V Nature Geoscience publikovali pozoruhodné riešenia, ich teoretický model vyvinul Miroslav Kocifaj

, Autor:
Interdisciplinarita a inovatívnosť sú jednými z hlavných čŕt súčasného výskumu. Ukazuje sa, že schopnosť promptne zareagovať na najnovšie vedecké výzvy vedie k vývoju nových technológií, získaniu nových fascinujúcich poznatkov, či vysvetleniu doposiaľ neobjasnených problémov.

Obr. 1: Štruktúry pozorované v kráteri Garni, Valles Marineris, Mars.

Obr. 2: Svetlom-indukovaná emisia častíc z husto-napakovaného granulárneho systému.

Takým prípadom je aj výskum realizovaný v Ústave stavebníctva a architektúry SAV, ktorý bol primárne zameraný na prenos žiarenia v disperzných prostrediach s cieľom simulovať optické a fyzikálne vlastnosti rôznych systémov, od zemskej atmosféry až po granulárne systémy s vysokou hustotou, kde priestorová korelácia medzi časticami môže viesť k podstatným zmenám v prenose žiarenia či tepla.

Fyzik Mgr. Miroslav Kocifaj, PhD. z Ústavu stavebníctva a architektúry navrhol  riešenia, ktoré boli primárne aplikované pri predpovediach dostupnosti svetelnej energie na rôzne orientovaných povrchoch a pri modelovaní tepelno-optických vlastností viacvrstvových granulátov. Model však dokáže vysvetliť aj také javy, ako sú štruktúry objavujúce sa sezónne na povrchu Marsu a javiace sa ako stopy po vode (obr. 1).

Miroslav Kocifaj sa zapojil do spolupráce s Paris-Sud University, CNRS a práve on vyvinul teoretický model interakcie elektromagnetického žiarenia so súborom častíc, ktorý priniesol celkom novú možnosť interpretácie štruktúr, pozorovaných počas misie NASA's Mars Reconnaissance Orbiter (MRO).  Spolupráce s CNRS sa zúčastnil v druhej polovici roka 2016.

Čo priniesla jeho teória? Hovorí vedec:

„Teória vysvetľuje mechanizmus svetlom-indukovanej emisie malých častíc z vrstvy regolitu, teda nespevneného heterogénneho materiálu pokrývajúceho povrch planét, a ich následný pohyb na naklonených povrchoch, čo sa môže na snímkach javiť ako tečúca voda.“

V laickej verejnosti by takáto strohá informácia mohla viesť k dezinterpretáciám a zavádzajúcim dohadom, preto Miroslav Kocifaj jedným dychom vysvetľuje:

„Fyzikálny princíp spočíva v inverznom teplotnom gradiente v podpovrchových vrstvách, ktorý reaguje na zmeny intenzity slnečného žiarenia dopadajúceho na povrch Marsu. Rozptyl žiarenia v granulárnej štruktúre s vysokou hustotou je charakterizovaný zložitými fázovými vzťahmi medzi jednotlivými optickými signálmi, čo ovplyvňuje radiačný prenos v celom systéme a následne vyvoláva zmeny v nahrievaní podpovrchových vrstiev, včítane plynu zachyteného v týchto štruktúrach. Rozdiel teplôt vyvoláva zmeny tlaku a pohyb plynu a častíc smerom nahor. Experiment vykonaný ešte v rokoch 2010 v spolupráci s Nemeckom potvrdil tento mechanizmus v laboratórnych podmienkach.“ (obr. 2).

Výsledkom spolupráce medzi SAV a CNRS je publikácia v prestížnom časopise Nature Geoscience (http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2917.html), ktorá vznikla pod vedením Frédérica Schmidta z Paris-Sud University. Príspevok Ústavu stavebníctva a architektúry SAV  bol v teoretickom a numerickom riešení viacnásobného rozptylu svetla v systéme náhodne usporiadaných častíc s uvážením meniacich sa okrajových podmienok a v interpretácii získaných výsledkov.

„Ukazuje sa, že zmenou rozmeru, morfológie či chemického zloženia častíc možno cielene ovplyvňovať tepelno-optické vlastnosti celého systému, čo má využitie v mnohých oblastiach vedy, a umožňuje bezkontaktnú optickú diagnostiku disperzných prostredí. Okrem CNRS spolupracujeme aj s University of Duisburg, ktorá má dostatočné experimentálne vybavenie pre realizovanie laboratórnych testov, včítanie merania charakteristík rozptýleného žiarenia,“ dopĺňa perspektívy ďalšieho výskumu fyzik Miroslav Kocifaj.

(Ľ. S.)