Что такое осаждаемый водяной пар в миллиметровой радиоастрономии и как его измеряют?

Как определено довольно четко, с уравнениями, здесь

Общее количество водяного пара в атмосфере, содержащееся в вертикальном столбе единичной площади поперечного сечения, простирающемся между любыми двумя указанными уровнями, обычно выражаемое в терминах высоты, на которой стояло бы это водное вещество, если бы оно полностью сконденсировалось и собралось в сосуде той же единицы поперечного сечения. раздел.

редактировать

Например, есть документ ALMA , в котором обсуждаются измерения и сравнение с метеорологическими станциями.

Причина, по которой его называют «осаждаемым» водяным паром (PWV), заключается в том, что водяной пар находится в форме газообразного пара, который может далее конденсироваться в форму облака, а затем в фактические осадки, т. е. дождь (который часто подавляет датчики). Его часто также называют общим водяным паром в столбе , что более точно отражает то, что измеряется, т. е. высоту эквивалентного столба жидкой воды, следовательно, измерение в миллиметрах. Запись в глоссарии Американского метеорологического общества об осаждаемой воде (или осаждаемом водяном паре) аналогичным образом определяет ее как:

Общее количество водяного пара в атмосфере, содержащееся в вертикальном столбе единичной площади поперечного сечения, простирающемся между любыми двумя указанными уровнями, обычно выражаемое в терминах высоты, на которой стояло бы это водное вещество, если бы оно полностью сконденсировалось и собралось в сосуде той же единицы поперечного сечения. раздел. Общая осаждаемая вода содержится в столбе единичного поперечного сечения, простирающемся на всем пути от земной поверхности до «верхней части» атмосферы.

Для очень высокогорных и засушливых мест, например, Атакама, Антарктида, PWV будет менее 5 мм, места на уровне моря будут иметь PWV более 50 мм. Наблюдательный пункт ESO Cerro Paranel (где находится VLT) имеет медиану PWV 2,5 мм (см., например, гистограммы в этом отчете ASM за 2016-2018 гг .). На субмиллиметровом телескопе Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) на Чайнанторе (где также находится массив ALMA) в течение нескольких лет была метеостанция, и, например, статистика погоды APEX 2017 показывает, что площадка APEX (высота ~ 5100 м) имела PWV. <1,5 мм прибл. 67% времени.

Существует несколько способов измерения PWV. Спутники на околоземной орбите, такие как приборы AIRS и MODIS на спутниках НАСА Aqua и Terra , измеряют яркость в нескольких ИК-диапазонах (обычно от 0,5 до 15 мкм). В некоторых из этих полос преобладают полосы поглощения воды, поэтому выполнение различий между полосами, содержащими воду и без воды, даст меру водяного столба.

Микроволновые радиометры на 210 или 225 ГГц традиционно использовались для измерения PWV, а более современные радиометры перешли на окно/диапазон 350 мкм (856 ГГц). Примером может служить субмиллиметровая обсерватория Калифорнийского технологического института на Мауна-Кеа, описанная по этой ссылке в обсерватории Близнецов . Они работают аналогичным образом, измеряя глубину поглощения водяным паром в молекулярных линиях/полосах. Большее количество водяного пара дает более глубокие линии с большей оптической глубиной. Более подробная информация содержится в этой (бесплатно доступной) статье Рэдфорда, в которой показано влияние увеличения СРПВ на поглощение в субмм, количество СРПВ в различных местах и ​​дополнительная информация об измерении.

Наконец, это также можно сделать с помощью двухчастотных приемников GPS на частотах L1 (1575 МГц) и L2 (1224 МГц) и измерения превышения длины пути через атмосферу над тем, что вызвано только расстоянием между приемником и спутником. Используя две частоты, можно убрать влияние переменной ионосферы на длину трассы. Оставшееся зенитное расстояние пути разбивается на две части: гидростатическую или «сухую» составляющую, которую можно легко оценить с помощью, например, модели Саастамойнена , оставляя «влажную» составляющую, вызванную водяным паром. Как только это скорректировано до зенита, это дает меру PWV.

Источник: http://suzaku.eorc.jaxa.jp/GLI2/adeos/Earth_View/eng/adeos02e.pdf

Вы можете измерить ошибку или водяной пар, глядя на край чего-либо на расстоянии. Это может быть возможно, если посмотреть на край планеты или край чего-то вроде спутника.

Международная космическая станция движется по орбите вокруг Земли со скоростью примерно 17 150 миль в час (это примерно 5 миль в секунду!). Это означает, что космическая станция обращается вокруг Земли (и видит восход солнца) каждые 92 минуты.

Можно найти МКС с помощью БЕСПЛАТНОГО SkyView на вашем телефоне, найти космическую станцию ​​и, возможно, изучить изображение.

Интересно подумать об измерениях влажности, которые мы видим на веб-сайте погоды, и сравнить их с тем, что вы видите на самом деле. Может быть, идеальное место для телескопа — прямо над линией деревьев? (для тех, кто не любит цифры) Тем не менее, есть несколько действительно хороших городских телескопов, и, надеюсь, в будущем у нас будет больше телескопов в хороших городах, даже если не все ночи будут ясными.

Довольно забавно читать индийскую статью на эту тему... https://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0450%281990%29029%3C0665%3AAPOTWV%3E2.0.CO%3B2

(индийские и японские документы, кажется, показывают, что водяной пар исчезает на расстоянии около 10-12 км)? Тем не менее, некоторые из самых больших телескопов в мире размещаются всего на высоте около 3000 метров. Иногда приятно размещать телескопы в городских районах, где мы можем до них добраться. Особенно, когда пар действительно не исчезает до 10 км, что в любом случае слишком высоко?!?!

Например: https://www.eso.org/public/teles-instr/elt/

(также помните, что температура не является линейной функцией высоты... она идет вниз, затем вверх, затем вниз, затем вверх, затем вниз... я думаю... просто посмотрите на график...)

Почему водяной пар более «линейный», до сих пор остается одной из тех космических загадок… Мне понравилось уравнение x^2, опубликованное другим человеком.