Методы в этом протоколе могут помочь решить открытую вычислительную проблему рассеяния света планетарными реголитами, плотно упакованными слоями частиц на поверхностях астероидов, проходят через ядра и другие объекты Солнечной системы. Для проверки вычислений мы вводим уникальные бесконтактные и неразрушающие измерения на основе ультразвуковой левитации образца. Мы полностью контролируем положение и ориентацию выборки.
Здесь мы применяем проверенные вычислительные методы для интерпретации наблюдений астероидов 4 Веста и 67P/Чурюмова-Герасименко. Вычислительные и экспериментальные методы универсальны и могут применяться, например, в наземном дистанционном зондировании, наномасштабных материальных науках и биомедицинской оптике. Использование этих методов требует терпения.
Однако эти усилия окупаются в связи с абсолютным и количественным характером результата. Визуальная демонстрация методов имеет решающее значение. Экспериментальная часть, показанная в этом видео, сочетает в себе самые лучшие техники как в оптике, так и в акустике.
Демонстрацией процедуры будут д-р Антти Пенттила, г-жа Джулия Мартикайнен, г-н Петтери Хеландер, г-н Горан Макони и г-н Тимо Вайсанен. Для начала навелит scatterometer, включив источник света, фото множитель труб и усилителей. Позвольте системе стабилизироваться в течение 30 минут.
Затем найте акустический образец левитатора, вставив микрофон в центр левитатора и запуская сценарий калибровки. Затем сделайте развертку измерения с пустым левитатором. Развертки показывает любые сигналы, порожденные окружающим светом, отражения от окружающей среды или электрических шумов.
После установки используйте акустически прозрачную сетчатую ложку для введения образца в акустический левитатор. Используя видеокамеру и оптику высокого увеличения, проинспектировать ориентацию и стабильность образца до и после рассеивания измерений. Прочность и ассиметрия акустической ловушки оптимизированы для максимальной стабильности образца.
Следовательно, акустическая мощность устанавливается как можно меньше. Если образец асимметричен, поверните его вокруг вертикальной оси, чтобы получить информацию о его форме. Выполните вращение, медленно изменяя выравнивание акустической ловушки.
При визуализации примените дополнительное освещение для улучшения качества изображения. Затем закройте измерительные камеры, чтобы заблокировать внешний свет. Используя компьютерный интерфейс, выберите ориентацию образца, а также угловое разрешение и диапазон измерения.
Входящий и рассеянный свет фильтруются линейными поляризаторами, которые моторизованы. Вы запустите автоматизированную развертку измерения. Это будет измерять четыре точки для каждого угла с поляризатором ориентации горизонтально-горизонтальной, горизонтально-вертикальной, вертикально-вертикальной и вертикально-горизонтальной.
Восстановите образец после измерения, выключив акустическое поле и позволив образцу упасть на акустически прозрачную ткань. Затем выполнить еще одно измерение развертки с пустым левитатором для обнаружения любых возможных дрейфующих из-за условий окружающего света. По его завершения сохраните данные.
Проанализируйте данные для расчета элементов матрицы Мюллера для каждого угла через линейное сочетание интенсивности при различных поляризациях. Чтобы начать моделирование, используйте доступ SSH для подключения к CSC IT-центр для науки ограниченного кластера Taito. Загрузите и компилировать все необходимые программы, которые предварительно настроены для Taito, запуская bash compile.sh.
Затем откройте текстовый редактор Nano и навелите параметры для одного рассеянного элемента, элемента громкости и изучаемого образца, чтобы соответствовать изучаемому образцу путем изменения файла PARAMS. Затем запустите конвейер, выполняя команду bash run.sh. После завершения, напишите полную матрицу Мюллера образца в папку temp как final.out.
Используйте Siris4 для вычисления свойств рассеяния частиц говардита, сначала перемещая файлов Siris4 в ту же папку с файлом ввода и файлом матрицы P. Затем скопировать input_1. в и pmatrix_1.
из тестовой папки. В input_1. в, установить количество лучей до двух миллионов, количество частиц образца до 1000, стандартное отклонение радиуса до 0,17, и индекс закона власти корреляции функции до трех.
Затем установите реальную часть рефракционного индекса до 1,8 и используйте воображаемую часть рефракционного индекса n, как описано в текстовом протоколе. Затем запустите Siris4, выполняя команду, показанную здесь для каждой длины волны от 0,4 до 2,5 микрон, используя диапазон размеров от 10 до 200 микрон в диаметре с этапом отбора проб 10 микрон. Далее сохраните каждую вычисленную матрицу фазы рассеяния p в pmatrix_x.
в файле. X в имя файла описывает число длины волны и колеблется от одного до 43 для каждого размера частицы. Файл будет содержать углы рассеяния, а также элементы матрицы рассеяния P11, P12, P22, P33, P34 и P44 для одной длины волны и размера частиц.
Среднее полученное рассеяние матриц, одно рассеяние Albedos, и означает свободные пути над распределением размера закона власти с индексом 3.2. Используйте диффузные рассеяния внутри объема размером с Весту с рефракционным индексом одного. В файле ввода используйте средний одиночный рассеяние Albedos и средние длины свободного пути для внутренних рассеяний.
Затем запустите Siris4 на каждой длине волны, выполняя команду, показанную здесь, где x является длиной волны. Код считывает усредненные матрицы рассеяния в качестве входных данных для внутренних рассеянных рассеяний. Масштаб Весты наблюдается спектры геометрического значения Альбедо 0,42327 на 0,55 микрон.
Чтобы получить до 17,4 градуса, применить коэффициент 0,491 на масштабируемых спектров. Сравните как моделируется, так и наблюдаемые спектры по всему диапазону длин волн. Начните с загрузки исходных файлов с Git и переместите файлы в загруженный каталог CD protocol4b.
Далее, скачать и собрать все необходимые программы, вытехав баш compile.sh. Когда вы будете готовы, скопировать усредненную матрицу рассеяния входных данных, а также матрицу рассеяния амплитуды в текущий рабочий каталог. Затем откройте текстовый редактор Nano и измените файл PARAMS, чтобы установить нужные параметры.
Запустите конвейер, выполняя bash run.sh. Затем напишите полную матрицу Мюллера в папку temp как rtcb.out. Начните с MATLAB и запустите режим усреднения powerlaw_ave.
м, чтобы усредить результаты по распределению размера закона власти индекса минус три после расчета функций фазы комы от решатера Siris4. Ожидаемые рутинные выходы pmatrix2. в, Альбедо и средний свободный путь.
Затем установите результаты выходов Albedo и средний свободный путь в вход. в файле. Установите размер до одного миллиарда и установите индекс закона силы функции корреляции для формы до 2.5.
Затем запустите Siris4 с помощью командной строки, показанной здесь, чтобы получить функцию фазы ядра. С Siris4 были решены и усреднены свойства рассеяния 100 000 агрегатов. Эти результаты построены здесь, показывая экспериментальные измерения и дополнительное моделирование без эффективной среды.
Оба варианта распределения частиц соответствовали измеренной фазовой функции, хотя и приводят к различным характеристикам поляризации. Эти различия могут быть использованы для определения основного распределения частиц в образце. Лучший выбор заключается в использовании усеченного нормального распределения вместо равноумных частиц.
Если используются только нормализованные фазовые функции, то эти два распределения дают неразличимые результаты. Для деполяризации числовые результаты имеют характеристики, аналогичные измеренной кривой, но функции сдвигаются на 10 градусов в сторону отката. Различия в поляризации указывают на то, что выборка, по-видимому, имеет более сложную структуру, чем однородная модель.
Это, однако, выходит за рамки существующих микроскопических методов для характеристики образца, чтобы получить истинную структуру агрегата. Здесь фотометрическая кривая фазы сопровождалась линейной зависимостью от величины, имитируя эффект затенения в плотно упакованном высоком альбедо-реголите. Модель успешно объясняет наблюдаемые фотометрические и поляриметрические фазы кривых и предлагает реалистичный прогноз для максимальной поляризации.
Поразительно, как минутная доля популяции мелких частиц способна завершить объяснение фазных кривых. При проведении этого эксперимента ультразвуковая левитация образца является ключом к успешным измерениям рассеяния. В вычислительной части необходима бессвязная обработка рассеяния в среде частиц.
В будущем мы планируем распространить экспериментальные методы как на большие, так и на меньшие образцы, достигаемые сантиметровых и микрометровых масштабов. В настоящее время мы разрабатываем способы использования полного ультразвукового контроля образцов в микроскопах. Примите соответствующие меры предосторожности при выполнении этого протокола в качестве мощного ультразвука и источников света используются в этих измерениях.
