Исследование оптических постоянных рудных минералов в микроволновом диапазоне методом Крамерса-Кронига

Методы многочастотного дистанционного зондирования открывают большие возможности для исследования Земли и планет Солнечной системы. Они используются для поиска полезных ископаемых и геологического картирования (Тронин и др., 2011; Горный, Тронин, 2012). Эти методы находят широкое применение при изучении состава грунтов и пыли поверхности планет, а также атмосферного аэрозоля (Майоров и др., 2011; Пацын и др., 2012; Glotch, Rossman, 2009). Основными компонентами грунтов и атмосферной аэрозоли Земли, пыли межпланетного пространства, а также множества объектов Солнечной системы являются различные минералы (Горный, Тронин, 2012; Baird, Clark, 1981; Henning, 2010; Linke et ai., 2006), которые по своим оптическим свойствам можно разделить на три группы: диэлектрики (кварц, полевые шпаты и др.), полупроводники (сульфиды, некоторые окислы) и металлы (медь, золото, платина, железо). Большинство минералов второй группы являются рудными минералами, т.е. рудами одного или нескольких металлов. Рудные минералы достаточно широко распространены как на Земле, так и в космическом пространстве. В первую очередь это различные окислы железа (магнетит, гематит и т.д.), которые присутствуют в грунтах и атмосферах планет, а также в межпланетной и межзвездной среде. Реже встречаются и другие минералы, такие как пирит, халькопирит, ильменит и др.
Микроволновый диапазон (по сравнению с УФ, видимым и ИК) открывает принципиально новые возможности в исследовании Земли и других объектов Солнечной системы дистанционными методами (Шарков, 2004). В последнее время активные и пассивные приемники микроволнового диапазона используются для изучения поверхности и атмосферы планет, пылевых облаков, а также межзвездного пространства (Chan et. al., 2010; Draine, Lazarian, 1999; Encrenaza et. al., 2001). Одной из проблем, препятствующих развитию этого направления, является недостаточная исследованность оптических характеристик рудных минералов в микроволновом диапазоне (Draine, Hensley, 2013).
Доклад посвящен исследованию оптических постоянных ряда рудных минералов (пирит, магнетит, халькопирит) в микроволновом диапазоне с помощью метода Крамерса-Кронига (см., например, Ефимов, 2008). Ранее авторами были представлены результаты экспериментальных исследований оптических характеристик этих минералов в диапазоне частот 12-145 ГГц (см., например, Тихонов и др., 2011; Tikhonov et al., 2010). Действительная и мнимая части комплексного показателя преломления минералов определялись по измеренным частотным зависимостям отражательной и пропускательной способности плоскопараллельных образцов.
На основе анализа многочисленных экспериментальных данных, полученных из различных источников, в докладе представлены спектральные зависимости отражательной способности данных минералов в широком диапазоне частот (от экстремального ультрафиолетового до микроволнового). Эти зависимости позволили рассчитать, используя метод Крамерса-Кронига, оптические постоянные магнетита, пирита и халькопирита в диапазоне частот 12-145 ГГц и сравнить их с результатами, полученными авторами в ходе лабораторных исследований (Тихонов и др., 2011; Tikhonov et al., 2010), а также с результатами других работ, полученными для субмиллиметрового диапазона (Draine, Hensley, 2013). В докладе показано, что значения действительной части комплексного показателя преломления в диапазоне частот 12-145 ГГц, полученные в ходе лабораторных исследований (Тихонов и др., 2011; Tikhonov et al., 2010) являются с высокой степенью достоверными. Значения мнимой части комплексного показателя преломления исследуемых минералов, полученные при лабораторных измерениях отражательной и пропускательной способности образцов, существенно занижены. Ошибка увеличивается с ростом частоты излучения и достигает десятикратного размера при частоте 145 ГГц. Это различие связано как с вычислительными, так и с техническими (приборными) погрешностями лабораторного эксперимента.
Полученные в даной работе выражения позволяют определить значения оптических постоянных пирита, магнетита и халькопирита в диапазоне частот 12-145 ГГц. Эти результаты могут использоваться для интерпретации данных дистанционного зондирования Земли и других планет при исследовании состава грунтов, атмосферных аэрозолей и межзвездной среды.
Работа выполнена при поддержке Российской академии наук (тема «Мониторинг», госрегистрация № 01.20.0.2.00164).