних з природи поверхонь виявлено,* що 1снув кореляц1я М1Х параметрами в!д'емно! поляризац!! та опозицДйного ефекту яскравост!. Це св!дчить про сп!льн!сть ■ походження обох ефект!в.

3.', Показано, що Д1електричн! матер!али. масть вирахений опозиц!йний ефект яскравост! та ■ досить глибоку гдлку в!д'емно! поляризацП лише тод!, коли поверх»! масть неоднор!дност1, пор!внялыЦ з довхиноо св1тово! хвил!.

4. Показано, що залеазисть фазово! функцН яскравост!, а також параметра Р п вгд'емно! поляризацП в!д альбедо поверхн! масть двоэначний характер.

5. Виявлено, що параметри в!д'емно! поляризацП та опозиц!йного ефекту яскравост! эалежать в!д характеру та !нтенсивностд деяких реголгтсвих процес1в. Зокрема, ударн! навантаження прозводять до л усиления обох ефект!в.

6. Виявлено, до опозиц!йний ефект яскравост! 1, особливо, в!д'емна г!лка поляризацИ п1дсилясться при зростанн! оптично! гётерогенност1 топкодисперсних дхелектричних поверхонь.

7. Отримано формулу, яка описуе ймов!р(исть того, • що дана точка однозначно! Е5гааяково-шорстко! поверхн! одночасно е видима ! осв1тлена в залежност! в!д кут!в входу та виходу промен!в, а також в!д кута азимута, тобто приймаз до уваги экорельова:исть !х розловсодження.

• 8. Цю зкорельован!сть також прийнято до уваги при розрахунку зат!нення в порошкопод!бних середовишах шляхом адаптац!! формул, до отриман! для однозначно! випадково-шорстко! поверхнь

9. Як допом!жннй механизм падсилення опозиц!йного зростання яскравост! та .в!д'емно! поляризац!! пяанетних регол!т!в запропоновано 1нтерференц!йне посилення промен!в, як! взаеыод1ють

а одними й тиш! х розг1свачами.

10. Зроблено оц!нку альбедо поверхн! в межах геометрооптично! ыодел! бяукання променя св1тла в порошкопод!бноиу середовшй.

11. Ефорнульовано 1 вир1шено задачу Штуриа-Л1ув1ля на сферичному сек;ор1, яха вогпкае а умови 0нвар1антносте функцН розс1пвання яоверхш з1 складное структурой, в1дносно до 1зотропноо онфШтоземальноо оидуляцН одночасно як параметра структура поверхно, так 1 II середнього ровня.

12. За доцомогов методов цифрово! обробки зображень та викоркстання ондупяцо.йно-онвароантно1 фотометричноо функи.01 виконано картографуваиня характеристик зворотного розсОсвання для вибраних доляпок поверхно М1сяця.

0сновн1 результат» дисертацП надруковаи! в таких роботах:

1. Акимов I. А., Икуратов Ю. Г. Распределение фазового градиента яркости по лунной поверхности в двух участках спектра Предварительные исследования /г Астрон, циркуляр,- 1381.-N1167. - С. 3-6.

2. Икуратов Ю. Г. Модель оппозиционного эффекта яркости безатмосферных космических тел // Астрон. журнал. - 1983. - Т. 60, выл. 3. - С. 105-108.

3. Акимов Д. А., Шкурагов В. Г. Оптические исследования образцов лунного грунта различной степени зрелости // Астрон. вестн. - 1983. - Т. 17, N 4. - С.' 202-209.

4. Икуратов Ю. Г., А-члмов Л. А.. Тишковец В. П. Отрицательная поляризация не доказывает существование пыли на поверхности безатмосферных космических тел // Письма в Астрон. Ж. - 1984. - Т. 10, N 10. - С. 797-799.

3. Икуратов ¡0. 'Г. , Акимов 1. А., Тишковец В. П. Современные проблемы поляриыетрии твердых поверхностей космических тел // Астрон. веста. - 1984. - Т. 18, N 3. - С. 163-178.

6. Шкуратов Ю. Г. 0 природе оппозиционного эффекта яркости «отрицательной поляризация света твердых космических поверхностей // Астрон. циркуляр.'- 1983, N 1400. - С. 3-8.

7. Акимов Л. А., Тишковец В. П.. . Шкуратов Ю. Г. Экспериментальное моделирование поляризуадлх свойств поверхности безатмосферных космическх тел при малых углах фазы // Фотометрические и поляриметрические исслэд. небесных тел /Под ред. А. В. Мэрогх-нко. - Киев: Каукова Думка. - 1983. - С, 42-46.

8. Бондареяко Н. В., Икуратов Ю. Г. , Акимов Л. А., Корниенко

О. В. Диаграмма альбедо-цвет лунной поверхности /V Кинематика я физика Небес, тал. - 1385. - Т. 1, Кб. - С. 3-11.

9. Шкуратов Ю. Г. Модель спектрального хода альбедо твердых поверхностей космических тел // Кинематика и физика небес, тел. -1987. - Т. 3, N 5. - С. 39-46.

10. Шкуратов Ю. Г. Интерпретация спектральной зависимости, параметров отрицательной поляризации света, рассеянного твердыми поверхностями космических тел /V Письма в Астрон. Ж. - 1387. -Т. 13. N 5. - С. 444-448.

И. Шкуратов Ю. Г.. Акимов Л. А. Лабораторные исследования отрицательной поляризации света, рассеянного поверхностями ей сложной структурой. Некоторые следствия для безатмосферяых космических тел. 1 // Кинематика и физика небес, тел. - 1987, - Т. 3, N 2. - С. 22-27.

1?., Скуратов Ю. Г., Акимов Л. А. , Станкевич Н. П. , Мелкумова Л. Я., Латынина И. И.', Богданова Т. Б. Лабораторные исследования отрицательной поляризации света, рассеянного поверхностями со сложной структурой. Некоторые следствия для- безатмосферных космических тел. 2 // Кинематика и физика небес, тел. - 1987. -Т. 3. N 3. - С. 32-37.

13. Шкуратов Ю. Г., Акимов Л. А., Мелкумова Л. Я. фотополяриметрия астероидов и метеоритов как метод исследования микроструктуры их поверхностей // Тезисы докл. XX Всесовзн. метеоритной конф.. 10-12 февраля 1387, Таллин. - Москва. -1987. - С. 179-180.

14. Шкуратов Ю. Г. О природе поляриметрической неоднородности астероида 4 Веста /✓ Астрон. вестник. - 1988. - Т. 22, N 2. - С. 152-158.

15. Скуратов Ю. Г. Теневая составлясащя фазовой зависимости яркости безатмосферных небесных тел // Кинематика и физика небес, тел. - 1983. - Т. 4. N 5. - С. 60-66.

16. Шкуратов Ю. Г. Дифракционный механизм формирования оппозиционного эффекта яркости поверхностей со сложной структурой //- Кинематика и физика небес, тел. - 1988. - Т. 4, N 4. - С. 33-39.

17. Шкуратов Ю. Г. , Мелкумова Л. Я., Бадгжсв Д. Д. Лабораторные исследования отрицательной Поляризации света, рассеянного ■ поверхностями со сложной структурой. Некоторые следствия для без атмосферных космических тел. 3 .// Кинематика и физика небесн. тел. - 1988. - Т. 4, N 1. - С. И-18.

18. Шкуратов Ю. Г. НсвыЗ механизм формирования отрицательной поляризации света, рассеянного твердыми поверхностями космических тел // Астрон. вестник. - 1983. - Т. 23. N 2. - С. 176-180.

IS. Шкуратов Ю. Г. , Качанов А. С., Карпов В. С. Фотометрия и поляриметряя в области малых фазовых углов лабораторного фотометрического стандарта PTFE Chalon) // Астрон. циркуляр. -1S89. - N 1539. - С. 47-48.

20. Шевчэнко В. Г., Шкуратов Ю. Г., Опаяасенко Н. В. Поверхность Луны по данным дистанционных исследований ✓/ Астрон. вестн. - 1991. - Т, 25, N 5. С. 569-577.

21. Шкуратов Ю. Г. Интерференционная модель отрицательной поляризации света, рассеянного твердыми поверхностями небесных тел // Астрон. вестник. - 1931, - Т. 25, Н 2. - С. 152-161.

22. Шкуратов D. Г. Оценка влияния конечности угловых размеров источника света на величину оппозиционного эффекта яркости безатмосферных Тел // Астрон. вестн. - 1991. - Т. 25, N 1. -С. 71-75.

23. Шкуратов Ю. Г., Станкевич Д, Г. Теневой эффект для поверхности планеты с гауссовым мезорельефом // Астрон. вестн. -1992. - Т. 26, N 2, - С. 89-101.

24. Shkuratov Yu. G. , Akiir.ov L. A. , Vokhmentzev A. Ya. , Antipova-Karatayeva I. I. An optical study of carbonaceous chondrites and basalt achondrites // Lunar Planet. Sci. Conf. 16-th. - 19S5. - P. 777-7/8.

25. Shkuratov Yu. G.. Pieters С. M.. Stankevich N. P., PavlovG. N.. Ovcharenko A. P., Starukhina L. V. , Goncharov A. I. . Skorik S. JC. Estimation of the thickness of. possible carbonaceous deposits in the superficial zones of Phobos and Deimos regolith particles on the basis of laboratory simulation data // Abstr. of papers suba. to the 8 Soy. -Amer. microsymposium. Aug. 22-26, 1988. - Moscow. - 1988. - P. 92-93.

26. Shkuratov Yu. G., Opanasenko N. V., Basilevsky А.', "Т., Zhukov B. S., Kreilavsky ii A., Murchie S. A possible interpretation of bright features on the . surface of Phobos //■ Planet. Space Sci. - 1991. V. 39, N 1/2. - P. 341-347.

27. Shkuratov Yu. G., Opanasenko N. V., Akinov L. A. Connection between the slope of brightness-phase curve and lunar albedo /✓ Lunar and Planet. Sci. Conf. XXII. 1991, Lunar and Planet. ' Inst. - Houston Tex. - 1991. - P. 1247-1248,

28. Avanesov G., Zhukov B., Zlnan Ya., Kostenko V., Kuzmln

A., Murav'av V., Fedotov V., Bonev B., Mishey D.. Petkov D., Krumov A., SineonoY S., Boycheva V., Ustinov Yu., Waide 0. -G.. Halmann D., Possal W.,-Head J.. Murchie S., Shkuratov Yu. G.. Berghanel R., Danz M. , Mangoldt T,, Pihan U.. Weidlich U.. Lumsie K., Muinonen K., Peltoniemi J., Duxbury T., Murray B., Herkenhoff K., Fanale F., Irvine V., Smith B. Results of TV imaging of Phobos {experiment VSK-Fregat) // Planet. Space Sci. - 1991. - V. 39, No 1/2. - P. 281-293.

29. Avanesov ' G. A., Bonev'B. I., Kempe F., Basilevsky A. T., Boycheva V., ChiJcov K. H.. Danz M., Diiaitrov D., Duxbury T.. Groraatikov P., Halmann D., Head J., Krasavtsev V. M., Krasikov V. A., Krumov A., Kuzrain A. A., Losev K. D., Lumme K., Mishev D. N. , hbhlmann D. , Muinonen K., Murav'av V. M., Murchie S., Murray

B., Neumann W., Paul L., Petkov D., Petuchova 1., Possel W., Rebel B.. ShkuratoY Yu. G., Sineonov S.-, Smoth B., Totev A., Uzunov Yu., Fedotov V. P.. Veide G.-G.,■ Zapfe H., Zhukov B. S., and Zlman Ya.L. Television observation of Phobos // Nature. -1989. - V. 341. - P. 583-587.

30. Shkuratov Yu. 0. New photometric function of lunar-like surfaces: Fractal approach // Bull. Amer. Astron. Soc. - 1992. -P. 1021.

3f. Shkuratov Yu. G.Opanasenko H. V. and Kreslavsky M, A. Polarimetric and laboratory simulation. 1. The negative polarization // Icarus. - 1992. - V. S3. - P. 283-299.

32. Shkuratov Yu. G.. Opanasenko N. V. Polarimetric and photometric properties of the Moon. Telescope observation and laboratory simulation. 2. The positive polarization // Icarus. -1992. - V. 99. - P. 468-484.

33. Shkuratov Yu.G., Muinonen K. Interpreting asteroid photometry and polarimetry using a model of shadowing and coherent backscattering // Asteroids, Comets, Meteors / Eds. A.W. Harris and E. Bowell. - Houston: JLPI. - 1992. - P. 549-552.