Наблюдение за поведением муравьев помогло НАСА решить проблему точного измерения толщины льда. Посмотрим, как это сделали ученые.
Лидары для космоса
Спутник НАСА ICESat-2 оснащен лидаром. Это основной компонент беспилотных транспортных средств. Это оптический датчик, который измеряет расстояние или скорость объектов с помощью инфракрасного лазера. В результате компьютерная система получает трехмерное изображение окружающего мира и определяет точное расстояние до препятствий и других транспортных средств, а также информацию о том, движется ли объект. По сути, лидар — это радар, где вместо радиоволн используются световые волны (что и отражено в названиях приборов).
Спутник посылает триллионы фотонов на Землю с помощью лидара, а затем анализирует то, что отражается. Поскольку ученым известна скорость света, они могут использовать лидар для определения высоты: фотону, отраженному от вершины горы, потребуется немного меньше времени, чтобы достичь ICESat-2, чем вернуться со дна долины.
Фотоны в снегу
Точно так же ученые пытались измерить толщину снежного покрова с помощью лидаров. Ху Юнцянь, исследователь из Исследовательского центра НАСА в Лэнгли, объясняет:
— Мы можем измерить расстояние, которое проходит каждый отдельный фотон внутри снега. Некоторые из них способны погружаться на глубину в десятки метров, прежде чем вновь всплыть и вернуться на спутник.
Соответственно, эта задержка выявляет глубину снега. Однако измерения часто оказывались неточными из-за поведения фотонов.
Путаница в данных
Путь фотонов сквозь снег не всегда прост и часто случаен. Некоторые достигают самой земли и отскакивают от нее, прежде чем вернуться на поверхность. Некоторые отскакивают посередине и ударяются о снежинки. По словам Юнцяня:
— Большинство из них перемещаются на несколько дюймов и возвращаются, но некоторые уходят очень глубоко, на очень большие расстояния, застревают в снегу и подпрыгивают взад и вперед.
Все это создает неточности в результирующих данных.
Муравьи спешат на помощь
Ху Юнцянь узнал, что биологи испытали нечто подобное: хотя путь отдельного муравья нельзя точно определить, ученые могут предсказать среднее время, в течение которого муравей будет путешествовать под землей с грузом, прежде чем он достигнет поверхности. Поведение фотонов тоже имеет свои законы. Хотя частицы движутся случайным образом, ученые могут математически представить среднее расстояние, которое проходит каждая из них. Команда подсчитала, что в среднем фотон будет преодолевать вдвое большее расстояние, чем глубина снега, через который он проходит. Данные сравнивались с результатами замеров высоты снежного покрова на тех же участках, выполненных аэрорадаром. Все сошлось.
Преимущества нового метода
Бен Смит, гляциолог (исследователь ледников) из Вашингтонского университета, не участвовавший в исследовании, удивлен:
— Это действительно смелое приложение теории к реальным измерениям. Моей первой реакцией было: «Это не может работать». Но, похоже, им это удалось.
Исследователи смогут использовать новый метод анализа толщины морского льда, чтобы лучше понять, как меняется Арктика: климат меняется в четыре раза быстрее, чем остальная планета. Космический лидарный анализ это намного экологичнее, дешевле, чем с помощью самолета, а также спутник помогает проникнуть в самые труднодоступные места на Земле.
Подписывайтесь на «Гродно 24» в Дзен Новости и на наш канал в Дзен