Transport promieniowania - Polski Serwis Naukowy

Transport promieniowania - propagacja energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego w różnych ośrodkach. Transport ten zależy od wielu procesów, m.in. od absorpcji, emisji i rozpraszania w ośrodku. Równanie transportu promieniowania opisuje ten proces matematycznie.

Równanie transportu promieniowania (ang. radiative transfer equation - RTE) znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach m.in w teledetekcji, fizyce atmosfery i oceanografii, astronomii oraz w optyce. Jednym z pierwszych przyczynków była praca Schuster'a z 1905 na temat rozpraszania wielokrotnego w zamglonej atmosferze.

Emisja promieniowania to wysyłanie przez wzbudzony układ fizyczny (np. atom, jądro atomowe, ciało makroskopowe) energii w postaci promieniowania zarówno fal (np. światła, fal radiowych, dźwięku), jak i korpuskularnego (np. elektronów, cząstek α).

Przybliżenie dwustrumieniowe transportu promieniowania - przybliżenie równania transportu promieniowania, w którym zakłada się że, promieniowanie propaguje się tylko w wzdłuż jednej prostej w przeciwne strony.

Równanie transferu promieniowania

Równanie transferu promieniowania opisuje w jaki sposób wiązka promieniowania, dla przykładu światło latarki, traci lub zyskuje energię podczas przechodzenia przez ośrodek np. powietrze. Wiązka ta traci energię przez absorpcję i rozpraszanie i zyskuje energię przez emisję i rozpraszanie w kierunku propagacji wiązki.

Astronomia (gr. ἀστρονομία Astronomía) – nauka o ciałach niebieskich, ich budowie, ruchach, pochodzeniu i ewolucji oraz o materii rozproszonej w przestrzeni kosmicznej (zwanej też kosmosem). Astronomia, a ściślej jej dział zwany kosmologią, zajmuje się także Wszechświatem jako całością. Nazwa astronomia pochodzi z greki: ἄστρον astron (gwiazda) + νόμος nómos (prawo).

Promieniowanie elektromagnetyczne (fala elektromagnetyczna) – rozchodzące się w przestrzeni zaburzenie pola elektromagnetycznego. Zaburzenie to ma charakter fali poprzecznej, w której składowa elektryczna i magnetyczna są prostopadłe do siebie, a obie są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się promieniowania. Oba pola indukują się wzajemnie – zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmienne pole magnetyczne, a zmieniające się pole magnetyczne wytwarza zmienne pole elektryczne. Źródłem zmiennego pola elektromagnetycznego jest przyspieszający ładunek elektryczny. Najczęściej źródłem tego promieniowania jest ładunek wykonujący drgania.

Różniczkowa forma równania transferu: $\frac{dI_\nu}{ds}=j_\nu - \alpha_\nu I_\nu + \iint \sigma_{\nu}(\Omega,{\nu'}) I_{\nu'} d\nu' d\Omega$

gdzie: I — natężenie padającego promieniowania; $j_\nu$ - człon źródłowy, opisuje promieniowanie własne ośrodka, promieniowanie to jest niezależne od natężenia promieniowania I wiązki; $\alpha_\nu I_\nu$ — opisuje absorpcję w ośrodku. Ilość absorbowanego promieniowania jest proporcjonalna do natężenia wiązki; $\alpha_\nu$ — współczynnik absorpcji ośrodka; $\Omega$ — kąt bryłowy; $\nu'$ - częstotliwość promieniowania.

Człon z całką opisuje procesy rozpraszania. Rozpraszanie jest zależne od zachodzących zjawisk w ośrodku, co opisuje zależny od kąta i częstotliwości współczynnik rozpraszania.

Rozpraszanie światła (fal elektromagnetycznych), zjawisko oddziaływania światła z materią w wyniku którego następuje zmiana kierunku rozchodzenia się światła, z wyjątkiem zjawisk opisanych przez odbicie i załamanie światła. Wywołuje złudzenie świecenia ośrodka.

Przybliżenie dwustrumieniowe jest jedną z technik pozwalającą na szybkie rozwiązanie równania transportu promieniowania.

Przypisy

A. Schuster. Radiation through a foggy atmosphere. „Astrophys. J.”. 21, s. 1-22, 1905.

Bibliografia

Bohren, Craig F. and Eugene E. Clothiaux, Fundamentals of atmospheric radiation : an introduction with 400 problems, Weinheim : Wiley-VCH, 2006, 472 p., ISBN 3527405038.

Liou, Kuo-Nan, An introduction to atmospheric radiation, Amsterdam ; Boston : Academic Press, 2002, 583 p., International geophysics series, v.84, ISBN 0124514510.

Mobley, Curtis D., Light and water : radiative transfer in natural waters; based in part on collaborations with Rudolph W. Preisendorfer, San Diego, Academic Press, 1994, 592 p., ISBN 0125027508

Petty, Grant W, A first course in atmospheric radiation (2nd Ed.), Madison, Wisconsin : Sundog Pub., 2006, 472 p., ISBN 0972903313

Preisendorfer, Rudolph W., Hydrologic optics, Honolulu, Hawaii : U.S. Dept. of Commerce, National Oceanic & Atmospheric Administration, Environmental Research Laboratories, Pacific Marine Environmental Laboratory, 1976, 6 volumes.

Stephens, Graeme L., Remote sensing of the lower atmosphere : an introduction, New York, Oxford University Press, 1994, 523 p. ISBN 0195081889.

Thomas, Gary E.and Knut Stamnes, Radiative transfer in the atmosphere and ocean, Cambridge, New York, Cambridge University Press, 1999, 517 p., ISBN 0521401240.