Численное решение задачи рассеяния света на агрегатах частиц космической пыли с использованием метода физической оптики

Частицы космической пыли являются ключевым объектом исследований в астрофизике и планетологии. Их оптические свойства определяют интерпретацию наблюдений комет, протопланетных дисков и межпланетной среды. Космические пылевые частицы обычно исследуются с помощью лазерного дистанционного зондирования. Этот подход используется для получения физических свойств частиц с помощью наземных и космических лидаров. Однако для решения этой задачи требуется большая база данных матриц рассеяния света и соответствующих микрофизических параметров космических пылевых частиц. В данном исследовании проводится сравнение матриц рассеяния света для агрегатов частиц космической пыли различной формы, размера и состава в рамках приближения геометрической и физической оптики. Проанализирована зависимость угловых интервалов, в которых элементы матрицы рассеяния света, посчитанные двумя разными методами, согласуются между собой. Показано, что интервалы согласия для элементов матрицы в наименьшей степени зависят от количества частиц в агрегате и от формы частиц, но монотонно возрастают с размером агрегата. Это согласуется со значениями элементов, полученных в рамках приближения геометрической оптикой для крупных частиц. В целом, согласие между физической и геометрической оптикой охватывает широкий угловой диапазон для большинства исследованных случаев. Полученные данные могут быть использованы для оптимизации расчетов для частиц с другими значениями исследуемых характеристик, поскольку расчёты в рамках приближения геометрической оптики занимают значительно меньше времени, в особенности при расчёте с усреднением по пространственной ориентации частиц.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-22-00183, https://rscf.ru/project/25-22-00183/.