행성 레골리스에서 빛의 산란 및 흡수

이 프로토콜의 방법은 행성 레골리스에 의해 산란하는 빛의 개방형 전산 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있으며, 핵 및 기타 태양계 물체를 통과하는 소행성 표면에 입자가 조밀하게 포장되어 있습니다. 계산의 유효성을 검사하기 위해 초음파 시료 부양을 기반으로 고유한 비접촉 식 및 비파괴 측정을 소개합니다. 우리는 샘플 위치와 방향을 완전히 제어 할 수 있습니다.

여기서 는 소행성 4 베스타와 67P/추류모프-게라시멘코의 관측을 해석하기 위해 검증된 계산 방법을 적용합니다. 전산 및 실험 방법은 보편적이며 예를 들어 지상 원격 감지, 나노 스케일 재료 과학 및 생물 의학 광학에 적용될 수 있습니다. 이러한 방법을 활용하려면 인내심이 필요합니다.

그러나, 노력은 결과의 절대적이고 양적 특성때문에 결실을 얻습니다. 메서드의 시각적 데모는 매우 중요합니다. 이 비디오에 표시된 실험 부품은 광학 및 음향 모두에서 최첨단 기술을 결합합니다.

절차를 시연하는 것은 닥터 앤티 펜틸라, 줄리아 마티카이넨, 페테리 헬란더 씨, 고란 마코니 씨, 티모 바이사넨 씨입니다. 먼저 광원, 사진 승수관 및 증폭기를 켜서 산란계를 설정합니다. 시스템이 30분 동안 안정화되도록 합니다.

다음으로, 부양의 중앙에 마이크를 삽입하고 교정 스크립트를 실행하여 음향 샘플 부양을 설정합니다. 그런 다음 빈 부양소로 측정 스윕을 합니다. 스윕은 주변 광등, 주변의 반사 또는 전기 소음에 의해 생성된 신호를 보여줍니다.

설정이 완료되면 음향적으로 투명한 메쉬 스푼을 사용하여 샘플을 음향 부양소에 주입합니다. 비디오 카메라와 높은 배율 광학을 사용하여 산란 측정 전후의 샘플의 방향과 안정성을 검사합니다. 어쿠스틱 트랩의 강도와 인대는 최대의 시료 안정성을 위해 최적화되어 있습니다.

따라서 음향 전력은 가능한 한 낮게 설정됩니다. 샘플이 비대칭인 경우 세로 축 을 중심으로 회전하여 모양에 대한 정보를 얻습니다. 어쿠스틱 트랩의 정렬을 천천히 변경하여 회전을 수행합니다.

이미징하는 동안 이미지 품질을 개선하기 위해 추가 조명을 적용합니다. 다음으로 측정 챔버를 닫아 외부 광을 차단합니다. 컴퓨터 인터페이스를 사용하여 샘플의 방향과 측정 의 각 해상도 및 범위를 선택합니다.

들어오는 빛과 산란된 광은 전동선형 편광자에 의해 여과됩니다. 자동 측정 스윕을 실행합니다. 이렇게 하면 수평 수평, 수평 수직, 수직 수직 및 수직 수평의 편광자 방향으로 각 각도에 대해 4점을 측정합니다.

음향 필드를 끄고 샘플이 음향적으로 투명한 원단에 떨어지게 하여 측정 후 샘플을 복구합니다. 그런 다음 빈 부양사로 다른 측정 스윕을 실행하여 주변 광 조건으로 인해 가능한 드리프트를 감지합니다. 완료되면 데이터를 저장합니다.

데이터를 분석하여 서로 다른 편광에서 강도의 선형 조합을 통해 각 각도에 대한 Mueller 행렬 요소를 계산합니다. 모델링을 시작하려면 SSH 액세스를 사용하여 CSC IT 센터에 연결하여 과학 제한 클러스터 Taito에 연결합니다. 배쉬 compile.sh 실행하여 Taito에 대해 미리 구성된 모든 필수 프로그램을 다운로드하고 컴파일합니다.

다음으로, 텍스트 편집기 Nano를 열고 단일 스캐터, 볼륨 요소 및 연구된 샘플에 대한 매개변수를 설정하여 파일 PARAMS를 수정하여 연구된 샘플과 일치한다. 그런 다음 명령 배쉬 run.sh 실행하여 파이프라인을 실행합니다. 완료되면 샘플의 전체 Mueller 매트릭스를 임시 폴더에 파이널.out으로 작성합니다.

Siris4를 사용하여 Siris4 실행 파일을 입력 파일 및 P 매트릭스 파일과 동일한 폴더로 먼저 이동하여 하워드 파티클의 산란 특성을 계산합니다. 그런 다음 input_1 복사합니다. pmatrix_1.

테스트 폴더에서 들어보입니다. input_1. 에서, 광선수를 200만으로 설정하고, 시료 입자수를 1, 000으로, 반경의 표준 편차는 0.17로 설정하고, 상관 기능의 전력법 지수를 3개로 설정한다.

그런 다음 굴절률의 실제 부분을 1.8로 설정하고 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 굴절률 n의 가상 부분을 사용합니다. 다음으로, 10미크론의 샘플링 스텝으로 직경 10~200미크론의 크기 범위를 사용하여 각 파장에 대해 도시된 명령을 0.4~2.5미크론에 대해 도시된 명령을 실행하여 Siris4를 실행한다. 다음으로 계산된 각 산란 위상 행렬 p를 pmatrix_x 저장합니다.

파일에 있습니다. 파일 이름의 x는 파장 수를 설명하고 각 파티클 크기에 대해 1개에서 43까지 다양합니다. 파일에는 분산 매트릭스 요소 P11, P12, P22, P33, P34 및 P44가 하나의 파장 및 파티클 크기에 대한 산란 각도를 포함합니다.

획득한 산란 행렬, 단일 산란 Albedos를 평균하며, 인덱스가 3.2인 전력법 크기 분포를 통해 자유로운 경로를 의미합니다. 베스타 크기의 볼륨 내부에 분산 된 스캐터를 사용하여 굴절 률을 하나. 입력 파일에서 평균 단일 산란 Albedos를 사용하고 내부 산란기에 대한 무료 경로 길이를 의미합니다.

그런 다음 x가 파장인 곳에 표시된 명령을 실행하여 각 파장에서 Siris4를 실행합니다. 코드는 내부 분산 된 산란기에 대한 입력으로 평균 산란 행렬을 읽습니다. 0.55 미크론에서 0.42327의 기하학적 알베도 값에 베스스타의 관찰 스펙트럼을 확장합니다.

17.4도에 도착하려면 배율의 스펙트럼에 0.491의 계수를 적용합니다. 전체 파장 범위에서 모델링된 스펙트럼과 관찰된 스펙트럼을 모두 비교합니다. 먼저 Git로 소스 파일을 다운로드하고 파일을 다운로드한 디렉터리 CD 프로토콜4b로 이동합니다.

다음으로, 배쉬 compile.sh 실행하여 필요한 모든 프로그램을 다운로드하고 컴파일합니다. 준비가 되면 평균 입력 산란 행렬과 진폭 산란 행렬을 현재 작업 디렉터리에 복사합니다. 다음으로 텍스트 편집기 Nano를 열고 파일 PARAMS를 수정하여 원하는 매개 변수를 설정합니다.

배쉬 run.sh 실행하여 파이프라인을 실행합니다. 그런 다음 전체 뮬러 행렬을 temp 폴더에 rtcb.out으로 작성합니다. MATLAB에서 시작하여 평균 루틴 powerlaw_ave 실행합니다.

m은 Siris4 솔버에서 혼수부 상 함수를 계산한 후 인덱스의 전력법 크기 분포를 평균3으로 계산합니다. 예상 루틴 출력은 pmatrix2입니다. 에서, 알베도와 평균 무료 경로.

다음으로 출력 알베도의 결과와 평균 무료 경로에서 입력으로 설정합니다. 파일에 있습니다. 크기를 10억으로 설정하고 형상에 대한 상관 기능의 전원 법 지수를 2.5로 설정합니다.

그런 다음 여기에 표시된 명령선을 사용하여 Siris4를 실행하여 핵 상 함수를 얻습니다. Siris4를 사용하면 100, 000개의 산란 특성이 해결되고 평균화되었습니다. 이러한 결과는 효과적인 매체 없이 실험 측정 및 추가 시뮬레이션을 보여주는 여기에 플롯됩니다.

파티클 분포에 대한 두 선택 모두 서로 다른 편광 특성을 초래하지만 측정된 위상 함수와 일치합니다. 이러한 차이는 샘플에서 파티클의 기본 분포를 식별하는 데 사용할 수 있습니다. 가장 좋은 선택은 크기가 큰 입자 대신 잘린 일반 분포를 사용하는 것입니다.

정규화된 위상 함수만 사용하는 경우 두 분포는 구별할 수 없는 결과를 제공합니다. 탈극화의 경우 수치 결과는 측정된 곡선과 유사한 특징을 가지지만 함수는 백스캐터링 방향으로 10도 씩 이동됩니다. 편광의 차이는 샘플이 아마도 균일한 모델보다 더 복잡한 구조를 가지고 있음을 나타냅니다.

그러나 골재의 실제 구조를 검색하기 위해 샘플 특성화를 위한 기존의 현미경 방법을 넘어서는 것이다. 여기서 포토메트릭 위상 곡선은 조밀하게 포장된 높은 Albedo regolith에서 그림자의 효과를 모방한 크기에 대한 선형 의존도와 함께 합니다. 이 모델은 관찰된 광측정 및 극성 위상 곡선을 성공적으로 설명하고 최대 편광에 대한 사실적인 예측을 제공합니다.

작은 입자 집단의 분분분이 위상 곡선에 대한 설명을 완료할 수 있는 방법에 대해 놀랍습니다. 이 실험을 수행할 때 초음파 시료 의 부상은 성공적인 산란 측정의 핵심입니다. 계산 부에서, 입자의 매체 내산란의 일관되지 않은 처리가 필수적이다.

앞으로는 실험 방법을 센티미터 및 마이크로미터 스케일로 확장하는 더 크고 작은 샘플로 확장할 계획입니다. 우리는 현재 현미경에 있는 완전한 초음파 견본 통제를 이용하는 쪽을 개발하고 있습니다. 강력한 초음파 및 광원이 이러한 측정에 활용되기 때문에 이 프로토콜을 수행 할 때 적절한 예방 조치를 취하십시오.