Поиск льда 0 в переохлажденном водном аэрозоле по собственному тепловому излучению в микроволновом диапазоне

На сегодняшний день известно о существовании 20 экспериментально подтвержденных кристаллических фаз льда (Salzmann, 2018). Благодаря развитию технологий, с использованием компьютерного моделирования идет активный поиск новых модификаций льда, и предсказано образование более 131 тысячи ледяных структур (Lei et al., 2025). Одним из таких льдов, обнаруженным с помощью компьютерного моделирования, является лед 0 (Russo et al., 2014), образующийся из глубоко переохлажденной воды при температурах ниже –23 °С при нормальном атмосферном давлении. Особенностью этой модификации льда является тот факт, что он сегнетоэлектрик (Quigley et al., 2014), в связи с этим лед 0 можно обнаружить, используя его уникальные диэлектрические свойства в широком диапазоне частот, в том числе и в микроволновом диапазоне (Бордонский, Орлов 2017).
В работе (Бордонский, 2024) обсуждались результаты исследования переохлажденного водного аэрозоля над открытой водной поверхностью оз. Кенон (Забайкальский край), в которой автор отметил резкий скачок радиояркостной температуры, связанный с фазовым переходом ледяных частиц тумана со льда 0 в лед Ih. В связи с этим в настоящей работе были проведены исследования искусственно созданного переохлажденного водного аэрозоля. Эксперименты проводились с целью выявления аномалий, связанных с возникновением новой модификации льда – льда 0 из переохлажденного водного аэрозоля по собственному тепловому излучению данного объекта при отрицательных температурах в лабораторных условиях. Для этого использовались радиометрические приемники на длинах волн 0,88 см, 0,3 см и в ИК-диапазоне (8…14 мкм). Ось антенн была направлена под углом 45° к земной поверхности. Между грунтом и радиометром осуществляли распыление водного аэрозоля с использованием генератора тумана под воздействием высокого давления.
В результате исследования было обнаружено резкое уменьшение радиационной температуры на 8 К, а затем резкое увеличение на 12 К от начального значения при температуре воздуха ниже –23 °С, что не наблюдалось при более высоких температурах. Такое поведение может быть связано с образованием метастабильного сегнетоэлектрического льда 0, который впоследствии перешел в гексагональный лед, на частицах водного аэрозоля, что соответствует нашей гипотезе об образовании сегнетоэлектрического льда в переохлажденном водном аэрозоле.
Таким образом, туманы, образующиеся при низких температурах, могут в себе содержать новую модификацию сегнетоэлектрического льда, который влияет на мощность радиотеплового излучения земной поверхности при радиометрических измерениях в микроволновом диапазоне с борта БПЛА.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 24-27-00278 «Разработка методики радиометрического исследования криосферных образований с использованием беспилотных летательных средств в миллиметровом диапазоне».