Поляриметр "Таймыр"
При бесконтактном исследовании небесных тел основным источником информации об их природе является электромагнитное излучение. Наиболее полно излучение, идущее от исследуемого объекта, можно описать с помощью четырех параметров Стокса.
Первый параметр - I, называется интенсивностью.
Второй - M, называется параметром горизонтальной поляризации.
Третий - C, параметром поляризации под углом +45°.
Четвертый - S, параметром правоциркулярной поляризации или эллиптичностью.
Раньше параметр излучения S не рассматривался в работах по исследованию планет. Причиной являлась малая величина этого параметра и недостаточная чувствительность методов измерения для астрофизических условий.
Для развития методики, которая давала бы ответ на вопросы о физико-химических свойствах поверхностей планет и их атмосфер, необходимо привлечение тонких оптических эффектов, исследование которых становится возможным только после разработки высокоточной аппаратуры и создания методики учета инструментальных эффектов.
В 1963г. в лаборатории фотометрии и спектроскопии ГАИШ М.М.Поспергелисом был спроектирован и изготовлен электронный поляриметр "Таймыр", который давал возможность проведения спектральных измерений полного вектора Стокса светового потока. Конструкция прибора была приспособлена для измерения малых степеней поляризации по любому параметру. На разработанный прибор Комитет по делам изобретений и открытий выдал авторское свидетельство за No 176097.
С прибором были проведены измерения параметров Стокса для различных деталей лунной поверхности. При этих измерениях приемная камера прибора крепилась к телескопу АЗТ-2.
Наблюдения велись в 10.5 метровом фокусе Кассегрена. Входная диафрагма прибора вырезала на небесной сфере круг поперечником 33".
В результате проведенных исследований была обнаружена и измерена эллиптическая поляризация света, отраженного от поверхности Луны. Значение параметра S изменяется по диску Луны от -0,004% до +0,004%.
Во время измерений кратера Аристарх, проводившихся 21 июня 1964г в 21h 18m по Гринвичу, было обнаружено отклонение положения плоскости поляризации на 12° от плоскости поляризации остальных деталей. Величина степени поляризации не обнаружила при этом никаких особенностей. Во все остальные 13 ночей наблюдений это явление не имело места.
Вероятно причиной обнаруженного эффекта является газ или пыль от вулканического извержения. Это явление обнаружилось по поведению всего лишь одного процента в интенсивности светового потока, идущего от кратера. Обычная фотометрия не обнаружила бы этого явления; невозможно при фотометрических наблюдениях наводить телескоп на протяженный объект неправильной структуры таким образом, чтобы получались результаты, воспроизводимые даже с точностью в 1%, тем более трудно получить необходимую точность, если яркость объекта меняется от углов падения, отражения и фазы, как в случае деталей на планете.
Этот эффект можно использовать для обнаружения вулканических явлений. Для этого достаточно провести измерение степени поляризации и угла, определяющего положение плоскости поляризации.
Соответствующие расчеты показали, что замеченное в Аристархе явления могло быть вызвано только газопылевым облаком. Облако состоящее только из газа не могло вызвать наблюдаемого эффекта.
Для выяснения характера поведения всех параметров Стокса были проведены лабораторные спектральные измерения образцов земных горных пород и растительности. Источником света служила прожекторная лампа накаливания ПЖ-44 мощностью 1000 вт.
Около 40% исследовавшихся горных пород, представляющих вулканический ландшафт, дают в рассеянном излучении величину четвертого параметра Стокса, по абсолютной величине превышающую 0.15%, в некоторых случаях S достигает величины 1%. Параметр S для всех пород отрицателен, т. е. электрический вектор световой волны вращается по часовой стрелке, если смотреть навстречу направлению распространения светового потока. Положительный знак S обнаружен у образца поверхности с крупными кристаллами кварца. У некоторых пород S меняется по спектру.
Совершенно по-другому ведет себя величина S для зеленого листа. В противоположность горным породам, величина S для зеленого листа положительна, причем она отлична от нуля и составляет заметную величину. Прозрачность ткани листа и наличие в ней оптически активных веществ приводит к такому специфическому явлению, которое может быть использовано для поисков растительности на поверхностях планет.
Проведенные эксперименты показали перспективность применения высокоточных поляриметров для исследования планет и спутников, а так же для поиска полезных ископаемых и в экологическом мониторинге.