冰透雷达“看见”如何通过公里没有被吸收的冰?

Question

英国广播公司(BBC)新闻文章加拿大冰原底下发现孤立的湖泊链接到开放获取科学进步的文章发现冰下湖咸水环境复杂的德文郡冰帽之下,加拿大的北极。

这一发现是基于对雷达的“试探”德文郡的冰帽加拿大努勒维特。

一个早期的问题什么是可能发生在这些新发现的南极冰层以下的火山?显示地下雷达测量南极冰原,在这种情况下的深度1.5公里,因此总路径长度3公里的冰。

强极性的水分子和与微波辐射吸收和热化。在微波炉这种效应是显而易见的。微波炉可以用来“解冻”冷冻食品甚至几厘米厚,使用权力和长时间减少。这是必要的,因为冷冻水分子吸收低于那些在解冻的领域,但他们仍然完全吸收。

雷达测量穿过公里冰往返,大大超过一块冷冻豌豆的厚度。

冰透雷达如何能够通过这样的长路径长度的冰?有特殊频率这使用,或其他技巧允许极度疲弱后反射大部分衰减检测和测量?

Answer 1

水分子与微波相互作用和在微波炉运行在900 mhz - 2.5 ghz。该雷达仪器操作使用非常高的频率在193 mhz无线电波[1]。

在lower-than-microwave频段,损耗系数要低得多,因此波可以穿透更深的冰盖以最小的吸收。液体水和固体冰之间介电系数的差异是允许他们想象边界和确定冰川下的湖泊

来自美国宇航局[2]

冰,另一方面根据雷达的频率反应不同。它反映了高频无线电波,但尽管是固体,低频雷达可以通过冰在某种程度上。这就是为什么MCoRDS使用频率相对较低,120和240 MHz。这允许仪器探测到冰面,冰和内部层下面的基石。“听起来底部的冰你必须使用频率较低,”约翰·派登说CReSIS科学家。“过高频率和信号将丢失冰。”

Answer 2

当电磁波通过介质时,它可以与媒介的互动。但这互动取决于介质的电性质。冰,作为电介质,做与事件交互e.m.波传感器。的穿透深度成正比的波长辐射使用(有不同形式的深度可以表达,但最简单的我记得是2.14情商由乔治·约瑟夫遥感的基本原理;可以在Google图书):

$ l_a = \压裂大概{{\ lambda_0 \ \ varepsilon}}{2 \π\ varepsilon”} $

在哪里l_a美元是冰的穿透深度,定义为湿草地的深度信号功率下降1美元/ e美元,\ varepsilon '美元和\ varepsilon”美元分别为介电常数的实部和虚部,然后呢\ lambda_0美元是自由空间波长的电磁辐射。

因此,微波辐射(更高的波长的电磁波谱辐射)用于探地雷达可以穿透冰层表面,通过它可以穿透深度受到上述相同的方程。欢呼。