|
№2334, 11.11.2002
|
|
|
|
ЗЕЛЕНЫЙ СВЕТ Выглядит это примерно так. На фоне черного неба еле различим темный силуэт небольшого трехэтажного здания. А из него устремился ввысь тонкий светящийся луч изумрудно-зеленого света. Случайный прохожий, увидев его, может подумать невесть что, но для жителей расположенных в этом районе домов он давно уже не в диковинку. “Опять эти ученые лазер “запускают”, - только и скажут они. На самом деле лазерный луч может быть и красным, и желтым. Сами лазерные установки – приборы дорогие и зачастую относятся к разряду уникальных. По крайней мере высотный поляризационный лидар, принадлежащий кафедре оптико-электронных систем и дистанционного зондирования РФФ, занесен в реестр уникальных установок России. По своим характеристикам он не имеет аналогов в мире и просто незаменим для кафедры, занимающейся с его помощью исследованием строения и состава атмосферы на больших высотах.
Сама кафедра оптико-электронных систем появилась ровно 40 лет назад, в 1962 году. Этому предшествовало два события, одно – местного масштаба, другое – мирового. Во-первых, в 1957 году в СФТИ была создана лаборатория под руководством В.Е.Зуева, которая по заказу правительства занималась вопросами прохождения инфракрасного излучения в атмосфере. А во-вторых, в 1960 году произошло открытие века – появились лазеры. Нужно было исследовать их возможности, создавать новые оптические приборы и технологии с применением лазеров, а специалистов не было. Решить эту проблему и предстояло новой кафедре, ставшей по сути детищем лаборатории инфракрасных излучений (ИКИ). Первым заведующим кафедрой был Сергей Степанович Хмелевцов, который впервые в Сибири начал лазерным излучением испарять капли тумана и дождя. С самого начала научные исследования кафедры велись совместно с лабораторией ИКИ, а затем и с Институтом оптики атмосферы СО РАН, созданным в 1969 году В.Е.Зуевым на базе лаборатории. Это сотрудничество не прекращается и по сей день.
Одно из сегодняшних научных направлений кафедры – лазерное зондирование природных сред. Из чего, например, состоит облако? Это могут быть капельки воды, кристаллы льда, а могут быть пыль и дым – загрязнители атмосферы. Лазер помогает получить информацию об объектах, до которых не добраться другим способом (по крайней мере так быстро). Один из таких объектов зондирования – перистые облака.
- Находятся они на высоте 8-12 километров, их толщина небольшая – примерно 1-2 км., а прозрачность высокая, – объясняет мне Игнатий Викторович Самохвалов, заведующий кафедрой и научный руководитель этого направления. - Эти облака не видны с Земли, а при наблюдении из космоса – они маскируются облаками нижнего и среднего ярусов или снежным покровом. Перистые облака часто состоят из кристаллов льда, способных ориентироваться в пространстве. Чем больше в облаке кристаллов, ориентированных относительно горизонта, тем больше солнечной энергии отражается атмосферой, уходит в космическое пространство. Для точного расчета количества тепла, поступающего на Землю, необходима физическая модель перистых облаков, учитывающая не только форму, размеры и концентрацию облачных частиц, но и ориентацию кристаллов. Такая модель перистых облаков пока еще не создана, потому что обычными средствами (например, шар-зондом) до них не добраться.
Поэтому для исследований используется лидар. С помощью лазерного луча определяется, из чего состоят эти облака, как часто они появляются и, если они состоят из кристаллов, то какова их форма и как они ориентированы в пространстве.
- Когда мы накопим достаточное количество экспериментальных данных, - продолжает И.В.Самохвалов, - можно будет создать математические модели оптических свойств перистых облаков. Это необходимо для прогнозов погоды и климата.
Вообще, чтобы получить информацию об объекте, нужно расшифровать лидарный сигнал, то есть отраженное объектом излучение лазера. Влияет на величину и форму лидарного сигнала такое явление, как многократное рассеяние (это когда излучение лазера попадает на одну частичку, рассеивается, а потом рассеянное излучение попадает на другую частичку и т.д. и только после нескольких переотражений возвращается на приемник лидара). Пока что при расшифровке данных лазерного зондирования учитывается рассеяние только первой кратности. Но сегодня старший преподаватель кафедры и ученица профессора Самохвалова В.В.Брюханова занимается моделированием лидарного сигнала с учетом второй кратности.
- Теория двукратного рассеяния – это еще один вклад нашей кафедры в разработку методов лазерного зондирования, - поясняет Игнатий Викторович.
Всем известная голография также обязана своим бурным развитием лазеру. Называется это научное направление “когерентная оптика”, а занимается им на кафедре доцент В.В.Демин. Методы голографии можно использовать, например, для изучения микроорганизмов в глубине озера Байкал – опустить источник лазерного света глубоко в воду и специальным устройством записать голограмму того, что находится в воде. Это намного лучше, чем простое фотографирование, так как позволяет получить объемное изображение даже прозрачных микроорганизмов, зафиксировать их расположение в пространстве.
Невозможно подробно рассказать в одной статье обо всех исследованиях, которые ведутся на кафедре ОЭС и ДЗ. К сожалению, много интересного осталось за рамками этого материала, например, как из невидимого глазом человека инфракрасного излучения сделать видимое, как работает адаптивный телескоп, как улучшить качество космических снимков земной поверхности, как распознать террориста в толпе граждан, используя видеокамеру. Высокий уровень проводимых исследований характеризует последний пример - за успешную работу в этом направлении получил недавно президентскую стипендию аспирант кафедры Алексей Елизаров. Но об этом мы расскажем вам в следующий раз. Наталья ШАРАПОВА
Фото Евгения ВОРОШИЛОВА |
|