Новый способ применения космических лазеров.

Муравьи — это существа привычки. Хотя путь отдельного насекомого определить невозможно,ученые, потратившие значительное количество времени на наблюдения за поведениеммуравьиных колоний, способны на чудеса. Благодаря математике они могут предсказать среднеевремя, в течение которого один муравей будет передвигаться под землей, прежде чем поднятьсяна поверхность.Это явление вдохновило физиков из NASA, которые предположили, что такая же предсказуемостьможет быть справедливой для фотонов, путешествующих сквозь снежный покров. Ученыепредполагают, что данное приближение позволит им использовать лазерный импульс сорбитального спутника для оценки глубины снежного покрова. Такая технология можетвпоследствии развиться в новый способ мониторинга запасов воды и состояния морского льда вАрктике.Спутник NASA ICESat-2 оснащен лидаром, который испускает огромное количество фотонов наЗемлю, а затем анализирует то, что отражается на спутнике. С помощью этого устройства ученыемогут определять высоту до земли: они оценивают временные промежутки, за которые фотоныуспевают преодолеть расстояние от лазера до земли и обратно. В разных точках эти промежуткиразличаются, поскольку фотоны преодолевают разные расстояния из-за неровностей рельефа. Тоже самое происходит, если стрелять лидаром в сугроб.Путь фотона не всегда прост. Подобно тому, как муравей бродит по своей подземной колонии,фотоны, испускаемые космическим лазером, двигаются в снегу случайным образом. Некоторые изних проходят весь путь до подстилающей почвы и отражаются от нее, прежде чем вернуться наповерхность. Некоторые отскакивают на полпути из-за столкновения с частицами снега. Из-заэтого получаются зашумленные данные, по которым, с первого взгляда, сложно сделать выводы овысоте сугроба.Но внутри них есть закономерность, как и в том, как группы муравьев в совокупностиперемещаются по колонии. Хотя каждый фотон движется по хаотичному пути, ученые могутматематически представить среднее расстояние, которое проходит каждый из них. Исследователиподсчитали, что в среднем фотон распространяется на расстояние в два раза большее, чемглубина снега, в котором происходит движение. Получив эту формулу, команда ученых смоглаоценить глубину снежного покрова по всей планете, используя глобальные лидарные данныеICESat-2.Затем исследователи сравнили эти оценки с измерениями высоты снежного покрова в тех жерайонах, сделанными самолетами с помощью радара. Результаты оказались крайне близки.У этой спутниковой техники есть преимущества: она глобальна и относительно дешева.Измерение высоты снежного покрова с помощью самолетов дает лишь небольшой охват по оченьвысокой цене — топливо, техническое обслуживание и обученные пилоты. Измерения снежногопокрова будут иметь все большее значение, поскольку изменение климата угрожает воднымсистемам. Специалисты по управлению водными ресурсами должны знать, например, сколькоснега фактически имеется, чтобы они могли соответствующим образом планировать своидействия.