31/07/2020

Лидары космического, наземного и мобильного размещения

419
В прошлом номере «Томские новости» писали о молодом ученом из Института оптики атмосферы, руководителе лаборатории атмосферной радиации Александре Коношонкине, который рассчитал математическую модель для исследования перистых облаков. Наш сегодняшний герой – научный сотрудник кандидат физико-математических наук Сергей Насонов – также работает в Институте оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН (ИОА СО РАН) в группе оптического зондирования атмосферы. Молодые ученые и их коллеги ведут совместные исследования: группа создает лидары и осуществляет зондирование атмосферы, в лаборатории разрабатываются математические модели, использующиеся для интерпретации лидарных данных. 

Зеленый луч пронзает небо 

Иногда томичи могут видеть направленный в небо зеленый луч. Это и есть лазерный луч лидара. Сам лидар представляет собой систему из передатчика, который посылает лазерное излучение в атмосферу и рассеянное средой излучение принимает телескопом. Анализ характеристик регистрируемых сигналов позволяет ученым оценивать состояние исследуемой среды. Сотрудники ИОА СО РАН создали целую серию компактных и мобильных лидарных комплексов, которые могут быть размещены на различных носителях (автомобилях, кораблях, самолетах) и использованы в сложных экспедиционных условиях. С помощью разработанных инструментов проводятся регулярные эксперименты по исследованию атмосферы. 

– Одним из наиболее важных изучаемых объектов являются перистые облака. Они имеют очень большую горизонтальную протяженность – тысячи километров, закрывая от Солнца значительную часть поверхности Земли и отражая поступающее солнечное излучение, поэтому изучать свойства перистых облаков необходимо для более точного расчета количества тепла, поступающего на Землю. Это в свою очередь влияет на климат. Получить информацию об этих удаленных от поверхности Земли на высоту 8–12 км атмосферных объектах помогает лазер и созданный на его основе инструмент – лидар, – рассказывает Сергей Насонов. – Лидарные данные необходимы для прогноза климатических и экологических изменений на нашей планете, построения региональных и глобальных моделей атмосферы. 

По мнению ученого, изменение климата является важнейшей проблемой новейшего времени. В целом идет тенденция к потеплению. 

– Да, это сложно прогнозируемый процесс, требующий огромного количества измерений по всей планете, накопления и анализа большого числа данных, – продолжает исследователь. – И однозначно сказать, какими темпами происходят эти изменения и каков вклад в них антропогенных факторов, пока проблематично. 

Ноу-хау, рожденное в Томске 

Сергей называет себя ученым-практиком. Он в составе коллектива участвует в разработке и создании уникальных инструментов, которые служат в первую очередь для исследований оптических характеристик атмосферы, обнаружения источников ее загрязнения. 

Облака являются одними из важнейших составляющих атмосферы. Жидкокапельные облака детально изучены. Сложность исследования перистых облаков заключается в том, что они имеют более сложную микроструктуру. Перистые облака состоят из мелких несферических частиц льда всевозможных размеров и форм, различным образом ориентированных в пространстве. Лидары являются практически единственными инструментами, которые дистанционно и оперативно позволяют получать данные о перистых облаках. 

Недавно томский исследователь в составе авторского коллектива опубликовал статью в высокорейтинговом журнале, где описаны технические особенности одной из последних разработок – сканирующего поляризационного лидара, предназначенного для изучения перистых облаков. За счет возможности высокоточного углового сканирования и учета поляризационных эффектов созданный инструмент позволяет получать больше информации о микроструктуре перистых облаков, в первую очередь о преимущественной ориентации ледяных кристаллов в облаках. 

– Иными словами, горизонтально ориентированные частицы в облаке могут действовать как зеркальная поверхность, отражая часть солнечного излучения, тем самым оказывая влияние на климат нашей планеты, – утверждает Сергей Насонов. – Получаемая с помощью лидаров информация используется в создании физических моделей, описывающих свойства перистых облаков при построении прогнозов погоды и моделей климатических изменений. Преимущественная ориентация кристаллов – очень важный параметр, который раньше практически не учитывался в климатических задачах, что приводило к погрешностям в прогностических расчетах. 

К своей работе томичи подключили зарубежных коллег: сейчас создается крупный международный проект в сотрудничестве с учеными из Китая, России и Беларуси. 

На вопрос о том, как часто проводятся измерения и достаточно ли их для проверки подтверждения теории о потеплении климата, Сергей отвечает так: 

– Лидары – это технически очень сложные и дорогие приборы. Для более точных прогнозов климатических изменений необходимо проводить измерения по всему миру и иметь целую лидарную сеть, включающую в себя наземные, самолетные и спутниковые средства измерения. Тогда можно будет более точно говорить о том, как меняется климат. Правда, для сбора того объема данных, который позволит в будущем прогнозировать изменения атмосферы, понадобится не один год. Мы в свою очередь регулярно проводим измерения в томском Академгородке. Очень часто можно увидеть зеленый луч в небе над Томском. Эти исследования проходят в том числе в рамках международного сотрудничества с лидарными группами из разных стран. 

Удача работать в классном коллективе 

Сергей Насонов родом из села Первомайского Томской области. Педагоги этого района подготовили не одно поколение умников и умниц, которые всегда с благодарностью вспоминают свою малую родину. 

– В школе я больше любил математику и изначально поступал на экономический факультет, – рассказывает Сергей. – Но не прошел и сейчас нисколько об этом не жалею. 

Учеба на радиофизическом факультете ТГУ с головой погрузила способного студента в сложный мир изучения точных дисциплин. Уже на старших курсах в его жизнь вошла наука, а повлиял на этот выбор будущий научный руководитель Сергея – Игнатий Самохвалов, заведующий кафедрой оптико-электронных систем и дистанционного зондирования ТГУ. Лазерное зондирование облаков верхнего яруса уже тогда стало темой его исследований. 

После окончания аспирантуры и защиты кандидатской диссертации Сергей пришел в ИОА СО РАН, сейчас работает в группе оптического зондирования атмосферы под руководством Юрия Балина. 

– Это отличный коллектив, известный в мировом научном сообществе, – с восхищением говорит молодой ученый. – В вопросах лазерного зондирования мы активно сотрудничаем с зарубежными коллегами. За плечами группы большой опыт создания лидаров, одним из них является первый отечественный космический лидар «Балкан», выведенный на орбиту в 1995 году на станции «Мир». Сейчас в институте я продолжаю заниматься вопросами, связанными с лазерным зондированием атмосферы, изучаю условия в атмосфере, при которых формируются кристаллические облака, содержащие преимущественно ориентированные частицы. Регулярно участвую в проведении экспериментов. 

– Можно ли считать ваши разработки актуальными для изучения Земли из космоса? Способны ли томичи запустить в космос собственный лидар? 

– Проект вполне реализуемый, – утверждает научный сотрудник. 

По его мнению, при должной постановке задачи разработчикам из ИОА СО РАН по силам создание современного орбитального лидара. 

К слову, заинтересованность в совместной работе с томскими учеными проявляют и зарубежные коллеги, прежде всего из Японии, Китая, США и Германии. Это касается как теоретических исследований, так и вопросов разработки инструментальных средств для таких исследований. 

Сергей Насонов с интересом рассказывает о своей работе в коллективе, о многочисленных экспедициях, направленных на исследование атмосферы в различных регионах страны. 

– Моя работа очень увлекательная. Кроме того, приятно осознавать, что результаты проводимых нами исследований являются востребованными во всем мире!  

Справка «ТН» 
Сергей Насонов 
Возраст: 34 года. 
Образование: радиофизический факультет ТГУ, аспирантура ТГУ. 
Степень: кандидат физико-математических наук. 
Достижения: дважды победитель конкурса на получение стипендии президента РФ для молодых ученых. 
Награды: медаль им. Сергея Королева Федерации космонавтики России за развитие технологий лидарных подспутниковых экспериментов для изучения профильных характеристик атмосферы, награда губернатора Томской области – знак «Будущее Томской области». 
Хобби: участие в соревнованиях КВН, организуемых Домом ученых томского Академгородка. 

Автор: Татьяна Абрамова 

Источники

Лидары космического, наземного и мобильного размещения
Томские новости (tomsk-novosti.ru), 31/07/2020

Похожие новости