Работы автора

Впервые получены универсальные формулы, пригодные для расчетов коэффициентов излучения и интегральных плотностей потоков излучения как тел, имеющих размеры много большие, чем излучаемые ими длины волн («большие тела»), так и субволновых тел (частиц). К несомненным достоинствам предложенного метода расчета, базирующегося на теории мод, следует отнести: точную связь между размерами, формой и температурой тел и величинами коэффициентов излучения и интегральных плотностей потоков излучения; этот метод гораздо менее трудоемок и более нагляден, чем другие методы.

Проведены расчеты температур частиц пыли (на примере углеродных частиц), нагреваемых солнечным и земным излучением, на высотах 65–100 км. Показано, что частицы достигают температур, при которых начинается видимое свечение (Т > 900 K) при высотах, превышающих 70 км. Максимальная температура частиц (Т = 2385 K) и максимальная интенсивность светло-синего свечения достигается на высоте 85 км. Показано, что на этой высоте минимальную температуру имеют частицы с размерами 10 мкм и более. Их температура не зависит от размера и оценивается величиной 300 K. Температура частиц с размерами меньшими 10 мкм увеличивается при уменьшении их размеров. Углеродные частицы с размерами меньшими 210-7 м нагреваются до температур 2385 K, сублимируются и в конечном итоге перестают существовать. Излучения скоплений подобных частиц на фоне темного неба в предрассветное или послезакатное время может представляться наблюдателям в виде светящихся облаков – Серебристых облаков. Пылинки из других материалов сублимируются при меньших температурах и, следовательно, солнечное излучение приводит к выжиганию подобных пылинок, находящихся в околоземном пространстве не только с субмикронными, но и с микронными размерами. На основе проведенных расчетов и анализа литературных данных в работе формулируется следующая гипотеза о природе серебристых облаков: Серебристые облака представляют собой скопления раскаленных наночастиц.

Рассмотрена динамика температуры частиц с характерным размером 10-7–10-6 м на границе земной атмосферы и космического пространства. На примере наночастиц графита показано, что на высоте 80–90 км от поверхности Земли частицы с размером  510-7 м и меньше могут нагреваться выше температуры начала свечения (900 К), достигая температур более 2000 К со светло-бирюзовым свечением. На основании полученных результатов сделан вывод, что серебристые облака, наблюдаемые в предрассветное и послезакатное время с поверхности Земли, представляют собой скопление раскаленных наночастиц.

Предложена новая методика расчетов коэффициентов поглощения субволновых частиц (СЧ). В этой методике поток излучения представляется набором пространственных спектральных мод, которые поглощаются СЧ в соответствии с произведением ei×f(D, l). Причем при l £ lcutoff f(D, l) = 1, а при l > lcutoff f(D, l) = (2D /l)2, где: D – диаметр СЧ, l – длина волны, lcutoff  – длина волны отсечки, ei  – интегральный коэффициент поглощения «большого» тела из материала аналогичного материалу СЧ. Проведены расчеты коэффициентов излучения и поглощения СЧ, находящейся в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Для сравнения, наряду с предложенной методикой, была использована методика расчетов коэффициента поглощения СЧ, основанная на учете глубины проникновения излучения в материал СЧ. Показано, что выполнимость закона Кирхгофа для СЧ зависит от диаметра частицы и от температуры окружающей среды. При «больших» D коэффициенты излучения и поглощения равны (закон Кирхгофа выполняется), однако, при уменьшении D коэффициент поглощения становится больше, чем коэффициент излучения (закон Кирхгофа не выполняется).

Предложена новая методика расчета тепловых излучений субволновых частиц с ис-пользованием зависимости добротности электрически малых радиоантенн (ESA) от их относительных (по отношению к длине излучаемой волны) размеров. Эта зависи-мость характеризует фундаментальный предел минимальных размеров ESA радио-антенн. С помощью предложенной методики проведены расчеты зависимостей мощностей и коэффициентов тепловых излучений графитового и золотого шариков от их размеров. Для сравнения приведены аналогичные зависимости, полученные с помощью двух других методик. Эта методика расчетов тепловых излучений субволновых частиц адекватно описывает зависимости мощности и коэффициента теплового излучения от размеров частиц.