Библиотека ДИССЕРТАЦИЙ
Главная страница Конференции | Авторефераты Новые диссертации

Комната отдыха

Книги
Статьи
О сайте
Авторские права
О защите
Для авторов
Бюллетень ВАК
Новости
Поиск
СУПЕРОБУЧЕНИЕ Полезные ссылки

Введите слово для поиска

Великодский Юрий Иванович.
Влияние альбедо и рельефа на закон распределения яркости по диску Луны

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В. Н. КАРАЗИНА
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АСТРОНОМИИ

Специальность 01.03.03 – Гелиофизика и физика Солнечной системы

ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук

Научный руководитель: доктор физико-математических наук АКИМОВ ЛЕОНИД АФАНАСЬЕВИЧ

Харьков – 2002

Содержание диссертации
Влияние альбедо и рельефа на закон распределения яркости по диску Луны

Введение

Глава 1. Рассеяние света лунной поверхностью
1.1. Основные понятия
1.2. Развитие представлений об отражении света Луной
1.3. Классический подход к описанию рассеяния света поверхностями безатмосферных тел
1.3.1. Модель полубесконечного слоя взвешенных частиц
1.3.2. Теневой эффект
1.3.3. Оппозиционный эффект
1.3.4. Влияние мезорельефа
1.4. Принципы инвариантности в теории рассеяния света реголитоподобными поверхностями
1.4.1. Предельно шероховатая поверхность. Закон Акимова
1.4.2. Принцип инвариантности к возмущениям фотометрической функции
1.4.3. Масштабная инвариантность самоподобной поверхности
1.5. Экспериментальные исследования закона отражения света
1.5.1. Наблюдения избранных участков лунной поверхности
1.5.2. Картирование физических характеристик лунной поверхности
1.6. Зависимость яркости от фотометрических координат (постановка задачи диссертации)

Глава 2. Наблюдения Луны. Программы и алгоритмы обработки
2.1. Программный комплекс IRIS – унифицированная система обработки астрономических данных
2.1.1. Принципы построения IRIS
2.1.2. Специализированные расширения IRIS для обработки изображений Луны
2.2. Наблюдения Луны и стандартизация данных
2.2.1. Наблюдения с ПЗС-линейкой
2.2.2. Наблюдения с ПЗС-матрицей
2.2.3. Приведение данных к стандартному виду
2.2.4. Организация доступа к данным
2.3. Обработка данных КА "Клементина"

Глава 3. Широтная зависимость яркости лунной поверхности
3.1. Экспериментальное исследование закона распределения яркости по диску Луны
3.1.1. Вычисление фактора гладкости
3.1.2. Фазовая зависимость фактора гладкости
3.1.3. Широтная зависимость в формуле Хапке
3.1.4. Физические свойства лунной поверхности, формирующие широтную зависимость (уточнение задачи диссертации)
3.2. Широтная зависимость яркости различных лунных образований
3.3. Влияние альбедо на широтную зависимость яркости
3.4. Широтная зависимость показателя цвета лунной поверхности
3.5. Зависимость яркости отдельных морских участков от фотометрических координат в широком диапазоне спектра (анализ данных космических наблюдений)
3.6. Широтная зависимость яркости лабораторных образцов
3.7. Обсуждение результатов

Заключение
Литература
Приложение А. Фотометрические координаты
Приложение Б. Косая внешняя перспективная проекция
Приложение В. Редактор заголовков HeadEdit
Приложение Г. Описание FITS-заголовка

ВВЕДЕНИЕ

Одним из важнейших направлений современной планетологии является изучение физических свойств твёрдых планетных поверхностей с помощью фотометрических наблюдений. Эти исследования необходимы для понимания физических процессов, происходящих на других планетах; они важны для изучения эволюции Солнечной системы; а также они являются необходимым звеном освоения космоса человеком.

Важным условием для фотометрических исследований поверхностей планет является знание закона отражения света этими поверхностями. Действительно, для того чтобы исследовать связь между наблюдаемой яркостью участков поверхности и их физическими свойствами, прежде всего необходимо установить зависимость яркости исследуемого участка от условий его освещения и наблюдения. Это позволит приводить данные измерений различных участков поверхности планеты к стандартным условиям наблюдения и производить их сравнительный анализ. С другой стороны, наблюдения одних и тех же участков поверхности при различных фотометрических условиях дают возможность найти входящие в закон отражения параметры, которые несут информацию о физических свойствах поверхности.

Наиболее удобным объектом для исследования закона отражения света твёрдыми планетными поверхностями является Луна. Она является типичным представителем безатмосферных тел Солнечной системы и расположена близко к Земле, что позволяет детально исследовать поверхность нашего естественного спутника. Освоение человеком планет Солнечной системы, в свою очередь, тоже должно начаться именно с колонизации Луны. Кроме этого, при наблюдении других небесных тел Луну удобно использовать в качестве фотометрического стандарта. Поэтому представляется очень важным исследование закона отражения света поверхностью Луны.

Известно, что закон отражения света лунной поверхностью можно разделить на два сомножителя: фазовую зависимость яркости зеркальной точки и закон распределения яркости по диску Луны относительно зеркальной точки при фиксированном угле фазы. Для описания фазовой зависимости существуют аналитические выражения, применимые для углов фазы, по крайней мере, до 90°. Закон распределения яркости изучен хуже, и поэтому первоочередной задачей можно считать исследование закона распределения яркости по диску Луны.

Появившиеся за последнее десятилетие высокоточные ПЗС-приборы, мощные компьютеры, а также возможность проводить фотометрические наблюдения с борта космических аппаратов сделали возможным исследование закона отражения света Луной на новом качественном уровне, что, в частности, должно позволить получить функцию распределения яркости по диску, применимую в широком диапазоне фазовых углов.

Актуальность темы. На сегодняшний день наиболее приемлемым теоретическим законом, описывающим распределение яркости по диску однородной Луны, является закон Акимова. Он получен для случая предельно шероховатой поверхности и замечателен тем, что не содержит ни одного параметра, характеризующего свойства поверхности. Однако, при решении ряда задач точности этого закона оказывается недостаточно: наблюдаемое для Луны потемнение к полюсам, особенно проявляющееся при больших углах фазы, значительно меньше потемнения, даваемого законом Акимова.

Формула Хапке, также часто применяющаяся для описания закона отражения света Луной, даёт лучшее согласие с экспериментом; однако она содержит большое количество параметров, характеризующих свойства поверхности, и является чрезвычайно громоздкой. Это делает её весьма неудобной и при решении ряда задач – практически неприменимой.

Существует также эмпирическая формула Акимова, которая в некотором смысле обобщает закон Акимова путём введения параметра q (фактора гладкости), характеризующего свойства поверхности. Этот параметр, по данным Акимова, определяется, в основном, мезорельефом поверхности. Эмпирическая формула Акимова является достаточно простой, и в то же время неплохо описывает распределение яркости по диску Луны. Однако параметр q зависит от угла фазы, и Акимову удалось найти эту зависимость только для углов фазы, меньших 60°. Тем не менее, использование эмпирической формулы Акимова для описания распределения яркости по диску Луны представляется довольно перспективным. Поэтому на сегодняшний день является актуальным исследование закона распределения яркости по диску Луны при больших углах фазы, а также нахождение связи между параметром q и физическими свойствами поверхности Луны.

Решение этой задачи позволит использовать эмпирическую формулу Акимова для фотометрической калибровки наблюдательных данных и исследования физических свойств поверхности Луны.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа входит в план бюджетной НИР №8-12-01 НИИА ХНУ «Исследование физических условий на поверхностях и в атмосферах планет» (№ госрегистрации 0199U004411). Автор диссертации является ответственным исполнителем этой НИР, а его работа - одной из основных составляющих НИР.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационной работы – получение закона распределения яркости по диску Луны, применимого, по возможности, при всех углах фазы, и определение связи параметров этого закона с физическими характеристиками поверхности Луны.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
1) на основе современных высокоточных данных ПЗС-наблюдений проверить применимость эмпирической формулы Акимова для описания распределения яркости по диску Луны в максимально широком диапазоне фазовых углов;
2) исследовать фазовую зависимость параметра q, входящего в эмпирическую формулу Акимова, при больших углах фазы и найти аналитическое выражение для этой зависимости;
3) более детально исследовать зависимость параметра q от альбедо и рельефа поверхности в максимально широком диапазоне фазовых углов.

Объектом исследования является поверхность Луны.

Предмет исследования – закон распределения яркости по диску однородной Луны.

Методы исследования. Наблюдения проводились методом панорамной ПЗС-фотометрии. Результаты наблюдений исследовались методами компьютерной обработки и теоретического анализа.

Научная новизна полученных результатов.
1. Впервые получена эмпирическая формула для описания фазовой зависимости фактора гладкости лунной поверхности в интервале углов фазы от 0 до 135°, что даёт возможность проводить сравнительный анализ оптических свойств областей, расположенных в различных частях лунного диска, при углах фазы, по крайней мере, до 135°. Ранее была известна такая формула только для углов фазы, меньших 60°.

2. С помощью теории Мороженко-Яновицкого, описывающей рассеяние света пористыми поверхностями, впервые обосновано отсутствие существенного влияния альбедо на широтную зависимость яркости лунной поверхности.

3. Впервые показано, что при углах фазы, по крайней мере, до 142°, фактор гладкости q определяется только рельефом практически для всей поверхности Луны. Ранее такое свойство фактора гладкости было известно только для углов фазы до 105°.

4. На основе космических данных впервые показано, что фактор гладкости некоторых ровных морских участков, в отличие от остальной поверхности Луны, зависит от альбедо. Показано, что это связано со слабой степенью шероховатости этих участков.

Практическое значение полученных результатов.
1. Набор изображений Луны, полученных в двух участках спектра при больших углах фазы (80-150°), может быть использован для анализа фазовой зависимости контраста между различными типами лунных образований. Это позволит исследовать фазовую зависимость яркости Луны при больших углах фазы.

2. Для работы с астрономическими изображениями в цифровом виде разработан программный комплекс IRIS. Его использование возможно в любом научном подразделении, занимающемся обработкой изображений. С 1999 года IRIS доступен через Интернет (http://www.cyteg.com).

3. Усовершенствованный алгоритм первичной обработки данных наблюдений с ПЗС-матрицей может быть использован как для камеры OS-65D, так и для других ПЗС-камер при наблюдении ярких и протяжённых объектов.

4. Фазовая зависимость фактора гладкости может быть использована, совместно с эмпирической функцией Акимова, для фотометрической калибровки наблюдательных данных при углах фазы, по крайней мере, до 135°. При этом могут быть использованы значения входящего в эту зависимость параметра n, найденные для основных типов лунной поверхности. Это позволит проводить сравнительный анализ оптических свойств областей, расположенных в различных частях лунного диска, в широком диапазоне углов фазы. Это также необходимо для геолого-морфологического районирования лунной поверхности и для планирования космических миссий.

5. Эмпирическая зависимость фактора гладкости от угла фазы, содержащая два параметра (q0 и n), может быть использована, совместно с эмпирической формулой Акимова, для описания отражения света широким классом поверхностей: начиная от ровных искусственных поверхностей, до имеющих сложный рельеф поверхностей планет: Марса, Меркурия, Луны, астероидов.

Личный вклад диссертанта. Идея диссертации принадлежит научному руководителю – Л.А. Акимову. Анализ полученных результатов на равных правах принадлежит автору диссертации и Л.А. Акимову [7-9,96,97].

При наблюдениях Луны использовались приборы и программное обеспечение, разработанные В.В. Корохиным. Автор диссертации самостоятельно проводил наблюдения и первичную обработку данных при технической консультации В.В. Корохина. Для первичной обработки данных наблюдений с ПЗС-линейкой частично использовался программный комплекс WK_DIP, разработанный В.В. Корохиным, и частично программы автора диссертации. Для первичной обработки данных наблюдений с ПЗС-матрицей автор самостоятельно разработал алгоритм и программное обеспечение ([7,35], раздел 2.2).

Помимо данных собственных наблюдений автор диссертации использовал данные наблюдений В.В. Корохина и Л.А. Акимова. Первичная обработка данных ПЗС-наблюдений В.В. Корохина была выполнена В.В. Корохиным, а первичная обработка данных фотографических наблюдений Л.А. Акимова была выполнена совместно Л.А. Акимовым и автором диссертации ([7-9,96,97], Глава 3).

Идея и разработка программного комплекса IRIS на равных правах принадлежат автору диссертации, В.В. Корохину и С.А. Белецкому ([19,35], раздел 2.1).

Идея обработки данных КА "Клементина" с целью исследования спектральной зависимости фактора гладкости принадлежит Ю.Г. Шкуратову и М.А. Креславскому. Автором диссертации была выполнена основная часть работы по аппроксимации наблюдательных данных эмпирической формулой Акимова, для чего было разработано программное обеспечение. Для калибровки изображений КА "Клементина" автор использовал программу Calibr31, разработанную М.А. Креславским ([74,98,99], разделы 2.3, 3.5).

Результаты измерения лабораторных образцов принадлежат Л.А. Акимову. Автором диссертации была сделана аппроксимация широтной зависимости измеренных значений яркости образцов ([8], раздел 3.6).

Апробация результатов диссертации. Результаты исследований, включенных в диссертацию, докладывались на 3-й международной конференции по исследованию и утилизации Луны (Москва, 1998 г.); Международной научной конференции "Астрономия 2000 года" (Одесса, 2000 г.); 3-й конференции "Применение персональных компьютеров в научных исследованиях и учебном процессе" (Харьков, 1998 г.); на научных семинарах НИИА ХНУ.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 4 статьях в научных журналах [7,8,35,74] и 9 тезисах конференций [9,18,19,23,36,96-99].

Запрос на диссертацию присылайте на адрес kulseg@mail.ru

Биология
Ветеринария
Геология
Искусствоведение
История
Культурология
Медицина
Педагогика
Политика
Психология
Сельхоз
Социология
Техника
Физ-мат
Филология
Философия
Химия
Экономика
Юриспруденция

Подписаться на новости библиотеки
Рассылка 'Новости библиотеки диссертаций'

Пишите нам
X