Нижегородские ученые создали первую в мире модель континуального поглощения водяного пара
В Институте прикладной физики имени А. В. Гапонова-Грехова РАН впервые в мире предложили модель малоизученного компонента спектра поглощения водяного пара — континуума, основанная на физических механизмах его формирования. Она позволяет существенно увеличить точность определения атмосферных характеристик, в первую очередь влажности и температуры, которые необходимы при прогнозировании погоды и долгосрочных изменений климата.
Результаты опубликованы в Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. Водяной пар – это парниковый газ, являющийся основным поглотителем излучения в атмосфере Земли. Он отвечает за 60% парникового эффекта при ясном небе в инфракрасном диапазоне при длинах волн более 4 мкм, а также примерно за 60% от общего атмосферного поглощения на длинах волн меньше 4 мкм. Молекула воды может израсходовать энергию поглощенного электромагнитного излучения на вращения или колебания, частоты которых соответствуют спектральным линиям водяного пара. Но в начале прошлого века ученые экспериментально обнаружили, что в спектре водяного пара также есть составляющая, дающая заметный вклад в наблюдаемое поглощение между спектральными линиями. Ее назвали континуальным поглощением или континуумом.
Дискуссии о физической природе континуума продолжаются до сих пор. Его появление связывают с тем, что молекулы водяного пара взаимодействуют друг с другом и с другими атмосферными молекулами в ходе их соударений, происходящих не мгновенно и не упруго. Из-за этого образуются двойные молекулы – димеры, а форма линий одиночных молекул искажается. Однако теоретические расчеты атмосферного континуума затруднительны.
Поэтому в атмосферных приложениях обычно используются эмпирические или полуэмпирические модели. Их применимость ограничена тем, что они работают только в определенных диапазонах давлений и температур и могут неточно воспроизводить экспериментально наблюдаемые спектральные особенности. Так, в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн для атмосферных приложений используют модель МРМ (Millimeter wave Propagation Model). Но заложенная в ней упрощенная частотная зависимость континуума приводит к ошибке яркостной (излучательной) температуры атмосферы до 30 градусов Кельвина, тогда как современные требования к точности – десятая доля градуса.
«Исследование атмосферного континуума в нашем отделе продолжается уже больше десяти лет. Мы с коллегами провели многочисленные экспериментальные исследования спектра водяного пара с помощью резонаторного спектрометра, разработанного в ИПФ РАН, а также Фурье-спектрометра лаборатории AILES при синхротроне SOLEIL (Франция). Они позволили пронаблюдать в эксперименте и учесть при моделировании атмосферного поглощения вклад димеров воды, который оказался значительным в субтерагерцовом диапазоне частот», – рассказала старший научный сотрудник отдела микроволновой спектроскопии ИПФ РАН, кандидат физико-математических наук Татьяна Галанина.
«Объединив результаты своих измерений со всеми известными на сегодняшний день теоретическими и экспериментальными исследованиями континуума, мы впервые смогли разделить вклады в поглощение димеров и дальних крыльев резонансных линий в субтерагерцовом диапазоне», – продолжает научный сотрудник отдела, кандидат физико-математических наук Александра Королева. – «Это позволило построить модель континуума, учитывающую его физическую природу, но остающуюся простой для практических применений. На данный момент модель включена в библиотеки, используемые для обработки наземных и спутниковых данных, и будет апробирована в ходе современных атмосферных измерений».
Успех проекта обеспечил большой опыт исследований молекулярных спектров атмосферного поглощения, а также экспериментальная техника, превосходящая по основным параметрам известные аналоги. С появлением новых теоретических и экспериментальных данных о континууме будет проводиться расширение модели на другие молекулы и частотные диапазоны.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно